高鐵隧道洞口“放炮”現(xiàn)象探秘

馬肅雍

你觀察過(guò)鐵路隧道的洞口嗎？為什么每個(gè)洞門都長(zhǎng)得不一樣？有的洞門甚至開(kāi)了好幾扇“窗戶”，這難道是為了美觀？一起來(lái)尋找答案吧。

隧道洞口附近的“炮響”

作為一個(gè)鐵路迷，我癡迷于探索各種鐵路知識(shí)。放假期間，爸爸帶我去拜訪在嵊州市鐵路系統(tǒng)工作的李叔叔。我們乘坐高速列車從北京出發(fā)，歷時(shí)6個(gè)多小時(shí)到達(dá)紹興東站，然后改乘汽車，沿著緊靠杭紹臺(tái)鐵路的公路向南行駛……

突然，我們聽(tīng)到“咚”的一聲“炮響”，汽車也跟著晃動(dòng)了一下。我很緊張，趕緊叫爸爸停車，看看出了什么事。可是我環(huán)顧四周，發(fā)現(xiàn)一切都很正常，似乎什么都沒(méi)有發(fā)生。那剛才的聲音是怎么回事呢？

我正納悶，一陣咩咩聲傳來(lái)，一位爺爺手揚(yáng)鞭子正走過(guò)來(lái)，我趕緊走上前詢問(wèn)：“爺爺您好，您剛才聽(tīng)到炮聲了嗎？”爺爺擦了擦汗說(shuō)：“你聽(tīng)到的聲音應(yīng)該是隧道里傳出來(lái)的，這里天天都能聽(tīng)到。你看，馬上就有列車從隧道出來(lái)了。”爺爺說(shuō)完便趕羊去了。

隧道口傳出來(lái)的聲音？天天都有？聲音響后列車才出來(lái)？種種疑問(wèn)沖上我的腦門。來(lái)不及多想，一列高速行駛的列車突然從隧道呼嘯而出，果然如放羊爺爺所言。這是怎么回事呢？

探索“炮響”的秘密

我和爸爸一路探討，也沒(méi)有解開(kāi)心中的疑惑。到了李叔叔家后，我迫不及待地打開(kāi)電腦，想要將問(wèn)題弄明白。

經(jīng)過(guò)反復(fù)查找，我找到了答案：列車在隧道中高速行駛時(shí)，會(huì)對(duì)洞內(nèi)靜止的空氣造成強(qiáng)烈沖擊。列車前方的空氣受到擠壓，以聲速傳播至洞口后驟然膨脹，以脈沖的形式向四周發(fā)射出去，從而發(fā)出“咚”的“炮響”，這就是“隧道效應(yīng)”。

可是，為什么是先發(fā)出聲音，然后列車才出來(lái)呢？經(jīng)過(guò)爸爸的提醒，我聯(lián)想到了“雷公”和“電母”，它們的出場(chǎng)順序與速度有關(guān)。同理，被擠壓的空氣的傳播速度接近聲速340m/s，達(dá)到1224 km/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了高鐵的速度（約300 km/h），這就是我們先聽(tīng)到“炮響”，再看到列車從洞內(nèi)駛出的原因。

實(shí)地考察消噪聲

這個(gè)響聲對(duì)隧道周圍的居民生活有影響嗎？能不能消減呢？

“為了降低噪聲，高速列車的車頭和鐵路隧道的出入口都做了特別的設(shè)計(jì)。”李叔叔說(shuō)，“列車的車頭被設(shè)計(jì)成‘子彈頭，隧道的洞門更是多種多樣，明天我?guī)闳?shí)地看看。”

第二天一大早，我興高采烈地跟著李叔叔出門了，一天下來(lái)，我們?nèi)チ?個(gè)隧道口，我發(fā)現(xiàn)每個(gè)隧道的洞門都長(zhǎng)得不一樣，這有什么講究呢？

“洞門的樣式取決于隧道長(zhǎng)度和該區(qū)域的地形地貌，短隧道一般采用斜切式洞門，長(zhǎng)隧道一般采用端墻式洞門。”李叔叔耐心地解釋道，“有的洞門會(huì)延伸出來(lái)，像喇叭一樣；有的在洞門兩側(cè)或洞頂開(kāi)幾個(gè)‘小窗——泄壓孔，讓一部分氣壓從這里提前釋放，從而起到緩解的作用。不過(guò)，雖然我們已經(jīng)做了很多努力來(lái)降低噪聲，但仍不能完全消除。”

“能不能在隧道內(nèi)安裝吸聲器？或是設(shè)計(jì)一個(gè)儲(chǔ)能裝置，把能量轉(zhuǎn)換成電能？……”聽(tīng)了李叔叔的講解，我的大腦飛速轉(zhuǎn)動(dòng)，提出了很多想法。

李叔叔表?yè)P(yáng)了我：“你的想法很好！在現(xiàn)實(shí)生活中，一個(gè)問(wèn)題有多種解決方法。你要好好學(xué)習(xí)，積累知識(shí)，希望有一天你能將隧道洞口的噪聲徹底消除。”