Mikrotryckvågor (”tunnelknall”) i 91 m

RAPPORT

Mikrotryckvågor (”tunnelknall”) i 91 m ²

dubbelspårstunnlar med STH 250 km/h och ballasterade spår

Underlag för svenska höghastighetslinjer

2020-12-08

2

Trafikverket

Postadress: Solna Strandväg 98, 174 54 Solna E-post: trafikverket@trafikverket.se

Telefon: 0771-921 921

Dokumenttitel: Mikrotryckvågor (”tunnelknall”) i 91 m2 dubbelspårstunnlar med STH 250 km/h och ballasterade spår, Underlag för svenska höghastighetslinjer

Författare: Mikael Sima Dokumentdatum: 2020-12-08 Version: 1.0

Kontaktperson: Karl-Johan Loorents, UHtb

Publikationsnummer: 2021:019 ISBN 978-91-7725-809-4

3

Sammanfattning

När ett tåg kör in i en tunnel skapas tryckvågor som rör sig med ljudets hastighet. I

tunneländarna reflekteras dessa och samtidigt emitteras mikrotryckvågor till omgivningen kring tunnelportalen. Kraftigast mikrotryckvåg fås från tryckvågen som bildas vid frontens inträde i tunneln när den reflekterar i motsatt tunnelände. Nivån är starkt kopplat till tåghastighet ( vtr3) och därför främst ett problem på höghastighetslinjer. Utredningar har gjorts för svenska höghastighetslinjer gällande mikrotryckvågor för STH 320 km/h, vilket innebär tunnlar med betonglining och ballastfria spår, med fria tvärsnittsareor 91 m², 98 m² eller 108 m² beroende av tunnellängd. I dessa tunnlar blir mikrotryckvågen värre ju längre tunneln är p.g.a. att frontvågen blir brantare under propagering och

mikrotryckvågens amplitud (och frekvens) är relaterad till tryckvågens gradient innan den når tunnelportalen.

Ballasterade spår har en dämpande effekt, varför det i huvudsak är ett problem i betonglinade tunnlar med ballastfria spår. Om ballasten gör att problemet inte ökar lika mycket med tunnellängd eller till och med minskar problemet med tunnellängd beror främst på mängden ballast i förhållande till tunnelarean.

Den här rapporten redovisar en studie om mikrotryckvågor överskridande krav kan tänkas i 91 m² betonglinade dubbelspårstunnlar med ballasterade spår på delar av planerad höghastighetsjärnvägen med STH 250 km/h.

Erfarenheten från Tyskland är att de inte har några problem kopplat till liknande förutsättningar, d.v.s. STH 250 km/h genom betonglinade dubbelspårstunnlar med ballasterade spår. Mätdata från Spanien insamlat i projektet K.14 MPW Sonic Boom under Ny Generation Järnväg (NGJ) i en spansk dubbelspårstunnel med ballasterade spår stöder att ballasten under dessa förutsättningar har en tydlig dämpande effekt, t.o.m. att initiala tryckgradienten minskar under propagering.

Mätdata från en betonglinad dubbelspårstunnel med ballastfria spår tillsammans med de från tunneln med ballasterade spår gör det möjligt att hitta rimliga empiriska parametrar för simulering av de specifika förhållandena i svenska dubbelspårstunnlar med

ballasterade spår. Tidigare studier ger en bra approximation av den initiala tryckvågen och simuleringarna stöder att ingen tillväxt av tryckgradienten sker.

Därmed kan konstateras att allt sammantaget stöder att inga problem eller överskridande av kraven kopplat till mikrotryckvågor förväntas vid STH 250 km/h genom 91 m²

betonglinade dubbelspårstunnlar med ballasterade spår.

4

Begrepp

ballastfria spår fixerade spår (eng. slab-track).

ballasterade spår spår på ballast.

DB Deutsche Bahn

MPW mikrotryckvåg (eng. micro-pressure wave).

STH största tillåtna operativa hastighet för en järnväg eller ett tåg.

Olika typer av tåg har ofta olika STH på samma järnväg.

TSD Tekniska Specifikationer för Driftskompabilitiet.

tunnelarea, fri tvärsnittsarea.

tvärsnittsarea tunnel

tunnelpåslag närområdet utanför portalen.

standardportal sluttande portal som är standard på höghastighetsjärnvägen (jmf. [3]).

Nomenklatur

LCE [dB(C)] C-vägd frifältkorrigerad ljudexponeringsnivå.

LpC,peak [dB(C)] maximal C-vägd ljudtrycksnivå (även betecknad LC,peak).

Stu [m²] fri tvärsnittsarea tunnel.

U [m/s] lufthastighet (i tunneln).

X [m] avstånd från inträdesportalen.

Xm [m] propagerad längd tryckvåg.

b [m] bredd ballast.

c0 [m/s] ljudhastigheten (utanför tunneln).

cf [-] friktionskoefficient (tunnel).

e [-] porositet ballast.

h [m] djup/höjd ballast.

p [Pa] tryck i tunneln (relativt omgivningstryck).

pmpw [Pa] mikrotryckvåg, tryck relativt omgivningstrycket.

pmpw,C [Pa] C-vägd mikrotryckvåg.

r [Pas/m²] effektiv resistivitet ballast.

rtu [s] tunneltvärsnittets radie.

s [s] sträckan mellan utvärderingspunkten för MPW och portalen (jmf. ekv. (1)).

t [s] tid.

tret [s] retarderad tid (t – s/c0).

x [m] lokal axiell koordinat i tunneln vid vågfront.

x [m] beräkningsnäts upplösning i axialled (i figurer benämnt dx).

vtr [km/h, m/s] tåghastighet.

w0 [m/s] normal lufthastighet från fri tunnelvolym ner i ballasten vid ytan mellan dessa.

 [sr] rymdvinkel.

us [-] parameter för nivå på icke-stationär friktion.

