第2期 马伟斌,等:中国高速铁路隧道气动效应研究进展 隧道外围 试系统主要由传感器、IMC集成测控数采系统、无 线远程监控系统、无线远程数据传输系统和接收终 隧道 隧道外围 端等部分组成,见图4 气压传感器 无线远程传输系 图1隧道计算模型网格 无线远程控制终端 无线远程控制系统 图4测试系统 Fig 4 Test system 长大隧道内无GSMR、GPS信号,地形与环境 等条件恶劣,要求同步测试时间精确,测试难度较 大。基于先进的数据采集技术、无线传输技术、远程 控制技术以及线号同步技术,中国铁道科学研究院 自主研制成功高速铁路隧道气动效应集成测控系 统。该系统采用全功能的数采模块,可满足数据采 图2列车驶入隧道瞬变压力 集多路信号全面监测的需要,并可分散可集中,系统 Fig 2 Transient pressure when train enters tunnel 组合灵活多变,在分布式系统中,可将多台数采仪置 计算 实测 于铁路线路不同位置,满足多点采集的需要,同时接 210 入多种信号,也可将多台数采仪分开使用,同时拥有 多套独立的通用信号数采系统,满足多个测量任务 的需要。系统大幅度减少了信号长距离传输以及外 来干扰产生的影响,通过无线网络通讯突破距离、地 形等空间条件的限制,为特殊应用环境下的测量工 作提供便利。不同系统间可实现同步连接,保证所有 图3瞬变压力对比 数采仪的所有通道实时同步,同步精度达到ns级 Fig 3 Comparison of transient pressures 计算表明,隧道内各压力波的传递与叠加时刻与隧此外,系统有较好地适应高低温、高湿、强振动和冲 道长度、列车速度紧密相关 击等恶劣环境的能力,可广泛用于无信号的野外无 1.2现场实车试验 线采集、传输及控制中。为获得长大隧道内瞬变压 中国铁道科学研究院结合多条高速铁路的联调力随长度方向变化规律,本文在武广线大瑶山1号 联式,进行了隧道气动效应现场实车试验。通过测隧道(10081m)内分别距洞口230.700.8001000 试动车组高速通过隧道或隧道内交会时的瞬变压00050007500,9850m布置了8个断面,成功 力、微气压波、列车风以及行车阻力的特性及变化规实现了数据同步采集、传输与远程监控 律,验证了数值模拟计算结果,得到了气动荷载交变1.2.2动车组隧道内高速交会试验 作用对车体强度、车内舒适度、隧道内辅助设施以及 通过现场试验,本文提出了基于标尺试验与交 周围环境的影响及规律,为系统开展高速铁路车隧会时间差计算的高速动车组交会试验方法,成功进 耦合空气动力效应研究奠定基础。 行了高速铁路动车组350km·h-隧道内交会试 1.2.1高速铁路隧道气动效应测试系统 验,并在京沪线成功实现了动车组380km·h-隧 中国铁道科学研究院创造性地建立了高速铁路道中点位置交会试验,交会误差小于50m。 隧道空气动力学测试系统,解决了长大隧道全长范1.2.3惰行试验方法 围内空气动力学测试难点,实现车上车下与隧道各 在理论分析的基础上,本文提出采用在隧道内 个测点同步、无线、远程测试技术的突破,其采用了进行惰行试验时的“特定有限区间”采样方法。试验 自行研发的无线远程控制与集中监控技术,试验测数据的采样选择列车进入隧道后的一个特定区间图１ 隧道计算模型网格 Ｆｉｇ．１ Ｍｅｓｈｏｆｔｕｎｎｅｌｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅｌ 图２ 列车驶入隧道瞬变压力 Ｆｉｇ．２ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｗｈｅｎｔｒａｉｎｅｎｔｅｒｓｔｕｎｎｅｌ 图３ 瞬变压力对比 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓ 计算表明，隧道内各压力波的传递与叠加时刻与隧 道长度、列车速度紧密相关。 １．２ 现场实车试验 中国铁道科学研究院结合多条高速铁路的联调 联式，进行了隧道气动效应现场实车试验。通过测 试动车组高速通过隧道或隧道内交会时的瞬变压 力、微气压波、列车风以及行车阻力的特性及变化规 律，验证了数值模拟计算结果，得到了气动荷载交变 作用对车体强度、车内舒适度、隧道内辅助设施以及 周围环境的影响及规律，为系统开展高速铁路车隧 耦合空气动力效应研究奠定基础。 １．２．１ 高速铁路隧道气动效应测试系统 中国铁道科学研究院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，实现车上车下与隧道各 个测点同步、无线、远程测试技术的突破，其采用了 自行研发的无线远程控制与集中监控技术，试验测 试系统主要由传感器、ＩＭＣ 集成测控数采系统、无 线远程监控系统、无线远程数据传输系统和接收终 端等部分组成，见图４。 图４ 测试系统 Ｆｉｇ．４ Ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ 长大隧道内无 ＧＳＭＲ、ＧＰＳ信号，地形与环境 等条件恶劣，要求同步测试时间精确，测试难度较 大。基于先进的数据采集技术、无线传输技术、远程 控制技术以及线号同步技术，中国铁道科学研究院 自主研制成功高速铁路隧道气动效应集成测控系 统。该系统采用全功能的数采模块，可满足数据采 集多路信号全面监测的需要，并可分散可集中，系统 组合灵活多变，在分布式系统中，可将多台数采仪置 于铁路线路不同位置，满足多点采集的需要，同时接 入多种信号，也可将多台数采仪分开使用，同时拥有 多套独立的通用信号数采系统，满足多个测量任务 的需要。系统大幅度减少了信号长距离传输以及外 来干扰产生的影响，通过无线网络通讯突破距离、地 形等空间条件的限制，为特殊应用环境下的测量工 作提供便利。不同系统间可实现同步连接，保证所有 数采仪的所有通道实时同步，同步精度达到 ｎｓ级。 此外，系统有较好地适应高低温、高湿、强振动和冲 击等恶劣环境的能力，可广泛用于无信号的野外无 线采集、传输及控制中。为获得长大隧道内瞬变压 力随长度方向变化规律，本文在武广线大瑶山１号 隧道（１００８１ｍ）内分别距洞口２３０、７００、８００、１０００、 ３０００、５０００、７５００、９８５０ｍ 布置了８个断面，成功 实现了数据同步采集、传输与远程监控。 １．２．２ 动车组隧道内高速交会试验 通过现场试验，本文提出了基于标尺试验与交 会时间差计算的高速动车组交会试验方法，成功进 行了高速铁路动车组３５０ｋｍ·ｈ－１ 隧道内交会试 验，并在京沪线成功实现了动车组３８０ｋｍ·ｈ－１ 隧 道中点位置交会试验，交会误差小于５０ｍ。 １．２．３ 惰行试验方法 在理论分析的基础上，本文提出采用在隧道内 进行惰行试验时的“特定有限区间”采样方法。试验 数据的采样选择列车进入隧道后的一个特定区间， 第２期 马伟斌，等：中国高速铁路隧道气动效应研究进展 ２７