我国高速铁路沿线强风区间的确定方法及风险评估

(1971—2009年)日最大瞬时风速(t>6.0rns'1风速)风向资料为基础,结合高速铁路沿线100个铁塔梯度风资料,沿线2000个表示气象要素空间分布三维结构的函数式:F=X(妒,A,tt)

(1)式中速等);旷一纬度变化因素影响;A——经度变化因素影响;限一高度变化因素影响并且考虑高速铁路沿线任意里程地形影响艿或L—兰掣I嚣簧柔鏊K卜不同区域各气象要素(温度雨量风铁道工程学报2011年3月k,该方法是依据宏观分布函数与地形订正相结合的‰=V×Ko

(3)原理应用WssTr软件,通过逐步回归剔除9A因式中Kv——高速铁路沿线防风安全风监测点以外子后,比较真实地反映出路堤高和桥高增速地形对最大风速空间分布的影响应用公式

(1)建立的气象模型可以求出高速铁路沿线每场强风在距地面10m高处,t0rain的平均最大风速和最大瞬时风速在此基础上,应用极值I型和P一Ⅲ概率模式,不仅可以科学的计算出高速铁路沿线最大风速不同概率设计值【4J,而且可以用40年来强风和横风的极值评价高速铁路强横风对动车组安全高效行车的风险另外,若将高速铁路沿线最大风速不同概率设计值空间分布特征与线路任意里程构造物相结合,进行高速铁路任意里程最大瞬时风速时距订正,路堤桥高增速订正,地形订正,便可以建立高速铁路沿线任意里程距轨面4m高处最大瞬时风速2年一遇设计值V4_2~,计算模式"1如下:区间,距轨面4.0m高度处瞬时风速计算值(ms1);站监测瞬时风速(ms");%——比值系数该方程的建立有助于提高高速铁路沿线强风预警系统中短期风速预测模式的精度,同时可以预测高速铁路防风监测点以外区间任意里程距轨面4m高处瞬时风速和风向,从而为动车组强风区间安全高效行车提供技术保障高速铁路任意里程距轨面4m高处最大瞬时风速2年一遇设计值计算模式,适用于全国高速铁路各个区间,具有空间性可比性和可操作性利用这一模式可以客观的分析高速铁路沿线最大风速垂直和水平分布特征,以及最大瞬时风速对动车组安全高效行车影K_2~=Vlo+墨+%+坞

(2)响因此,这一模式对于我国高速铁路防灾监控与安式中K-2一——高速铁路任意里程距轨面4m高处最大瞬时风速2年一遇设计值;K——高速铁路沿线基本气象站最大风速设计值;墨——时距订正系数;砭——桥高增速订正系数;&——地形订正系数进一步推论,建立高速铁路沿线防风安全风监测全行车风险评估以及安全行车规范化标准化的制定具有一定意义2.3最大风速不同概率设计值结果我国高速铁路沿线最大风速概率模式,除东南沿海最大风速遵循皮尔逊Ⅲ(简称P一Ⅲ)型外,其它大多区域最大风速遵循极值I型概率模型应用极值I型概率模型可以计算出高速铁路沿线10m高度处最大风速不同概率设计值,如表l所示点以外区间瞬时风速计算公式:表1高速铁路沿线气象站最大风速不同概率设计值(ms.1)参数赢卜巡X叮A14.63.09B14.13.49C14.93.64D16.63.45E13.83.25F16.72.48G13.61.80H14.52.1lI14.12.20J14.63.29K12.11.87L12.32.05参数设计风速/(m81)CvqU2矩30年100焦0.2lO.3713.114.122.325.60.250.3312.413.322.826.60.24O.3l13.214.424.O27.90.2lO.3315.016.125.328.90.24O.3512.213.221.925.40.150.4615.516.322.925.5O.130.6312.713.318.120.00.150.5413.514.219.822.1O.16O.5213.113.819.622.OO.230.3513.014.122.826.3O.15O.6l11.211.816.818.80.17O.5511.312.O17.419.63气流分析概要3.1气流分析风是由气压差所产生的空气流最大瞬时风速和强风主风向是随铁路沿线的地表粗糙度以及沿线路基桥高变化而变化的,并呈现出独有特征如果要计地形遭受气流的影响,需要通过现场科学考察,并收集整理沿线高密度自动气象站风向风速资料,用气流分析方法求出最大风速的分布首先要确定两点间最大风速的相关性与距离的关系如图2所示,由于高速铁路沿线气象站与安全防灾监测站在一定距离内的最大风速具有相关性,即在算强风危险区间和限速区间20m100m范围内的小线路上任意里程选取一点,以该点为中心,一定里程为卜高速铁路沿线强风区间防风安全风监测第3期马淑红程先东戈峰等:我国高速铁路沿线强风区间的确定方法及风险评估41半径但在此距离之外,任意位置的最大风速与该点的最大风速均无相关性这一有效距离称为最大影响半径,即气象站的空间代表性研究结果表明,高速铁路平原路段气象站空间代表性为20—40km,如图3定,采用16方位强风盛行风向玫瑰图确定主风向'6—7j,并且按照0l0203……16对应英文符号进行计算操作,其优点不但在于减少了数据存储空间,而且便于对数据进行科学分析所示特殊路段(高路堤高架桥等)安全防灾监测站空间代表性为10km左右,具体的取值应通过对地形地貌的分析确定≯死牙35爆俨~28艘13害◇l弧36]01:≮惑麓04¨面叫Fo彰巍图3最大影响半径(气象站空间代表性)图5不同方位