5

Innehåll

SAMMANFATTNING ... 3

BEGREPP ... 4

NOMENKLATUR ... 4

1. INLEDNING ... 6

1.1. Syfte ... 6

1.2. Omfattning och begränsningar ... 7

1.3. Rapportens upplägg ... 7

2. BAKGRUND ... 7

2.1. Översikt fenomenet mikrotryckvågor ... 7

2.2. Inverkan av ballasterade spår ... 10

2.3. Krav mikrotryckvågor... 12

3. SIMULERINGSVERKTYG OCH PARAMETRAR ... 13

4. MÄTNINGAR OCH ANPASSADE SIMULERINGSPARAMETRAR ... 14

4.1. Propagering i betonglinad dubbelspårstunneln med ballastfria spår ... 15

4.2. Emitterad mikrotryckvåg från dubbelspårstunnel ... 16

4.3. Propagering i betonglinad dubbelspårstunneln med ballasterade spår ... 20

5. SIMULERING AV 91 M² TUNNLAR MED BALLASTERADE SPÅR OCH STH 250 KM/H ... 23

5.1. Genererad frontvåg ... 23

5.2. Resultat propagering i 91 m² tunnel och MPW... 25

6. SLUTSATSER ... 28

7. REFERENSER ... 29

BILAGA 1, VERIFIERING OCH VALIDERING SIMULERING AV TRYCKVÅGORS PROPAGERING. ... 31

Ballastfria spår, ramp och arctan formade tryckvågorvågor. ... 31

Ballastfria spår jämförelse med DB... 37

Ballasterade spår ... 39

6

1. Inledning

Mikrotryckvågor emitteras från en tunnelportal till omgivningen, översiktligt representerat i Figur 1. Mer bakgrund ges i kap. 2. Nivån är starkt kopplat till tåghastighet ( vtr3) och därför främst ett problem på höghastighetslinjer. Ballasterade spår har en dämpande effekt, varför det i huvudsak är ett problem i betonglinade tunnlar med ballastfria spår, där icke-linjär tillväxt med tunnellängd försvårar problemen ju längre tunnlarna är.

Utredningar har gjorts för svenska höghastighetslinjer gällande mikrotryckvågor för STH 320 km/h, vilket innebär tunnlar med betonglining och ballastfria spår, med fria

tvärsnittsareor 91 m², 98 m² eller 108 m² beroende av tunnellängd. Rapporten [1] ger en översikt för olika tunnellängder med 108 m² samt en applicering av metoden för

prediktering som används av DB Systemtechnik. Rapporten [2] utvecklar en egen metod för prediktering som har en mer avancerad simulering av propagering och emission. I brist på mätdata är friktionen i tunnlarna vald så att propageringen liknar den i [1]. Förutom utveckling av metoden ger [2] viss information om inverkan av portalutformning och tunnelpåslag (skärning respektive öppet) på emissionssidan. Den utvecklade metoden appliceras i [3] på tunnlar längs Ostlänken.

För nya förutsättningarna av STH 250 km/h, 91 m² dubbelspårstunnlar med betonglining och ballasterade spår, förväntas en minskad problematik kopplat till mikrotryckvågor. Det stärks av erfarenheter från Tyskland [4] där inte några problem har erfarits kopplat till dubbelspårstunnlar med betonglining och ballasterade spår i 250 km/h.

Det är relevant att för förutsättningarna på svenska höghastighetslinjer med STH 250 km/h kunna klargöra om det i något fall med ballasterat spår kan finnas ett problem kopplat till mikrotryckvågor, med speciellt fokus på Ostlänken.

I arbetet med prediktering av mikrotryckvågor blev det tydligt att direkt jämförelse med mätdata vore önskvärt för att öka förståelsen av eventuell konservatism i analysen och ytterligare validera simuleringarna. Projektet K.14 MPW Sonic Boom under Ny Generation Järnväg (NGJ) initierades för att göra mätningar på spanska höghastighetslinjer.

Mätningarna utfördes under 2019. På grund av Covid 19 finns i dagsläget enstaka resultat tillgängliga, men tillräckligt för att stödja utvärderingen här. Fokus i mätningarna är på tunnlar med ballastfria spår men resultat finns även från en dubbelspårstunnel med betonglining och ballasterade spår.

1.1. Syfte

Den här rapporten redovisar en studie om mikrotryckvågor överskridande krav kan tänkas i 91 m² betonglinade dubbelspårstunnlar med ballasterade spår på delar av planerad höghastighetsjärnvägen med STH 250 km/h.

Som underlag utnyttjas erfarenhet från Tyskland, litteratur, genomförda analyser ([1], [2]

och [3]), och mätdata insamlad från spanska höghastighetslinjer. Det ger i sig stöd för slutsatser men kompletteras med prediktering genom simulering för de specifika förhållandena, där mätdata ger underlag för empiriska parametrar.

7

1.2. Omfattning och begränsningar

Förutsättningarna begränsas till de på Ostlänken, d.v.s. 91 m² betonglinade dubbelspårstunnlar med ballasterade spår och STH 250 km/h. Portalerna är standardportaler av sluttande typ (jmf. [3]).

Tunnlarna är generella (ej specifika) gällande längd, upp till 10 000 m, och tunnelpåslag utan skärning.

Initial tryckvåg baseras på tidigare simuleringar [3] där tåget har en föreslagen utformning från EU projektet AeroTRAIN, vilken motsvarar en maximal initial gradient på frontvågen som innefattar alla existerande höghastighetståg.

Utvärderingen görs för 12C lufttemperatur, som tidigare undersökningar ([1]-[3]), ursprungligen från tysk standard.

1.3. Rapportens upplägg

Kapitel 2 ger en översikt om fenomenet mikrotryckvågor, inverkan av ballasterat spår och gällande krav. Kapitel 3 beskriver simuleringsverktygen och relevanta parametrar. Kapitel 4 redovisar mätdata och jämförelse med simuleringar, vilket begränsar empiriska

parametrar som används vid simuleringarna av förhållandena gällande

dubbelspårstunnlar på Ostlänken, redovisade i kap. 5. Kapitel 6 drar slutsatser och kap. 7 innehåller referenser.

2. Bakgrund

2.1. Översikt fenomenet mikrotryckvågor

Mikrotryckvåg, på engelska micro-pressure wave (MPW), är en pulsliknande tryckvåg som emitteras från en tunnelportal till omgivningen när en tryckvåg i tunneln reflekteras av gränsytan mellan portal och omgivningen. Kraftigast mikrotryckvåg fås från tryckvågen som bildas vid frontens inträde i tunneln när den reflekterar i motsatt tunnelände. Figur 1 visar den övergripande processen från att tryckvågen genereras vid tågfrontens

tunnelinträde, förändras under propagering (med ljudets hastighet) i tunneln innan den reflekteras i motsatta änden och då emitterar en mikrotryckvåg som till amplitud (och frekvens) främst beror av inkommande tryckvågens gradient. Beroende på amplitud och frekvensinnehåll kan mikrotryckvågen vara hörbar.

8

Figur 1: Översikt process mikrotryckvågor.

