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填补高速铁路隧道气动效应研究领域空白
2013-07-29 03:44:30 来源:国铁在线 作者:李梅 【 】 浏览:701次 评论:0



图1:隧道内风速测点布置。

图2:高速列车通过京沪高铁西渴马隧道。

图3:高速列车驶出武广高铁浏阳河隧道。

图4:课题组成员在隧道内调试仪器。

图5:金牛山隧道气动效应测试。

图6:天鹅岭隧道气动效应测试。

图7:武广高铁隧道气动效应试验。

  高速铁路是世界铁路客运发展的方向。随着隧道的增多以及车速的提高,高速列车通过隧道引起的气动效应 (压力波、空气阻力、列车风、微气压波等),势必会对列车运行的安全性、经济性和旅客乘坐的舒适性、隧道周围环境等造成不良影响。一方面,气动力对列车本身和列车运行产生作用;另一方面,列车高速运行引起的气动现象对周围环境产生影响。以上问题是高速铁路隧道设计中必须解决的关键技术问题。中国铁道科学研究院铁道建筑研究所和机车车辆研究所成立了联合课题组,针对高速铁路隧道气动效应展开了研究。

  课题组成立之初面临着许多困难:首先,高速隧道气动效应试验是一个全新的课题,国内外尚无300公里/小时~350公里/小时的气动效应试验先例;其次,任务重、时间紧,从课题开始到完成仅有10个月时间;其三,课题组还面临着天气炎热、路途艰险、测点分散、现场传感器布设困难、缺乏远距离数据传输措施等一系列难题。

  针对课题面临的种种困难,铁科院集合全院相关专家成立了专家组,为课题制定了切实可行的研究大纲。课题组在实际研究工作中,针对测试中存在的问题,每个成员都在与专家沟通的基础上努力钻研,大家常常为了一个问题通宵达旦地讨论,充分发扬了不怕苦、不怕累的精神,直到最终高质量、高效率地完成了课题研究任务。

  大瑶山隧道是武广高铁全线最长的一条隧道,也是本课题现场试验过程中最大的难点。该隧道全长约10公里,一个人空手快速穿越隧道就需要两个小时,何况课题组成员还要携带大量的传感器、测试仪器及设备等。此外,隧道内无手机信号、无运输设备,所有设备仪器均需要课题组成员带进隧道。为了全面获得长大隧道内气动效应数据及各个参数的传播规律,课题组需要在大瑶山隧道全长范围内布设30个测试断面。在开始传感器布设前,他们花了3天时间制订了详细的计划。在进入隧道前,课题组成员再次明确了每个人的具体任务,仔细清点携带的设备,确保没有遗漏。进入隧道后,课题组成员按照预定计划,有条不紊地开展传感器布置、仪器箱安装、仪器调试、无线传输系统调试、远程监控设备调试等工作。大家忘记了黑夜、忘记了饥饿、忘记了疲劳。等全部测点布设完毕、全体测试人员离开大瑶山隧道时,才发现大家在隧道里已经呆了整整12个小时!大家进入隧道的时候天还没黑,等出隧道的时候天已经亮了。

  在课题组全体成员的共同努力下,这一课题取得了大量的科技成果,先后获得了中国铁道科学研究院科学技术奖特等奖及中国铁道学会科学技术奖一等奖。

  主要技术创新

  1.系统地开展了动车组通过隧道与隧道内交会时列车气动效应的理论研究,在列车内、外瞬变压力关系,隧道内瞬变压力与洞口微气压波关系以及实现动车组隧道内精确交会控制方法等方面取得重大突破。

  提出了动车组通过隧道时车外最大负压出现位置的理论计算方法。

  提出了动车组车外最大负压与隧道长度关系的理论计算公式。

  提出了隧道内瞬变压力与洞口微气压波关系的理论公式。

  提出了车内和隧道内瞬变压力3秒变化极值比例因子与隧道长度理论公式。

  提出了动车组隧道内高速交会时的试验理论计算方法。

  提出了导致车外压力变化最大幅值的隧道临界交会理论。

  2.系统地开展了动车组高速通过隧道时气动效应试验研究,在动车组隧道内高速交会试验、列车内外和隧道内瞬变压力以及洞口微气压波测试、长大隧道测试技术、列车附加阻力测试方法以及洞内附属设施气动力等方面取得重大技术突破。

  率先成功进行了动车组以时速350公里、时速380公里开展的隧道交会试验。

  揭示了300公里/小时~350公里/小时速度下洞口微气压波随隧道长度变化规律,提出了需要采取减缓措施的临界隧道长度,并探索了缓冲结构与辅助坑道对洞口微气压波的减缓作用。

  创造性地建立了高速铁路隧道空气动力学测试系统,解决了长大隧道全长范围内空气动力学测试难点问题,实现了车上车下与隧道各个测点同步、无线、远程测试技术的突破。

  首次提出了 特定有限区间惰行试验方法,成功破解了我国高速铁路中长隧道非恒定流空气附加阻力的测试难题。

  首次对CRH2型、CRH3型动车组在200公里/小时~350公里/小时速度下单列、重联与交会通过隧道时附属设施受到的气动力进行了现场试验测量,分析了车速、车型、运行工况、附属设施位置等对附属设施气动力的影响规律,并对附属设施在350公里/小时速度下的安全性进行了评价,积累了丰富的试验数据,为制定相应速度等级下相关列车安全运行标准,提供了重要依据。

  3.首次将高速动车组车体气密强度、旅客乘坐舒适度、隧道内瞬变压力与洞口微气压波以及附属设施气动力等研究成果纳入相关的规范及标准制订中。

  4.理论与试验研究成果首次应用于武广、郑西、京沪等高速铁路隧道设计与工程实践以及动车组强度、密封设计与结构优化之中。

  该课题取得了300公里/小时~350公里/小时条件下,动车组车体内外和隧道内瞬变压力的变化规律、微气压波的影响因素和变化规律、缓冲结构的设置条件、隧道附加阻力的试验方法和具体增量、隧道内辅助设施需要承受的气动荷载要求以及长大隧道远程监测控制技术等研究成果。

  课题取得的研究成果已应用于武广高铁隧道的运营中,并为京沪高铁隧道设计与施工提供了重要参考依据。该成果为新型高速动车组的强度与密封设计及结构优化提供参考,还为与气动载荷相关的高速动车组气密强度标准、对人耳舒适性影响的动车组密封及内部气压变化标准的修订提供实车线路试验数据支撑,并作为高速铁路联调联试及试运行试验的技术参考,在其他300公里/小时~350公里/小时乃至更高速度下的高速铁路隧道设计和运营中,具有广泛的应用前景。

  该课题首次全面对300公里/小时~350公里/小时高速铁路隧道气动效应进行了试验研究,其研究成果填补了我国高速铁路隧道气动效应研究领域的空白。该课题对京沪、郑西等高速铁路的隧道设计以及确定动车组隧道内最高交会速度具有重要的指导意义,对进一步丰富和发展我国高速铁路机车车辆及隧道的设计理论和方法、推进我国高速铁路的建设具有重要作用。

  本版文、图由中国铁道科学研究院提供

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Tags:填补高速铁路隧道气动效应研究领域空白 责任编辑:caiji
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