高鐵隧道洞口“放炮”現象探秘

馬肅雍

你觀察過鐵路隧道的洞口嗎？為什么每個洞門都長得不一樣？有的洞門甚至開了好幾扇“窗戶”，這難道是為了美觀？一起來尋找答案吧。

隧道洞口附近的“炮響”

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

突然，我們聽到“咚”的一聲“炮響”，汽車也跟著晃動了一下。我很緊張，趕緊叫爸爸停車，看看出了什么事。可是我環顧四周，發現一切都很正常，似乎什么都沒有發生。那剛才的聲音是怎么回事呢？

我正納悶，一陣咩咩聲傳來，一位爺爺手揚鞭子正走過來，我趕緊走上前詢問：“爺爺您好，您剛才聽到炮聲了嗎？”爺爺擦了擦汗說：“你聽到的聲音應該是隧道里傳出來的，這里天天都能聽到。你看，馬上就有列車從隧道出來了。”爺爺說完便趕羊去了。

隧道口傳出來的聲音？天天都有？聲音響后列車才出來？種種疑問沖上我的腦門。來不及多想，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，也沒有解開心中的疑惑。到了李叔叔家后，我迫不及待地打開電腦，想要將問題弄明白。

經過反復查找，我找到了答案：列車在隧道中高速行駛時，會對洞內靜止的空氣造成強烈沖擊。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射出去，從而發出“咚”的“炮響”，這就是“隧道效應”。

可是，為什么是先發出聲音，然后列車才出來呢？經過爸爸的提醒，我聯想到了“雷公”和“電母”，它們的出場順序與速度有關。同理，被擠壓的空氣的傳播速度接近聲速340m/s，達到1224 km/h，遠遠超過了高鐵的速度（約300 km/h），這就是我們先聽到“炮響”，再看到列車從洞內駛出的原因。

實地考察消噪聲

這個響聲對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計。”李叔叔說，“列車的車頭被設計成‘子彈頭，隧道的洞門更是多種多樣，明天我帶你去實地看看。”

第二天一大早，我興高采烈地跟著李叔叔出門了，一天下來，我們去了4個隧道口，我發現每個隧道的洞門都長得不一樣，這有什么講究呢？

“洞門的樣式取決于隧道長度和該區域的地形地貌，短隧道一般采用斜切式洞門，長隧道一般采用端墻式洞門。”李叔叔耐心地解釋道，“有的洞門會延伸出來，像喇叭一樣；有的在洞門兩側或洞頂開幾個‘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，雖然我們已經做了很多努力來降低噪聲，但仍不能完全消除。”

“能不能在隧道內安裝吸聲器？或是設計一個儲能裝置，把能量轉換成電能？……”聽了李叔叔的講解，我的大腦飛速轉動，提出了很多想法。

李叔叔表揚了我：“你的想法很好！在現實生活中，一個問題有多種解決方法。你要好好學習，積累知識，希望有一天你能將隧道洞口的噪聲徹底消除。”