DB Systemtechnik ([1], [5]) använder en ekvation för beräkning av emitterad mikrotryckvåg med referens till Ozawa [6],

𝑝𝑚𝑝𝑤(𝑡) = _{ 𝑐}^𝑆𝑡𝑢

0𝑠∙ [^𝜕

𝜕𝑡𝑝(𝑡_𝑟𝑒𝑡) + _4𝑇¹

1√𝜋∫ 𝑒⁻

(𝑡𝑟𝑒𝑡−𝜏)2 4𝑇12 𝜕

𝜕𝑡𝑝(𝜏)𝑑𝜏 +

𝑡_𝑟𝑒𝑡 0

1

50𝑇₂²√𝜋∫ (𝑡𝑟𝑒𝑡− 𝜏)𝑒⁻

(𝑡𝑟𝑒𝑡−𝜏)2 4𝑇22 𝜕

𝜕𝑡𝑝(𝜏)𝑑𝜏

𝑡_𝑟𝑒𝑡

0 ] (1)

Den ger en bra uppfattning om huvudsakliga parametrar för mikrotryckvågens tryck (relativt omgivningen) pmpw. Amplituden är proportionell mot tunnelarean (Stu) och omvänt proportionell mot rymdvinkeln () för spridningen, ljudhastigheten utanför tunneln (c0) och sträckan mellan utvärderingspunkten och portalen (s). Huvudsakligen är amplituden även proportionell mot gradienten på inkommande tryckvågen p/t (vid tidpunkten då tryckvågen reflekterades i portalen tret = t – s/c0). Övriga termer är T1 = 1.4rtu/c0 och T2 = rtu/c0, där rtu är tunneltvärsnittets radie.

Vid skärning minskas rymdvinkel för spridningen och amplituden ökas i huvudsakliga spridningsriktningen, vilket kan liknas vid att källan är densamma men att skärningen ger ökad direktivitet (ökade nivåer i skärningens riktning).

Mikrotryckvågor sprids som ljudvågor, där amplituden minskar linjärt med avståndet.

Maximala amplituden kan relateras till maximala tryckgradienten i inkommande tryckvågen, varför det är en intressant parameter för tryckvågorna.

Mikrotryckvågens amplitud ökar linjärt med tunnelarean, men eftersom tryckgradienten ökar mer än linjärt med 1/Stu, och inneboende karaktären hos kompressionsvågor (tryckvågor med ökande amplitud) under propagering är att öka gradienten, fås normalt kraftigare MPW med minskande tunnelarea.

Den genererade frontvågens amplitud är proportionell mot tågets hastighet i kvadrat och stigtiden omvänt proportionell mot tågets hastighet, varför den initiala tryckgradienten är proportionell mot hastigheten i kubik ( vtr3). För korta tunnlar hinner inte tryckvågen ändras mycket och även amplituden på mikrotryckvågen är proportionell mot

tåghastigheten i kubik. Fenomenet och problematiken med mikrotryckvågor är därför starkt kopplat till höga tåghastigheter.

En kompressionsvåg (ökande tryck) har högre relativ hastighet bakåt relativt

rörelseriktningen, vilket gör att den under propagering naturligt vill bli brantare, d.v.s. öka

9 gradienten. Figur 2 visar mätdata och beräkning från en 85 m² betonglinad

dubbelspårstunnel med ballastfria spår. Friktionen från tunneln minskar vågens amplitud (Figur 2a), men är inte tillräcklig för att hindra tillväxten av gradienten (Figur 2b).

Beräkningarna (närmare beskrivning i kap. 3 och kap. 4.1) kan efter anpassning av parametrar relativt väl representera mätdata. Gradientens tillväxt i form av maximala gradienten, Figur 2c, är olinjär och takten ökar med gradientens nivå. I betonglinade tunnlar med ballastfria spår ökar gradienten och MPW med tunnellängden, och tryckvågen kan i värsta fall bli en chockvåg som ger en tydlig knall, varför fenomenet ibland benämns ”tunnelknall” (eng. sonic boom). Den olinjära tillväxten av

tryckgradienten gör att initiala skillnader växer under propageringen, Figur 2c, därför är åtgärder för att minska MPW ofta inriktade mot att dämpa den initiala gradienten.

10 a)

b)

c) d)

Figur 2: Propagering i betonglinad tunnel med ballastfria spår (bild d), X är avstånd från inträdesportalen. Mätning och beräkning, a) tryck och b) tryckgradient. c) maximal tryckgradient (beräkning) normaliserad, två fall där initiala tryckgradienten skiljer 10 %.

2.2. Inverkan av ballasterade spår

Mätningar i Japan i tunnlar med ballastfria spår och ballasterade spår [7] har visat att ballasten motverkar tillväxten av frontvågens tryckgradient, till och med att en maximal initial gradient i storleksordningen 8-10 kPa/s minskar under propagering. I [8] redovisas en undersökning där en tunnel med ballastfria spår fyllts med ballast i nylonbuntar i tre

11 steg. Ballasten ger en lägre tillväxt, där effekten ökar med ökad mängd ballast, men mängden ballast är i undersökningen inte tillräcklig för att motverka tillväxt.

Brown och Vardy [9] tittar närmare på ballastens inverkan på tryckvågen med hjälp av simuleringar där ballastens parametrar varieras. Modelleringen som beskrivs utförligare i [10] bygger på arbete i Japan (t.ex. [6], [7] och [11]). Ballastens inverkan kommer sig av att tryckvågen rör sig långsammare i volymen med ballast än i tunneln ovanför. Luften i ballasten blir därmed trycksatt från tryckvågen ovanför. Det har minimal inverkan på tryckvågens amplitud men en tydlig effekt på gradienten. Hur stor effekt beror av volymen luft i ballasten (ballastens bredd b, djup/höjd h och porositet e) i relation till tunnelns volym (tvärsnitt Stu).

För tunneln kan ballasten ses som en ytterligare volym där utbyte av luft kan ske genom en normal hastighet (w0) vid ytan mellan fri tunnelvolym och ballasten. Resistiviteten är ytterligare en parameter som beskriver motståndet till flöde i ballasten, där Brown och Vardy [9] använder en effektiv resistivitet (r) som är klart högre än vad som funnits i laboratorietester av homogen ballast och även ditintills använts i Japan. Motiveringen är att ballast består av olika stenstorlekar, till exempel en ballastsortering om 31.5/63 mm, och att en högre resistivitet ger bättre jämförelse med mätningar. Här kommer de högre värdena enligt Brown och Vardy användas som riktvärden. Relevant är även att

porositeten och resistiviteten inte är oberoende av varandra. Brown och Vardy [9] nämner ett ungefärligt förhållande

𝑟 𝑟⁄ ₀= (𝑒₀⁄ )𝑒 ⁵ (2)

men med osäkerhet i exponenten. Index 0 är ett basfall.

