铁道工程学报

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王希良, 汪东修, 汤雨静

铁道工程学报. 2020, 37(11): 1-5.

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研究目的:滨州站作为天津至潍坊高速铁路、济南至滨州城际铁路、滨州至东营城际铁路的重要节点,也作为远期沿海高速通道的重要组成部分,其高铁车站设置方案对城市发展、旅客换乘、车站的功能和使用具有很大影响,因此进行天津至滨州高速铁路引入滨州既有站方案研究具有重要意义。
研究结论:(1)提出了中等城市高铁车站选址方法,新建滨州高铁站采用引入既有站方案;(2)分别提出了在普速场北部新建车场、高铁合场的方案Ⅰ以及近期与远期建设相结合的高铁分场方案Ⅱ;(3)综合分析了高速铁路引入既有站的影响因素,如咽喉区布置、站型复杂程度、运营管理、工程施工难度、车流交叉干扰、工程投资费用等,通过技术经济分析,分析结果表明方案Ⅰ更优;(4)基于AHP方法建立了方案比选的递阶分析结构模型,计算结果表明,方案Ⅰ最优,通过定性分析和定量计算,最终选择方案Ⅰ为天津至滨州高铁引入滨州既有站方案;(5)本研究成果可为新建高铁引入铁路既有站方案选择提供参考。

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高速铁路到发线有效长的车载优化方案研究

徐效宁

铁道工程学报. 2020, 37(11): 6-10.

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研究目的:到发线有效长是高速铁路的一个重要技术标准,它与土地资源利用、工程投资等密切相关。我国高速铁路到发线有效长度为650 m,主要依据16辆编组列车长度和安全防护距离设计。近年来,随着运力要求的不断提高,高速铁路需要开行更长编组的动车组,优化到发线有效长成为一个必须解决的问题。本文从车载设备的角度出发,通过分析车载设备控制逻辑,研究国内外其他列控系统的处理方式,提出一种高速铁路到发线有效长的车载优化方案。
研究结论:(1)方案优化CTCS-2级控车目标点,可解决CTCS-2级对标困难的问题;(2)方案采用开口速度控制,地面设计不需变动,可充分利用到发线有效长;(3)方案优化CTCS-3级的冒进防护功能,可进一步提高开口速度控制的安全性;(4)本研究成果可为我国高速铁路到发线有效长的优化提供一定借鉴。

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神木北站编组能力及接入方案研究

张永刚

铁道工程学报. 2020, 37(11): 11-14.

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研究目的:神木北站是神朔铁路两座区段站之一,目前其万吨列车编组分解作业能力已经达到饱和。而规划郭神线将接轨于神木北站,将进一步恶化其作业能力。本文拟通过对该车站编组能力进行理论分析,提出创新性工程方案,解决组合分解作业能力不足的问题。
研究结论:(1)本研究提出了折减后站场能力的指标,为站场能力分析提供了思路;(2)提出了新建万吨组合场方案,具有无限制增加站场作业能力的潜力,可在工程实践中普遍采用;(3)在未突破原可研批复投资的基础上增加该项目万吨列车编组分解作业功能,体现了在限定条件下由设计方案主导的工程创新;(4)本文研究可为类似站场改造扩能项目提供参考。

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川藏铁路拉林段风积沙防治工程设计参数研究

郑典明

铁道工程学报. 2020, 37(11): 15-18.

