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文章来源：中国铁道学会工务委员会

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在高铁飞速发展的今天，当我们乘坐高铁列车穿梭于隧道之间时，有时会听到一种类似爆破的轰鸣声，这就是所谓的高铁隧道音爆现象。今天，就让我们一起揭开音爆背后的神秘面纱，探索它的成因、特性以及应对措施。

一、音爆现象：隧道洞口的“惊雷”

音爆，顾名思义，是一种类似爆炸的声音。当高铁列车以极高的速度驶入隧道时，会在隧道洞口附近产生巨大的轰鸣声。这种声音不仅刺耳，还可能对周边居民的生活造成干扰，甚至影响列车的正常运行秩序。音爆现象通常发生在长度大于 5 公里的长大隧道中，尤其是采用无砟轨道的隧道更为常见。

音爆发生时，隧道洞口的声环境会发生显著变化。据实测数据，音爆发生时，隧道洞口微气压波峰值一般较高，可超过 120 帕。而噪声分贝值在音爆发生时刻瞬时增加，较环境噪声增幅可达 45 分贝（A）。

二、音爆的产生机理：压缩波的“激化”

那么，音爆究竟是如何产生的呢？这要从列车进入隧道时的空气动力学效应说起。当高铁列车高速驶入隧道时，车头表面与隧道衬砌间的空气受到剧烈挤压作用，列车车身、隧道壁面压力骤然增大，由此形成的压缩波以声速向列车车头前方传播。

图 1  压缩波波形畸变

在无砟轨道的隧道内，压缩波在传播过程中会发生激化。由于空气的密度和温度增加较快，同一波阵面各点处速度并不相同，压缩波后部比前部的传播速度更快，在惯性作用下后波传播速度逐渐快于首波，压缩波首波不断受到后波的挤压，波形不断变陡，最终发生激化。当压缩波传播距离超过一定比例的隧道全长后，压力梯度峰值显著增大，从而诱发音爆现象。

图 2  压缩波首波峰值激化过程

三、音爆的特性：低频与高频的“合奏”

音爆发生时，其噪声特性也具有独特之处。隧道洞口外的声音振动频域主要在 0 - 200Hz 之间，其中 0 - 20Hz 的低频部分占比较大，但 20Hz 以上的高频部分也不容忽视，正是这部分高频声音构成了人耳听到的音爆噪音的主要声源。而在隧道内部，声音振动频率大部分集中在 0 - 20Hz 之间，高频段仅有少量分布。

图 3  音爆前后隧道洞口微气压峰值图

4  隧道洞口噪音峰值

四、音爆的缓解措施：多管齐下的“降噪”

音爆现象对高铁运营和周边环境都带来了不利影响，因此，如何缓解音爆成为了研究的重点。国内外学者和工程师们提出了多种缓解措施，并通过实车测试和数值仿真模拟进行了验证。

图 5  国外高速铁路隧道音爆缓解措施

（一）改变隧道洞口缓冲结构型式

日本最早开展了缓冲结构型式设计参数方面的优化研究。例如，在最早发现音爆问题的山阳新干线，日本学者提出通过增设 49 米棚洞式缓冲结构，以此增强隧道自身气动缓解性能。基于仿生学分析，韩国学者还提出了新型缓冲结构，250 公里 / 小时速度下微气压波缓解效率最高达到 78%。

图 6  日本山阳信干线试验现场

图 7  德国Euerwang隧道试验现场

图 8  西班牙La Cabrera 隧道试验现场试验

（二）利用隧道内辅助坑道泄压

结合隧道内的斜井、平行导洞等土建结构，可以实现压力波的泄压。从既有测试结果来看，斜井缓解效果受其结构参数（如斜井长度、位置、面积等）影响。例如，日本铁道技术研究所曾开展隧道斜井缓解效果试验，通过开启斜井，能够有效降低隧道洞口的微气压波峰值。

图 9  某隧道进出口实景

图 10  某隧道洞内斜井辅助缓解效果

（三）增设吸声材料或设施

在隧道内增设吸声材料或设施，如多孔轨道板，可以削弱噪声作用。德国在 Euerwang 隧道内敷设多孔吸声轨道板后，实测结果显示，全部敷设吸声轨道板后 C 计权声压级峰值小于 130 分贝（C），低于德国噪声控制标准 135 分贝（C）。

（四）优化列车运行速度

研究表明，列车速度对音爆的发生有直接影响。当列车速度低于 300 公里 / 小时时，压缩波在隧道内激化较弱，隧道洞口未出现音爆噪声；而当列车时速达到 300 公里时，压缩波在隧道内激化显著，洞口微气压波幅值较时速 250 公里时增长近 5.5 倍，洞口能够监测到明显音爆噪声。因此，合理控制列车运行速度也是缓解音爆的有效手段之一。

五、结语：让高铁之旅更宁静

高铁隧道音爆现象虽然复杂，但通过科学的研究和合理的工程措施，我们完全有能力对其进行有效的缓解。从改变缓冲结构型式到利用辅助坑道泄压，从增设吸声材料到优化列车运行速度，每一种措施都为降低音爆噪声贡献了一份力量。随着技术的不断进步和创新，相信未来高铁隧道音爆问题将得到更好的解决，让我们的高铁之旅更加宁静、舒适。