Parameterstudien och variation av initial gradient visar (utan inverkan av friktion, d.v.s.

ingen minskning av amplituden under propagering):

 Asymptotisk vågform oberoende av initial gradient (eller initial form vid tillräcklig lång propagering). Även oberoende av initial amplitud om normaliserad.

 För en given tunnelarea beror den asymptotiska vågformens maximala gradient av ballastens egenskaper (b, h, e och r).

o Ökad volym bh ger lägre gradient, men djupet h har större inverkan än bredden b (d.v.s. för samma bh ger en smalare och djupare volym lägre gradient).

o Som enskilda parametrar ger ökad porositet (e) och ökad resistivitet (r) lägre gradient.

o Vid samvariation av porositet och resistivitet enlig ekv. (2) ger minskad porositet lägre gradient.

 För en given tunnel kommer utvecklingen av maximala gradienten under propagering bero av initiala gradienten, ballastens volym och egenskaper.

12

 För att få en tydlig begränsning av maximala gradienten (om än inte nödvändigtvis slutgiltig asymptotisk form) för tunnellängder under 10 km verkar bh²  1 m³ behövas (exemplet i studien är med 60 m² tunnel), vilket normalt är fallet med ballasterade spår där h ofta är ca. 0.5 m.

Figur 3 visar ett simulerat exempel liknande ett i [10] för idealiserade tryckvågor i form av två olika ramper med olika lutning som propagerar i en 60 m² tunnel med ballasterade spår utan friktion. Den slutliga formen på tryckvågen, och därmed tryckgradienten efter 20 km propagering är likadan.

a)

b)

Figur 3: Propagering i 60 m² tunnel med ballasterade spår (b = 8 m, h = 0.5 m, e = 0.4 och r = 10^4.5) utan friktion. Idealiserad tryckvåg i form av en ramp med amplitud 2000 Pa och två olika längder, 85 m (initial gradient 8.0 kPa/s) och 20 m (initial gradient 34 kPa/s). a) tryck initialt och efter 20 km; b) max tryckgradient som funktion av propagerad längd.

2.3. Krav mikrotryckvågor

Krav gällande mikrotryckvågor har tagits fram och återfinns i TSS NGJ [12].

Tunnelutformningen skall vara sådan att två krav uppfylls gällande begränsningar av

13 tillåten C-vägd mikrotryckvåg, ett för närområdet kring tunnelportalen och ett för

närliggande bostäder:

 Maximal C-vägd ljudtrycksnivå, LpC,peak  115 dB(C) i en referenspunkt 25 m från tunnel portalens emissionspunkt (enligt Figur 4).

 C-vägd frifältkorrigerad ljudexponeringsnivå, LCE  70 dB(C) utomhus vid bostadsfasad, på en höjd av 3.5 m över markytan.

.

Figur 4: Referenspunkt och emissionspunkt vid beräkning och mätning av maximal C-vägd ljudtrycksnivå (LpC,peak) och C-vägd frifältkorrigerad ljudexponeringsnivå (LCE), från [12].

De svenska kraven liknar krav som finns i Tyskland.

3. Simuleringsverktyg och parametrar

Simuleringar av en tryckvågs propagering i tunnel görs med program¹ för endimensionell strömning som bygger på arbete av Vardy och Brown. För tunnlar med ballastfriaspår är implementeringen baserad på [13], med en separat version som utökats med möjligheten att modellera ballasterade spår enligt [10]. Bilaga 1 ger verifiering och validering. Initial tryckvåg är indata till simulering av propagering.

Emitterad mikrotryckvåg beräknas med ekv. (1) som DB Systemtechnik ([1], [5]).

C-vägd mikrotryckvåg pmpw,C erhålls med hjälp av funktioner i AbraVibe toolbox [14] för C- filtrering i tidsdomänen. LpC,peak och LCE beräknas enligt standard IEC 61672-1.

Vid propagering av en tryckvåg i en tunnel med ballastfria spår är det friktionen som bromsar tillväxten av tryckgradienten. Vid simulering av tryck i tunnel för syften som tryckkomfort och laster räcker det med kvasi-stationär friktion som kopplar

1 Egenutveckling MSiCo AB.

14

medelhastigheten i tvärsnittet till friktion beskriven med en friktionskoefficient (cf). Det motsvarar fullt utbildad rörströmning och representerar väl inverkan på trycknivåer (amplituder). För mikrotryckvågor behöver även inverkan på tryckgradienten

representeras, varför den kvasi-stationära friktionen kompletteras med en icke-stationär friktion som motsvarar skillnaden mellan faktisk friktion och kvasi-stationär friktion. När tryckvågen passerar initieras ett axiellt luftflöde. Innan lufthastigheten stabiliseras efter tryckvågen och friktionen från tunnelväggarna påverkat flödet i hela tvärsnittet är friktionen högre än vad som motsvaras av kvasi-stationär friktion, vilket modelleras med en separat term för icke-stationär friktion. Icke-stationära friktionen beror till skillnad från kvasi-stationära friktionen även på flödet innan utvärderingstiden. Det beskrivs genom integrering över tiden fram till utvärderingstiden av hastighetsgradienten multiplicerat med en viktningsfunktion (W) med större vikt för det som skett i närtid.

Viktningsfunktionen W är som i DB Systemtechniks simuleringsprogram [15] enligt Vardy och Brown [16]. För inverkan av ytråhet multipliceras icke-stationära friktionen för släta väggar med parametern us.

Vid propagering av en tryckvåg i en tunnel med ballastfria spår är modelleringen av friktionen motsvarande vad DB Systemtechnik använder [15], varför jämförelse med resultat i [1] är möjligt (se bilaga 1). De modelleringsparametrarna som behöver ges vid simulering är cf (kvasi-stationär friktionskoefficient) och us (parameter icke-stationär friktions nivå). Lämpliga värden kan erhållas genom jämförelse med mätningar.

För ballasterade spår kommer ballastens effekt på tryckgradienten att dominera och parametrarna för ballasten är enlig kap. 2.2 ballastens bredd b, djup/höjd h, porositet e och effektiv resistivitet r.

4. Mätningar och anpassade simuleringsparametrar

Projektet K.14 MPW Sonic Boom under Ny Generation Järnväg (NGJ) initierades för att ta fram mätdata i och kring tunnlar på spanska höghastighetslinjer som stöd för arbetet med mikrotryckvågor på svenska höghastighetslinjer. Det ger ytterligare underlag för validering av simuleringar och bestämning av eventuella empiriska parametrar för de olika stegen i prediktering av mikrotryckvågor, d.v.s. generering av tryckvåg, propagering i tunnel samt emission från tunnelportal.