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研究目的:基于川藏铁路拉林段风沙区路基风沙防护的技术需求,本研究通过风洞试验,对工程中拟采取的高立式PE网沙障的风沙防护效果进行监测,筛选出防护效果优良的PE网沙障规格。试验模型按相似比为1 ∶10进行设计,以背风侧输沙率为指标,分别测定在风速10 m/s、18 m/s、25 m/s下不同规格PE网沙障输沙率。
研究结论:(1)沙障背风侧输沙率与沙障高度呈负相关趋势,与孔隙率呈正相关趋势;且输沙率随着积沙盒高度的增加,下降趋势逐渐变缓;(2)沙障的风沙防护效果不随沙障高度的增加正比增强,防护效果的增强越来越弱;(3)综合考虑高立式PE网沙障阻沙效果和工程实践中沙障成本及结构稳定性等方面的因素,宜采用2 m高、20%孔隙率左右的沙障;(4)本研究结论可为川藏铁路拉林段风积沙防护工程提供实施依据,也可为类似风积沙防护工程提供借鉴。

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含盐量对上海人工冻融软黏土特性的影响

周洁, 李泽垚, 许静怡

铁道工程学报. 2020, 37(11): 19-24.

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研究目的:在河口三角洲地区使用人工地层冻结法修建越江、跨海隧道等大型工程的联络通道时,常常会遇到孔隙水含盐量高软黏土地层,这不同于以往的小型淡水冻结工程。通过配置不同孔隙水含盐量的重塑软黏土,经过冻融处理后,采用直剪、渗透、压缩、压汞试验的方法探究孔隙水含盐量对冻融软黏土强度、渗透、压缩的特性和孔隙结构的影响,并测定探究冻融时孔隙水中离子浓度变化规律,从而为三角洲地区软黏土孔隙水盐分过渡带的融沉注浆、沉降预测等提供参考依据。
研究结论:(1)盐分能增大冻融软黏土的不排水抗剪强度、减小渗透系数、增大压缩模量,且浓度越高,影响程度越大;(2)冻融能使软黏土孔隙水中的Cl^-、Na⁺浓度轻微降低;(3)盐分能使得冻融软黏土整体孔径和峰值孔径不同程度地减小;(4)本研究结果有助于沿海越江、跨海等大型冻结工程的施工控制,以及周围工程环境的治理。

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循环荷载作用下原状花岗岩残积土动力特性

陈志波, 安亚洲, 谢永宁, 吴明淏, 王瑞斌

铁道工程学报. 2020, 37(11): 25-30.

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研究目的:东南沿海地区高速公路、铁路和地铁迅速发展,深入研究该地区广泛分布的花岗岩残积土的动力特性尤为重要。本文对福州原状花岗岩残积土进行动三轴试验,揭示循环荷载作用下花岗岩残积土的动应力应变关系、动强度、动剪切模量和阻尼比等动力特性。
研究结论:(1)循环荷载作用下原状花岗岩残积土的动应变与振次的关系表现为稳定型、破坏型和临界型三种典型类型;(2)随着振次增加,原状花岗岩残积土的动强度值降低,动强度与振次的关系曲线呈半对数函数关系;(3)长期循环荷载作用后,花岗岩残积土的动黏聚力和动内摩擦角将产生大幅下降;(4)原状花岗岩残积土的动剪切模量随着振次及动剪切应变的增加而降低;动剪切模量与动应力幅值的相关关系可用线性模型来描述;(5)循环荷载作用下,原状花岗岩残积土的阻尼比随振次的发展表现出稳定型、临界型和破坏型三种典型类型;(6)本研究成果对认识花岗岩残积土的动力特性以及合理选择土的动强度指标具有一定参考价值。

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微型桩加固边坡土拱形成机制与结构特征研究

孙书伟, 胡家冰, 朱本珍, 夏俞毛

铁道工程学报. 2020, 37(11): 31-36.

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研究目的:微型桩是一种边坡快速加固手段,多大面积成群布置,研究桩间土拱对微型桩加固边坡工程设计具有重要意义。目前,缺乏微型桩加固边坡土拱形成机制的相关研究,本文主要通过模型试验并结合数值分析研究土拱形成机制及结构特征。
研究结论:(1)当微型桩间距较小时桩间土体能够形成强拱,随着桩间距的增大,桩间土拱的结构性能有所减弱;(2)对黏性土坡而言,微型桩形成土拱的最大桩间距约为5.5D,当相对桩间距大于5.5时推力荷载作用下桩间土体会产生整体滑出;(3)通过对比不同桩间距土拱形态可知,端承土拱的拱形近似为抛物线,拱形随着相对桩间距增大由尖变缓,再由缓变扁,拱高随着相对桩间距的增大而增大,在此基础上建立了微型桩加固土拱的拱轴线方程;(4)本研究成果可为微型桩加固黏土边坡工程设计和安全评价提供指导。

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覆盖层滑坡斜向锚固桩加固效果研究

李建国, 白朝能, 孙立勋

铁道工程学报. 2020, 37(11): 37-42.