(81636方位)的对应示意图所谓气流分析方法主要依据最大瞬时风速强风主风向的空间分布相关性原理,即高速铁路沿线防灾安全监控站,最大风速相关系数与两站之间距离越近,空间相关性越强,反之则越弱以京津城际为例,如图4所示3.2强风区间平均间距为了便于分析,对高速铁路沿线V.工一值的计算方法进行以下技术规定:V:一<15.0nls一为危险极小区,平均间距为1km;15.0≤V42一<30.0ms"为限速区,平均间距100m,如图6所示;V_2一>-赧1蛹∈州鬻图4京津城际最大风速相关系数与两站之间距离相关图30.0ms"为危险区,平均间距20m图6高速铁路弯道强横风路段限速区间的间距l∞m示意图在上述工作基础上,以测站为中心,正北为基准,对全周表周围8方位16方位36方位等角度进行分割表示,如图5所示图5中的36方位以10度单位表示方法,主要用于航空气象;45度单位分为8方位,主要用于环境工程风险评价;国际气象数据交换采用22.5度单位,分为16方位,普遍应用于交通运输等大型工程高速铁路安全防灾系统,根据WMO气象仪器和观测方法指南和地面气象观测规范有关技术规3.3计算方法与结果及建议如前所述,初期条件已经给出,将高速铁路沿线气象站最大瞬时风速6.0ms~,叫做流入条件的风速通过对沿线100个铁塔梯度风资料分析结果表明:沿线最大风速垂直分布遵循幂指数规律,幂指数取值1/4—1/12,其中A类a在0.10~0.13,B类Ot在0.14—0.18,c类o【在0.19~0.26,D类的a在0.28—42铁道工程学报2011年3月0.32【s】,这与建筑荷载规范d取值基本一致但是跨海大桥沙漠等区间d在0.08—0.10,以仅=0.10出现频率最高在文献[9]基础上,建议增加0类(跨海大桥沙漠砾漠风区等区间)最大风速幂指数a取值为0.10,结合我国建筑结构荷载规范有关d取值,如益可将我国高速铁路沿线所有气象台(站)最大风速订正到任意里程不同高度处的最大风速当存在两种粗糙度相差较大的地表类型时,地表粗糙度系数可取两者的平均值,当两类别不同时,可按照较小类别取值表2所示依据表2,同时考虑路堤高度桥高增素效表2高速铁路沿线不同下垫面特征下口取值0类A类B类高速铁路客运专线沿线O.08一O.10O.10—0.13O.14一O.18铁塔风速廓线dC类0.19一O.26D类O.28一O.32d取值O.10O.120.16O.220.30应用模式