Med fokus på ballastfria betonglinade tunnlar genomfördes under 2019 mätningar i och utanför

 85 m² dubbelspårstunnel med längd 3949 m, STH 300 km/h

 53 m² enkelspårstunnel med längd 7229 m, STH 300 km/h.

Dubbelspårstunneln är det som är relevant här medan enkelspårstunneln är ett extremfall där tryckvågorna blir stötvågor innan den når andra tunneländen och mikrotryckvågen blir en knall.

Utöver det gjordes även mätningar i en tunnel med betonglining och ballasterade spår,

15

 80 m² dubbelspårstunnel med längd 2434 m, högsta hastighet ca. 290 km/h.

På grund av Covid 19 finns i dagsläget enstaka resultat tillgängliga, vilket får ses som initiala resultat. Resultaten är tillräckliga för att stödja utvärderingen här kopplat till ballasterade spår.

Mätningarna i den ballastfria betonglinade dubbelspårstunneln ger möjlighet att bestämma lämpliga friktionsparametrar (cf och us), kap. 4.1; mätningen av emitterade mikrotryckvågen från samma tunnel ger en verifiering av uppskattningen med ekv. (1) och lämpliga empiriska parametrar, kap. 4.2; mätningarna i dubbelspårstunneln med

ballasterade spår ger inverkan av ballasten för förhållanden som liknar svenska

dubbelspårstunnlar samt möjlighet att bestämma lämpliga parametrar för ballasten (e och r), kap. 4.3.

4.1. Propagering i betonglinad dubbelspårstunneln med ballastfria spår

Mätningarna i 85 m² dubbelspårstunneln med längd 3949 m (se bild Figur 2d) utgjordes av:

 Tryck: 100 m, 1100 m, 2100 m, 3100 m och 3750 m från ingångsportalen.

 Atmosfärstryck, temperatur och axiell lufthastighet i positionerna 100 m och 3750 m.

Filtrerade mätdata visas tillsammans med simuleringsresultat med olika

friktionsparametrar (cf och us) i Figur 5. Tåget är 200 m långt med nominell hastighet 300 km/h. Ändvagnarna har större tvärsnittsarea än övriga vagnar varför det sker en mindre sänkning av trycket strax efter frontvågen, innan trycket fortsätter att öka mer gradvist som ett resultat av tågets fortsatta inträde i tunneln, s.k. friktionsökningen. Trycket som genereras av tågets inträde i tunneln sprids med ljudets hastighet framåt i tunneln.

Eftersom fokuset här är på frontvågen, är första mätpunkten efter 100 m. Tågfronten når 100 m innan hela tåget har inträtt i tunneln varför endast så mycket av trycksignalen tas med som vid 100 m är opåverkad av tågfrontens passage.

För den här tågpassagen är initiala lufthastigheten försumbar innan tåginträdet, varför sådana effekter på mätdata är minimala. Simuleringarna är gjorda vid samma

atmosfärstryck och temperatur som uppmätts i tunneln, med uppmätt tryck vid 100 m som initialvärde.

En bra matchning av simuleringsresultat till mätningarna i de olika positionerna i tunneln gällande tryck och maximal tryckgradient kan fås med olika parameterkombinationer

 cf = 0.015 och us = 11

 cf = 0.010 och us = 12

 cf = 0.020 och us = 10.

16

Fler tågpassager kan ge bättre uppfattning om någon parameteruppsättning är bättre eller ej. För syftet här skulle endera vara tillräcklig, men som huvudalternativet väljs cf = 0.015 och us = 11.

a) d)

b) e)

c) f)

Figur 5: Propagering i betonglinad 85 m² tunnel med ballastfria spår (bild Figur 2d), X är avstånd från inträdesportalen. Mätning och beräkning (x = 0.10 m), a)-c) tryck och d)-f) tryckgradient. a) och d) cf = 0.015 och us = 11; b) och e) cf = 0.010 och us = 12; c) och f) cf = 0.020 och us = 10.

4.2. Emitterad mikrotryckvåg från dubbelspårstunnel

Figur 6 visar omgivningen kring tunneländen där den emitterade mikrotryckvågen har mätts, och mätpositionerna. I båda positionerna, 25 m från portalen, 14 respektive 33

från tunnelns centrumlinje enligt Figur 6c, har tryck mätts (pmpw). Positionen 14 har dessutom en mikrofon som mäter låga frekvenser (ner till ca. 3 Hz). Eftersom mikrofonen inte mäter lägre frekvenser än 3 Hz så kommer trycket inte vara representativt, men däremot efter C-vägning, där C-vägningsfilter tar bort låga frekvenser enligt Figur 7.

Beräknade mikrotryckvågen fås genom numerisk integration av ekv. (1). Två parametrar finns att bestämma, rymdvinkel  och avståndet mellan utvärderingspunkten och portalen s. För bestämning av båda behövs mätvärden vid två olika avstånd från portalen. Här används istället ett fixt värde  = 3.2 som i [1], baserat på erfarenhet från Tyskland av liknande tunnelportaler. Eftersom det är en sluttande portal och avståndet 25 m mäts från foten av portalen kan förväntas att s i ekv. (1) är större än 25 m.

17

a) b)

c)

Figur 6: Omgivningen kring tunnelns mynning där mikrotryckvågen mäts och placering av sensorer. a) vy från ovanför portalen; b) vy från sidan med gula linjer indikerande mätsensorers placering; c) skiss ovanifrån av de två positionerna med mätsensorer.

Figur 7: Vägningsfilter för buller från [2].

Figur 8 visar mätning och beräkning. Figur 8a tryckgradienten i tunneln närmast

emissionsportalen (utan inverkan av reflekterad tryckvåg) som en referens för tryckvågen som orsakar mikrotryckvågen. Den beräknade maximala tryckgradienten är något högre än mätningen. Övriga bilder visar emitterade mikrotryckvågen pmpw, densamma efter C- vägningsfilter pmpw,C, samt maximal C-vägd ljudtrycksnivå LpC,peak och C-vägd

frifältkorrigerad ljudexponeringsnivå LCE (vid mätpunkten). LpC,peak kan direkt jämföras med kravet  115 dB(C), medan LCE behöver propageras innan jämförelse med kravet  70

18

dB(C). Den i kap. 2.1 konstaterade relationen mellan mikrotryckvågen pmpw och till tunneländen inkommande tryckvågens gradient, Figur 8b respektive Figur 8a, ses tydligt i formen på kurvorna samt genom jämförelsen mellan beräknad och uppmätt

mikrotryckvåg.