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研究目的:通过数值模拟研究斜向锚固桩加固覆盖层滑坡的效果,探讨覆盖层滑坡滑面、滑体及滑床强度指标对斜向锚固桩加固效果的影响,分析斜向锚固桩最优锚固角和最优加固效果预测方法。着重通过比较斜向锚固桩与竖直桩加固滑坡后的稳定系数,对比斜向锚固桩和竖直桩的加固效果。
研究结论:(1)斜向锚固桩加固覆盖层滑坡的效果一般都优于竖直桩,锚固角选择合适时,同等条件下可将滑坡稳定系数提高5.44%～21.38%;(2)滑面强度指标越低、滑体强度指标越高,斜向锚固桩的加固优势越明显;(3)对于本文算例,平均最优锚固角为27.5°,桩轴线与滑面大致垂直时,斜向锚固桩的加固效果最好;(4)建立了斜向锚固桩加固效果的拟合预测计算公式,已知滑面、滑体的强度指标,就可初步估算斜向锚固桩的加固效果;(5)本研究结论对滑坡治理工程的设计有参考价值。

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高速铁路大跨斜拉桥上无砟轨道系统疲劳特性

闫斌, 闫晗, 黄杰, 娄平

铁道工程学报. 2020, 37(11): 43-48.

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研究目的:近年来我国高速铁路发展迅猛,主跨超过200 m的大跨度桥梁与无砟轨道适应性成为无砟轨道设计的关键课题之一。为研究列车荷载、温度荷载、温度梯度荷载耦合作用下大跨度桥上无砟轨道疲劳损伤特性,以南昌至赣州客运专线上某 (35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉桥为例,探讨在高速列车荷载、温度及温度梯度荷载下桥上无砟轨道结构疲劳损伤规律。
研究结论:(1)在列车荷载作用下,钢轨最不利位置出现在桥梁跨中,寿命为17年;(2)在列车荷载作用下,道床板寿命由两端向中间阶梯式下降,道床板最不利位置出现在跨中道床板板底,底座板寿命由桥梁两端和桥梁跨中向桥塔附近减小,最不利位置出现在桥塔附近底座板板底;(3)在列车荷载、温度荷载和温度梯度荷载作用下,道床板最不利位置出现在桥梁跨中,底座板最不利位置出现在桥塔附近;(4)气候条件对无砟轨道结构影响较大,桥梁所处城市位置越往南,轨道结构寿命越长,广州地区气候下道床板和底座板寿命分别为哈尔滨的3倍和2.1倍;(5)本研究成果可为主跨超过200 m的大跨度桥梁与无砟轨道适应性问题提供参考。

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两种5 000 m直纹曲面混合缆索悬索桥的模态特性

徐文平, 陈凯, 秦韬睿, 袁吉汗

铁道工程学报. 2020, 37(11): 49-55.

