铁路隧道空气动力学效应理论与工程应用.docx

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1、项目名称铁路隧道空气动力学效应理论与工程应用主要完成人陶伟明、吴剑、扈森、史宪明、王磊、方钱宝、马杰、刘志强、杨乾锁主要完成单位-中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司、中铁二院工程集团有限责任公司、中铁西南科学研究院有限公司、中国科学院力学研究所推荐单位贵阳市科学技术局推荐等级贵州省科学技术进步奖一、二等奖项目简介本项目属轨道交通运输领域铁路隧道空气动力学效应方向。为解决目前我国高速铁路隧道隧道净空面积标准相对国外偏大、隧道洞口“音爆”现象频发、长大隧道坡度折减设定仍采用1965年凉风城隧道空气阻力经验计算公式等制约我国铁路隧道技术进步的难题,在国家科技支撑计划重大项目、国铁集团系统性重大项

2、目、国家铁路局科技研发项目等支持资助下，中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司、中铁二院工程集团有限责任公司、中铁西南科学研究院有限公司和中国科学院力学研究所组成的项目组历时十余年（2010年1月2022年6月）持续协同攻关，采用资料调研、理论分析、数值仿真、室内试验、现场测试等技术方法，对列车通过隧道时压缩波生成和传播的理论模型、隧道净空面积和列车密封性能对乘客舒适度的影响程度、隧道净空面积与各项空气动力学效应指标的匹配关系、隧道洞口“音爆”形成的形成机理与防治措施、隧道空气阻力的计算方法与试验验证、长大隧道坡度折减的设计方法等关键技术难题进行了系统、深入的研究，创新了铁路隧道空气动力学效应

3、理论，攻克了气车隧耦合作用铁路隧道空气动力学效应难题，形成了铁路隧道空气动力学效应成套关键技术和标准，实现了从“固定设备适应移动设备”到“移动设备与固定设备相互适应”的设计思想转变，主要创新成果如下：1、创新了铁路隧道空气动力学效应理论。构建了考虑压缩和膨胀特性的压缩波生成模型和考虑惯性作用、摩擦效应和热能损失的压缩波传播模型，建立了我国西部地区首套实验时速450km、高压空气加速和非接触磁涡流制动的高速铁路隧道气-车隧耦合作用试验平台,研发了铁路隧道空气动力学效应仿真分析软件，发展了铁路隧道空气动力学效应理论。2、创建了铁路隧道净空断面优化技术方法。基于气车-隧耦合作用空气动力学效应，创建了

4、铁路隧道净空断面优化技术方法，提出了高速及城际铁路隧道净空断面优化方案、高原铁路隧道净空断面标准、既有铁路隧道提速技术方案。在保证乘客舒适度、运营安全性的前提下减小隧道净空断面，实现了工程造价的大幅下降，研究成果已纳入城际铁路设计规范和川藏铁路勘察设计暂行规范。3、构建了铁路隧道洞口“音爆”综合防治技术。揭示了无昨轨道隧道惯性作用、摩擦效应和热能损失耦合作用的微气压波激化机理，提出了考虑非定常摩擦及其导致热能损失的无祚轨道隧道微气压波计算方法，建立了无祚轨道隧道微气压波缓解效果评价体系及缓解措施设计方法，构建了高速铁路隧道洞口“音爆”综合防治技术体系，保障了隧道洞口附近环境安全。4、创立了铁路

5、长大隧道坡度折减技术标准。提出了非恒定流隧道空气阻力计算方法，发明了“特定有限区间”隧道空气阻力惰行试验方法，建立了以隧道空气阻力、牵引质量、机车功率为基础的隧道最大计算坡度设计方法，修正了长大铁路隧道坡度折减技术标准。打破了长大铁路隧道坡度折减系数不得超过085的技术“瓶颈”，增大了地形困难山区铁路选线自由度，对于缩短线路长度、避让重大不良地质具有重要意义，研究成果己纳入铁路线路设计规范和列车牵引计算标准。本项目研究成果已纳入行业及企业标准4部，授权发明专利7项（含国际发明专利1项）,授权软件著作权3项，发表论文21篇，获得各类学会及社会力量科学技术一等奖5项、铁路优秀工程勘察设计一等奖1项

6、、国际咨询工程师联合会（FlDle）杰出工程奖2项。经中科合创（北京）科技成果评价中心组织多位院士组成的专家组评价，成果达到国际领先水平。本项目研究成果已成功应用于贵广高铁、川藏铁路、赣深高铁、成兰铁路、渝利铁路、云桂铁路等数十条干线铁路和深圳龙大等城际铁路隧道工程建设中，解决了铁路隧道断面设计、隧道洞口“音爆”防治和长大隧道坡度设定等关键技术难题；本项目研究成果还成功应用于我国首次高速铁路提速改造一一贵广高铁提速改造的技术方案制定中，解决了列车性能提升标准、隧道气动指标匹配设计标准等关键技术难题，实现了净空断面为92m2的隧道运营时速由25Okm提升至300km。本项目研究成果的应用累计取得

7、直接经济效益约220亿元，预计在“十五五”期间，隧道净空断面优化存在巨大的潜在经济效益，同时还有力提升了我国高速铁路的技术进步和国际竞争力，为一带一路、西部开发和贵广高铁、贵南高铁、川藏铁路等重大基础设施建设和高铁技术“走出去”战略的实施提供了强有力的技术支撑，具有显著的社会、经济和环境效益。主要知识产权和标准规范等目录知识产权（标准）类别知识产权（标准）具体名称国家（地区）授权号（标准编号）授权（标准发布）日期证书编号（标准批准发布部门）权利人（标准起草单位）发明人（标准起草人）发明专利（标准）有效状态企业标准川藏铁路勘察设计暂行规定中国Q/CR9529-20212021年03月24日国铁集

8、团二集责等铁程限司中工有公陶伟明等有效发明专利一种高速列车模型实验平台中国CNB2015年10月7日国家知识产权局中国科学院力学研究所杨乾锁等有效明利发专Methodforjointlymeasuringaerodynamicliftandaerodynamicdragcoefficient大亚澳利.42021年1月20日澳大利亚专利局中国科学院力学研究所杨乾锁有效发明专利一种高寒高海拔环境隧道空气动力学效应动模型试验系统及方法中国CNB2022年5月6日国家知识产权局中铁西南科学研究院有限公司史宪明、吴剑、刘志强等有效软件著作权高速铁路隧道空气动力学效应计算软件V2.0中国2017SR413

9、5372017年2月15日国家局南究公西研限铁学有中科院司史宪明、吴剑、刘志强等有效软件著作权高速铁路隧道群空气动力学效应计算软件VLO中国2016SR1329272016年04月15日国家局中铁西南科学研究院有限公司陶伟明、吴剑、史宪明、刘志强等有效软件著作权高海拔低气压地区高速铁路隧道空气动力学效应计算软件VLo中国2019SR2019年6月20日国家局中铁西南科学研究院有限公司史宪明、吴剑等有效论文Trainmodelaccelerationanddeceleration中国2023,56(03)：642-6472013年1月10日ScienceChina-TechnologicalSciences中国科学院力学研究所杨乾锁有效论文高速铁路隧道洞口微气压波减缓措施效果研究中国2020,37(08):65-702020年8月25日铁道工程学报中铁二院工程集团有限责任公司陶伟明有效论文时速30035Oknl高速铁路双线隧道微气压波激化作用及缓解措施研究中国2017,50(S2)：209-2142017年12月25日土木工程学报中铁西南科学研究院有限公司吴剑、史宪明等有效