Mätvärdena jämförs med två olika beräknade resultat, Figur 8b-e med s = 25+8 m och Figur 8f-i med s = 25+10 m. I Figur 8b-i är

 tryckmätning 25 m och 14 svart linje eller ring (horisontellt värde 1 för LpC,peak och LCE)

 tryckmätning 25 m och 33 röd linje eller ring (horisontellt värde 2 för LpC,peak och LCE)

 mikrofonmätning 25 m och 14 magenta linje eller ring (horisontellt värde 1 för LpC,peak och LCE)

 beräkning 25 m grön linje eller ring (horisontellt värde 3 för LpC,peak och LCE).

Eftersom maximala beräknade tryckgradient i tunneln är något högre än mätningen kan förväntas att även beräknade mikrotryckvågen är något högre än mätningarna.

Tryckmätningarna visar något högre värde vid 14 än 33 vilket tyder på viss direktivitet och att värdet längs centrumlinje kan vara något högre än vid 14dock är värdet vid14

något högre innan mikrotryckvågen, Figur 8b, vilket kan vara en störning från t.ex. vind som ger en viss osäkerhet i exakta maxvärdet utan C-vägning, och därmed bedömningen av direktivitet). Med dessa hänsyn och  = 3.2 verkar s = 25+10 m ge en bra

representation av mätningarna och s = 25+8 m en något konservativ skattning. Ett annat

 ger annat resultat, men för positionen 25 m från liknande portal och omgivning ger kombinationen parametrar en bra uppskattning.

C-vägningsfilter reducerar nivån på trycket markant. Överenstämmelsen mellan C-vägda resultaten från mikrofon och tryckmätare ger ytterligare förtroende för mätresultaten och en indikation på osäkerheten i LpC,peak och LCE.

19 a)

b) f)

c) g)

d) h)

e) i)

Figur 8: Mätningar och beräkningar (med cf = 0.015 och us = 11). a) tryckgradient vid X = 3750 m i tunneln, sista positionen innan portalen vid X = 3949 m; b)-e) beräknad MPW med  = 3.2 och s = 25+8 m; f)-i) beräknad MPW med  = 3.2 och s = 25+10 m; b) och f) emitterad mikrotryckvåg pmpw; c) ochg) C-vägd mikrotryckvåg pmpw,C; d) och h) LpC,peak; e) och i) LCE.

20

4.3. Propagering i betonglinad dubbelspårstunneln med ballasterade spår

Mätningar i 80 m² dubbelspårstunnel med längd 2434 m och ballasterade spår, Figur 9:

 Tryck: 100 m, 1100 m, 2100 m från ingångsportalen.

 Atmosfärstryck, temperatur och axiell lufthastighet i positionerna 100 m och 2100 m.

Filtrerade mätdata visas tillsammans med simuleringsresultat med olika parametrar i Figur 10. Tåget är 200 m långt med preliminär hastighet 285 km/h. Trycket som genereras av tågets inträde i tunneln sprids med ljudets hastighet framåt i tunneln. Eftersom fokuset här är på frontvågen, är första mätpunkten efter 100 m. Tågfronten når 100 m innan hela tåget har inträtt i tunneln varför endast så mycket av trycksignalen tas med som vid 100 m är opåverkad av tågfrontens passage.

Bredden med ballast är enligt ritning 9.66 m, och nominell djup/höjd 0.5 m. Vid

genomgång av tunneln så verkade höjden med ballast vara mer än den nominella höjden.

Nominella höjden har viss marginal till gångvägarna åt sidorna i betong, men är på platser i nivå med gångbanan (jmf. Figur 9). Som beskrivs i kap. 2.2 är höjden ballast en viktig parameter, och osäkerhet i denna ger osäkerhet i uppskattningen av ballastens parametrar porositet (e) och effektiv resistivitet (r).

Till att börja med, bara beaktande mätdata så är det tydligt att den initiala maximala gradienten av ca. 7000 Pa/s minskar till ca. 5200 Pa/s efter 2000 m propagering.

Förutsättningarna med sluttande tunnelportal, 80 m² tunnel och hastighet ca. 285 km/h kan förväntas ge högre initial tryckgradient än vid 250 km/h genom 91 m² tunnel med tilltänkt sluttande tunnelportal på höghastighetsjärnvägen i Sverige, vilket studeras mer specifikt i kap. 5. Under liknande förutsättningar gällande mängd ballast ger det stöd för att maximala tryckgradienten inte växer till, och att mikrotryckvågor inte blir

problematiska. Inverkan av skillnader i förutsättningar studeras i kap. 5, men som indata behöver rimliga ballastparametrar bestämmas.

Beräknade resultat för propagering visas med mätningar i Figur 10. Som utgångspunkt används friktionsparametrar från ballastfria tunneln (kap. 4.1), cf = 0.015 och us = 11, och höjden ballast varieras mellan 0.5 m och 0.6 m. Ballastparmetrar som ger matchande maximal tryckgradient och bästa matchning av tryck är enligt Tabell 1 (fall 1-3).

Trycknivån efter frontvågen dämpas inte lika mycket som i mätningarna. Fall 4 med högre friktion, cf = 0.020 och us = 15, stämmer bättre med mätningarna för hela

tryckvariationen. Eftersom ökad friktion även påverkar tryckgradienten behöver

ballastparametrarna anpassas. Det tyder på att närvaron av ballasten även ökar friktionen något. Fall 5 och 6 visar att liknande, om något sämre generell överenstämmelse, kan erhållas med annan kombination av ballastparametrar. Sista kolumnen i Tabell 1 är referens till ekv. (2), där Brown och Vardy [9] nämner att porositeten och resistiviteten för ballasten inte är oberoende. Om det finns stöd för ett visst värde av fb, så går det att hitta en kombination av porositet och resistivitet som ger bra överenstämmelse med mätdata.

Med mätningar för olika initiala frontvågor kan parametrarna bättre anpassas, men osäkerheten gällande höjden ballast h kommer att kvarstå.

21 Utifrån resultaten så kommer här parametrar (cf , us, e och r) enligt fall 2 i Tabell 1 väljas som representativa för betonglinad tunnel med ballasterade spår, där övriga resultat ger en idé om variationer som kan tänkas.

Tabell 1: Parameterkombinationer i beräkningarna Figur 10, med ballast bredd 9.66 m.