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研究目的:本文针对5 000 m级超大跨径海峡悬索桥的需求,依据二次直纹曲面方程,提出单叶双曲面混合空间缆索悬索桥和双曲抛物面混合空间缆索悬索桥两种新桥型,开展空间混合缆索悬索桥的几何构形研究,建立ANSYS有限元分析模型,研讨空间缆索悬索桥的动力模态特性,探索空间缆索悬索桥结构的技术优势,解决超大跨径悬索桥颤振抗风稳定性的技术难题,为将来建造5 000 m级超大跨径海峡悬索桥提供参考。
研究结论:(1)混合空间缆索悬索桥中的钢丝缆索和碳纤维空间缆索协同工作,其扭转振型比平行悬索桥出现得晚得多,扭转频率和扭弯频率比有很大的提高,颤振临界风速有很大的提高;(2)平行悬索桥、单叶双曲面空间缆索悬索桥和双曲抛物面空间缆索悬索桥的第一阶正对称扭转频率分别为0.079 88 Hz、0.198 40 Hz和0.155 78 Hz,扭弯比分别为1.22、2.88和2.35,颤振临界风速分别为:V^p_cr=20.83 m/s、V^d_cr=91.21 m/s、V^s_cr=71.18 m/s;(3)两种空间混合缆索结构体系具有良好的抗风稳定性,可为将来建造5 000 m级超大跨径悬索桥开辟一条新的思路。

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考虑车辆六轮相关的桥面随机激励的模拟

陈水生, 赵辉, 夏钰桓, 李锦华

铁道工程学报. 2020, 37(11): 56-62.

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研究目的:模拟车辆各轮相干桥面不平顺随机激励,为车桥耦合振动系统提供更切合实际的桥面激励输入,本文在滤波白噪声法生成单轮桥面不平顺随机激励的基础上,结合车辆各轮桥面不平顺激励的时空相干特性,建立车辆六轮相关桥面随机激励时域模型,并验证模型的有效性。同时,以一座30 m跨径的简支T梁桥为工程背景,对比分析车辆六轮相关桥面随机激励对桥梁振动响应的影响。
研究结论:(1)根据车辆六轮间的相干函数关系所建立的桥面随机激励模型有效可靠;(2)车辆六轮相关的桥面随机激励对桥梁振动响应均值的影响很小,但对桥梁振动响应标准差的影响较大;(3)车辆低速行驶时,六轮相关桥面随机激励的桥梁振动响应小于其他激励方式,但随着车速的提高,六轮相关桥面激励的桥梁振动响应和冲击系数明显大于其他激励方式;(4)研究桥面不平顺随机激励对桥梁振动响应的影响有必要考虑车辆各轮的相干关系。

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铁路连续梁桥智能施工关键技术研究与应用

解亚龙, 王万齐, 赵静, 李慧

铁道工程学报. 2020, 37(11): 63-68.

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研究目的:铁路连续梁桥具有成桥刚度大、运营养护维修简便、车辆运行平顺性好等诸多优点,在铁路建设中被大量采用,目前在建的铁路连续梁桥多达上千座,同时由于铁路连续梁桥施工控制过程复杂、成桥标准高等特点,因此需要系统总结提出铁路连续梁桥智能施工解决方案,确保桥梁结构安全,一次成优。
研究结论:(1)针对铁路连续梁桥工程特点和施工控制的关键环节,提出铁路连续梁桥智能施工解决方案,从综合管理和关键环节管控两个方面提出智能化框架体系;(2)综合管理是指通用性的技术手段,主要包括基于施工工效指标的进度管理,基于拌和站、试验室的原材料管理,基于电子施工日志、检验批、隐蔽工程影像留存的过程管理等,实现原材料管理、进度管理和质量验收管理;(3)关键环节管控通过分析关键工序,提出了桩基检测系统、大体积混凝土温度监测系统、基于BIM的0号块施工模拟和方案优化、高大模板监测、预应力施工自动化、线形控制等多种智能化信息化手段;(4)经过京张高铁、京雄城际铁路全面验证,按照智能化框架体系进行管控能够有效提升工程质量和施工效率,实现施工过程质量追溯,为铁路连续梁桥施工管理提供可推广借鉴的解决方案。

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挤压性围岩隧道围岩压力计算方法研究

刘志春, 李国良

铁道工程学报. 2020, 37(11): 69-76.