Fall Figur 10 referens

cf

[-]

us

[-]

h [m]

e [-]

r

[Pas/m²] fb =er^0.2

1 a) och g) 0.015 11 0.50 0.35 10^5.0 3.50

2 b) och h) 0.015 11 0.55 0.33 10^4.9 3.15

3 c) och i) 0.015 11 0.60 0.30 10^4.9 2.86

4 d) och j) 0.020 15 0.55 0.30 10^4.9 2.86

5 e) och k) 0.020 15 0.55 0.35 10^4.7 3.05

6 f) och l) 0.020 15 0.55 0.40 10^4.5 3.18

Figur 9: Bild betonglinad 80 m² tunnel med ballasterade spår.

22

a) g)

b) h)

c) i)

d) j)

e) k)

f) l)

Figur 10: Propagering i betonglinad 80 m² tunnel med ballasterade spår. Ballasten har bredd b = 9.66 m och nominell djup/höjd h = 0.5 m. X är avstånd från inträdesportalen. . Mätning och beräkning (x = 0.10 m), a)-f) tryck och g)-l) tryckgradient. a)-c) och g)-i) cf = 0.015 och us = 11, d)-f) och j)-l) cf = 0.020, us = 15; a) och g) h = 0.5 m, e = 0.35 och r = 10^5.0; b) och h) h = 0.55 m, e = 0.33 och r = 10^4.9; c) och i) h = 0.6 m, e = 0.30 och r = 10^4.9; d) och j) h = 0.55 m, e = 0.30 och r = 10^4.9; e) och k) h = 0.55 m, e = 0.35 och r = 10^4.7; f) och l) h = 0.55 m, e = 0.40 och r = 10^4.5.

23

5. Simulering av 91 m

tunnlar med ballasterade spår och STH 250 km/h

De planerade 91 m² dubbelspårstunnlarna för STH 250 km/h med ballasterade spår har sluttande portal. Ballasten upptar en bredd av 8.2 m med nominell djup/höjd 0.5 m.

Under ballasten finns en underballast med annan kornstorlek och hårt packad, varför den inte inkluderas i de beräknade resultaten. Som utgångspunkt för

propageringssimuleringarna behövs initiala vågformen, vilken beskrivs i kap. 5.1.

Resultaten med ballasterade spår ges i kap. 5.2, med parameterval och variationer utgående från jämförelsen med mätdata i kap. 4.

5.1. Genererad frontvåg

Processen vid generering av frontvågen är högst tredimensionell, även om tryckvågen snabbt blir endimensionell. För prediktering av initiala tryckvågen behövs 3-D numeriska simuleringar. I [3] finns beräknad tryckvåg och tryckgradient för olika tunnelareor med sluttande standardportal i 320 km/h. Tåget som simuleras har förenklad geometri föreslagen av EU-projektet AeroTRAIN, som täcker in värsta genererade tryckgradienten för existerande höghastighetståg. Ett tåg som kör in i en viss tunnel ger för en position en bit in i tunneln från inträdesportalen en tåg-tunnel trycksignatur som är karakteristisk för tåget enligt Figur 11. Nivån på tryckändringarna varierar med tunnelarea och tåghastighet.

Gällande mikrotryckvågor är fokuset på frontvågen (pN), varför det simulerade tåget är relativt kort och inte har friktionsökning (pFr) representativt för ett riktigt tåg, som ses i Figur 12.

Generellt för en specifik tunnel och tåg skalar frontvågens tryckamplitud med

tåghastigheten i kvadrat och tryckgradienten med tåghastigheten i kubik. Tabell 2 visar resultat för maximalt tryck och tryckgradient från [3] i 320 km/h för 91 m² (Figur 12) och 98 m² tunnlar med sluttande standarportal, 100 m in i tunneln, samt motsvarande vid 250 km/h genom skalning med tåghastigheten. Som ytterligare stöd finns även predikterad frontvåg och friktionsökning (motsvarande Figur 11 att jämföra med Figur 12) med ekvationer av Sockel ([17] och [18]) för de två tunnlarna och hastigheterna.

Tågparametrarna är sådana att med 12 m² tvärsnittsarea precis uppfylls krav på maximala tryckändringar i TSD ([19] och [20]) för tåg med hastighet  250 km/h. För predikteringen här är tågets tvärsnittsarea 11 m² och temperaturen 12C, samma som i 3-D

simuleringarna. Predikterade frontvågen pN stämmer väl med 3-D simuleringarna, där max p naturligt är något högre eftersom det inkluderar mer än bara frontvågen.

Förhållandet mellan max p och pN längst ner i Tabell 2 visar för 320 km/h att Sockel predikteringen stämmer väl med 3-D simuleringarna för olika tunnelareor. Att

förhållandet är ungefär desamma i 250 km/h (där 3-D resultatet är skalat kvadratiskt med tåghastigheten från 320 km/h) bekräftar att frontvågens amplitud skalar väl med

tåghastigheten i kvadrat. Eftersom frontvågens tryckgradient avgörs av amplituden och hur snabbt amplituden nås, ger det även stöd för att gradienten varierar med tåghastighet i kubik, vilket även är erfarenheten från mätningar i Japan.

24

Utifrån dessa resultat används som initial tryckvåg vid propageringssimuleringarna en arctan form med pN = 910 Pa och maximal tryckgradient 4650 Pa/s. Dessutom inkluderas del av friktionsökningen med lutning baserat på pFr = 195 Pa för ett 100 m långt tåg enligt Tabell 2. Efter omvandling från tid till rumskoordinat ger det initiala tryckvågen enligt Figur 13 för propageringssimuleringarna i 91 m² tunnel. I Japan har funnits att frontvågor genererade vid tunnelinträden kan approximeras med arctan form ([21] med hänvisning till [22]).

Tabell 2: Max tryck och gradient från 3-D simuleringar i 320 km/h för 91 m² och 98 m² tunnlar med standardportal (från [3]) och uppskattning genom skalning motsvarande vid 250 km/h;

amplitud frontvåg och friktionsökning med Sockel ekvationer för 100 m långt TSD tåg med 11 m², 320 km/h och 250 km/h; förhållandet mellan 3-D simulering max p och Sockel pN.

3-D simuleringar Skalat p~vtr2, dp/dt~vtr3

320 km/h, vid 100 m 250 km/h, vid 100 m Tunnelarea

[m²] Max p

[Pa] Max dp/dt

[kPa/s] Max p

[Pa] Max dp/dt

[kPa/s]

91 1545 9,7 943 4,63

98 1415 8,4 864 4,01

Sockel med TSD tåg, 11 m² och längd 100 m Tunnelarea

[m²]

320 km/h 250 km/h

pN [Pa] pFr [Pa] pN [Pa] pFr [Pa]

91 1492 312 906 193

98 1366 278 829 171

Ratio: 3-D simuleringar/Sockel Tunnelarea

[m²]

320 km/h 250 km/h

Max p/pN Max p/pN

91 1,036 1,041

98 1,036 1,042

Figur 11: Tåg-tunnel trycksignatur, karakteristisk tryckändring uppmätt i position i tunneln;

frontvåg (pN), aktervåg (pT) och friktionsökning (pFr).