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研究目的:大量现场实测结果表明,挤压性围岩隧道受高地应力挤压作用影响,围岩压力远大于规范计算值,围岩压力以形变压力为主。长期以来在挤压性围岩隧道结构设计中仍沿用现行规范中松动压力计算方法,造成支护结构抗力不足而导致变形侵限、支护拆换等严重现象。国外类似计算方法多基于Q、N、RMR围岩分级系统,与我国围岩分级方法不同。因此,迫切需要提出适应我国围岩分级体系的挤压性围岩隧道围岩压力计算方法。
研究结论:(1)确定了变形等级S、隧道埋深H和开挖宽度B三个指标作为挤压性围岩隧道围岩压力计算的关键影响因子,计算指标既便于取值,又能充分反映围岩和隧道条件;(2)基于典型样本统计,提出了挤压性围岩隧道垂直围岩压力计算公式和水平侧压力系数取值范围,实测结果与计算结果吻合良好,各因子影响规律与实测数据规律一致;(3)经工程检验,计算方法满足现行规范安全性要求,同样适用于一般Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级软岩深埋隧道形变压力计算;(4)本研究成果可应用于一般软岩深埋隧道和挤压性围岩隧道的围岩压力计算,可为隧道结构设计提供依据。

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深埋黄土隧道系统锚杆对弹性抗力的影响分析

刘勇, 徐强, 马凯蒙

铁道工程学报. 2020, 37(11): 77-82.

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研究目的:围岩弹性抗力系数对衬砌结构的受力状态影响很大,本文从系统锚杆与围岩抗力特性的角度出发,对深埋黄土隧道系统锚杆的作用进行分析。通过对锚杆施作处围岩变形的分析,由静力等效推导出系统锚杆与弹性抗力系数的关系式,并基于现场试验与理论计算进行对比分析,对关系式进行修正,分析锚杆长度、锚杆间距、隧道开挖影响范围以及围岩的弹性模量对系统锚杆作用的影响,最后通过数值模拟进一步分析系统锚杆的作用效果。
研究结论:(1)大断面深埋黄土隧道系统锚杆受压状态下,可显著提高围岩的弹性抗力系数,进而优化结构的受力,控制结构的变形,提高支护结构的安全性;(2)锚杆的长度越大,锚杆环向间距、隧道开挖影响范围和围岩弹性模量越小,受压状态锚杆对围岩弹性抗力系数的改善效果越明显;(3)围岩条件越差时,锚杆的作用效果越明显,相反当围岩条件越好,锚杆对结构的改善作用越小,可以适当地减少系统锚杆的施作;(4)本文研究方法及结论可为以后类似系统锚杆作用分析提供借鉴和参考。

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西部寒区隧道冻结泥岩蠕变模型模糊随机辨识

姚亚锋, 曹广勇, 林键, 季京晨

铁道工程学报. 2020, 37(11): 83-89.

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研究目的:冻结围岩蠕变方程和参数是西部寒区隧道施工安全的关键资料,但已有的研究成果表明蠕变参数主要依靠试验拟合和数理统计的方法获得,未曾兼顾实际岩土工程中冻结岩石的模糊随机性。本文针对西部寒区冻结泥岩分别在-5 ℃、-10 ℃、-15 ℃下进行单轴抗压试验和单轴蠕变试验,揭示冻结泥岩的模糊随机分布。为准确表征西部寒区冻结围岩的不确定性,对传统的粒子群智能算法进行模糊随机改进,利用改进后的算法科学有效地辨识冻结泥岩西原体蠕变模型及其参数。
研究结论:(1)西部冻结泥岩在单轴受力状态下,随着温度的降低抗压强度总体呈上升趋势,受温度、含水率、地压等因素的综合影响,其力学特性表现出明显的模糊随机性;(2)相同含水率的西部冻结泥岩,其蠕变过程受冻结温度和应力等级的影响而变化,同时伴有模糊随机性,在较低和中等应力作用条件下,蠕变基本呈稳定性状态;当发生较高应力作用时,蠕变呈加速状态;(3)通过模糊惯性权重对传统的粒子群算法进行模糊随机改进,利用改进后的算法辨识蠕变柔量参数和西原体模型,优化后的模型能更好地表征西部寒区隧道工程中冻结泥岩的蠕变各阶段;(4)改进后的模糊随机粒子群算法比传统粒子群算法变异概率小,在高维复杂问题求解时更容易找到全局最优解,工程适用性更广。

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基于微震监测的川藏铁路某隧道岩爆预测研究

韩侃, 陈贤丰, 杨文斌, 王秉勇

铁道工程学报. 2020, 37(11): 90-95.

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研究目的:高地应力隧道岩爆成因和监测预警机制是长大深埋隧道施工与运营亟待解决的问题之一,微震监测作为岩体微破裂空间监测技术在隧道工程预警上发挥重要作用。本文以川藏铁路巴玉隧道为研究对象,采用IMS-16微震系统对隧道岩体破裂进行实时监测,基于微震监测预警原理,对微震监测关键技术与流程进行总结,建立基于隧道微震信息的岩爆预测评价机制,并采用现场试验验证岩爆预测评价结果。
研究结论:(1)岩爆等级与微震能量、视体积、地震矩等震源参数有关;(2)根据微震监测系统预警区域内微震活动特征参数、微震事件空间分布状态、累积微震事件数和累积微震释放能的变化规律,综合微震监测数据及现场地质条件,可预测监测区域内岩爆等级且偏差不大;(3)预警区域微震事件呈空间聚集分布,累积微震事件数及累积微震释放能对数显著增长,说明该区域发生岩爆活动较活跃;预警区域微震事件呈空间分散分布,累积微震事件数及累积微震释放能无显著增长,说明该区域暂时无岩爆风险;(4)本研究结果可为岩爆微震监测提供科学依据,同时可为类似隧道的施工与管理提供参考借鉴。

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洞顶弃渣对隧道结构安全性影响分析

王伟星, 韩侃, 王秉勇, 赵永虎

铁道工程学报. 2020, 37(11): 96-99.

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研究目的:隧道顶部异常弃渣,本质上是隧道结构上方竖向荷载的增加,荷载的变化会引起隧道局部变形、不均匀沉降,甚至会导致结构破坏,对隧道结构安全造成影响,从而对隧道的使用造成安全风险。基于黄土隧道顶部弃渣实例,本文采用有限元分析方法,对隧道结构的变形和受力特征进行研究。
研究结论:(1)洞顶弃渣对深埋隧道结构位移的变化影响较小,对隧道结构受力的变化影响很大;(2)受洞顶弃渣的影响,隧道结构轴力增大数倍,结构弯矩在拱顶位置增大约5.7倍,而在其余位置增大2.2~3.5倍;(3)宜采用实时结构受力观测、弃渣地表防排水、加强植被绿化等措施,减轻或防治弃渣对隧道结构的不良影响;(4)本文研究可用于地铁隧道、铁路隧道及公路隧道等地下结构工程的安全影响分析评价工作中,从而为建设及运营管理提供决策参考。

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区块链技术驱动的铁路工程信息共享框架研究

卢睿, 王子甲, 尤嘉, 程磊, 林熹东

铁道工程学报. 2020, 37(11): 100-105.

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研究目的:我国铁路建设过程中产生的数据日益增多,为解决铁路大数据在流转过程中组织架构信任成本高和信息数据安全性差等问题,提出基于区块链技术的信息共享框架,完善铁路信息化建设数据架构体系。
研究结论:(1)共识机制、智能合约、数字签名三种区块链关键技术对于解决铁路工程信息收集、处理、查询等信息共享问题有很强适用性;(2)在明确铁路工程的信息共享流动过程的基础上建立区块链技术驱动的铁路工程信息共享框架,可以提高铁路工程信息共享程度;(3)将铁路工程信息共享框架应用于具体实际铁路建设管理中具有很强的可行性,在工程验收管理中可以有效解决各单位之间信任薄弱、审批效率低、数据不安全等问题。

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刊出日期：2020-11-15

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