25 Figur 12: 3-D simulerad a) tryck respektive b) tryckgradient, i en punkt 100 meter in i 91 m² dubbelspårstunnel under inträde i 320 km/h från [3].

Figur 13: Initial tryckvåg för propageringssimuleringar i 91 m² tunnel.

5.2. Resultat propagering i 91 m² tunnel och MPW

Med den initiala vågformen enligt Figur 13 simuleras propageringen med parameterval och variationer utifrån jämförelsen med mätningar i kap. 4.

Figur 14 visar resultat med parametrar enligt Tabell 3. Huvudfallet 1 har

friktionsparametrar utifrån mätningarna i ballastfria tunneln och ballastparametrar som med dessa bäst passar mätdata i tunneln med ballasterade spår och h = 0.55 m. Fall 2 är en variation med de ballastparametrar som bäst passade mätdata i mättunneln med h = 0.60 m, d.v.s. en mer konservativ skattning av ballastens effekt. Fall 3 är med motsvarande parametrar som fall 2, men om ballastnivån är 0.4 m (istället för 0.5 m), d.v.s. med

ytterligare konservatism. I alla dessa fall kommer den initiala tryckgradienten minska under propageringen.

Fall 4 ger resultaten med annan kombination av porositet och resistivitet som kan jämföras med fall 2 (se Tabell 1, fall 6). Fall 5 har friktionsparametrar enligt [1], som är

26

låga i jämförelse med mätningarna i ballastfria tunneln i Spanien och även i jämförelse med värdena i [23] för enkelspårstunnlar i Tyskland (cf = 0.010 och us = 7.5). Också för dessa fall minskar initiala tryckgradienten under propagering.

Eftersom tryckgradienten minskar under propagering så är största tänkbara

mikrotryckvågen den som skapas av den initiala tryckvågen, vilket kan tänkas i en kort tunnel. Figur 15 visar den resulterande mikrotryckvågen vid 25 m med parametrar från kap. 4.2,  = 3.2 och s = 25+8 m. Det motsvarar 82 dB(C) LpC,peak och 70 dB(C) LCE. Slutsatsen blir att i 91 m² betonglinade tunnlar med STH 250 och sluttande portaler fås inga problem kopplat till mikrotryckvåg med ballasterade spår. Som visats i [3] så kommer tunnelpåslaget att påverka mikrotryckvågen, men även med skärning förväntas

förstärkningen inte vara tillräcklig för att ge problem.

Tabell 3: Parameterkombinationer i beräkningarna, Figur 14, med ballast bredd 8.20 m.

Fall Figur 14 referens

cf

[-]

us

[-]

h [m]

e [-]

r

[Pas/m²] fb =er^0.2

1 a) och b) 0.015 11 0.50 0.33 10^4.9 3.15

2 c) 0.015 11 0.50 0.30 10^4.9 2.86

3 d) 0.015 11 0.40 0.30 10^4.9 2.86

4 e) 0.015 11 0.50 0.40 10^4.5 3.18

5 f) 0.010 2.5 0.50 0.33 10^4.9 3.15

27 a)

b)

c) d)

e) f)

Figur 14: Propagering i betonglinad 91 m² tunnel med ballasterade spår (x = 0.10 m). Ballasten har bredd b = 8.2 m och nominell djup/höjd h = 0.5 m. Xm är propagerad längd. a) tryck och b)-f) tryckgradient. a)-e) cf = 0.015 och us = 11, f) cf = 0.010 och us =2.5. a), b) och f) h = 0.5 m, e = 0.33 och r = 10^4.9; c) h = 0.50 m, e = 0.30 och r = 10^4.9; d) h = 0.40 m, e = 0.30 och r = 10^4.9;e) h

= 0.5 m, e = 0.40 och r = 10^4.5.

28

Figur 15: Mikrotryckvåg vid 25 m utanför kort betonglinad 91 m² tunnel med ballasterade spår.

6. Slutsatser

Frågan som undersöks är om det för STH 250 km/h genom 91 m² dubbelspårstunnlar med betonglining och ballasterade spår i något fall kan finnas ett problem kopplat till

mikrotryckvågor, med speciellt fokus på Ostlänken. Tunnelportalerna förutsätts vara sluttande enligt tidigare studerade ”standardportal” [3], vilket är liknande vad som används för tunnlar på andra höghastighetslinjer.

Erfarenheten från Tyskland [4] är att de inte har några problem kopplat till liknande förutsättningar, d.v.s. STH 250 km/h genom betonglinade dubbelspårstunnlar med ballasterade spår.

Mätdatat från Spanien insamlat i projektet K.14 MPW Sonic Boom under Ny Generation Järnväg (NGJ) i spansk dubbelspårstunnel med ballasterade spår stöder att ballasten under dessa förutsättningar har en tydlig dämpande effekt, t.o.m. att initiala

tryckgradienten minskar under propagering. Förutsättningarna i Sverige är något annorlunda, varför det är bra att även studera dessa specifikt.

Mätdata från Spanien gör det möjligt att tillsammans med tidigare undersökningar för ballastfira spår i 320 km/h genom simuleringar undersöka situationen för de specifika förhållandena. Även om det för tillfället är initiala enstaka uppsättningar mätdata, finns det tillräckligt för bedömningarna här. Mätningarna gör det möjligt att hitta rimliga och representativa värden på de empiriska parametrarna som behövs för simuleringarna. De tidigare simuleringarna [3] gör det möjligt att ha en representative initial tryckvåg.

Med variationer av empiriska parametrar inom en potentiell osäkerhet stödjer resultaten att för STH 250 km/h ingen ökning av den initiala tryckgradienten sker under propagering i 91 m² dubbelspårstunnlar med betonglining och ballasterade spår. Värsta

mikrotryckvågen blir då för korta tunnlar, representerade av den initiala tryckgradienten.

Utifrån liknande förutsättningar gällande tunnelpåslag som vid mätningarna av mikrotryckvågen (kap. 4.2 och Figur 6) kommer predikterade mikrotryckvågen inte ge några problem, eller överskrida kraven på LpC,peak eller LCE. Marginalerna är sådana att även kraftiga skärningar som i [3] inte kommer att ge problem med LpC,peak, och inte heller LCE om inte byggnader finns alldeles vid tunnelmynningen.