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2020年, 第37卷, 第12期 
刊出日期:2020-12-15
  

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    长大干线: 勘测设计
  • 牛永效
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 1-5.
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    研究目的:多道瞬态面波方法是一种重要的浅地表工程地质勘察技术,该方法在提高勘探深度的同时往往导致横向分辨率降低,难以对横向复杂多变的地质结构进行探测。为能够兼顾勘探深度和横向勘探精度,本文结合实际工程场地,开展共中心点互相关(CMPCC)面波勘察技术应用研究。
    研究结论:(1)与传统单点瞬态面波勘探方法相比,共中心点互相关(CMPCC)瞬态面波法能够充分刻画目标测点位置的频散变化,在理论上有较大提升;(2)实际工区应用表明,与传统单点瞬态面波勘探方法相比,CMPCC瞬态面波法在保证勘探深度的同时能够显著提高横向勘探精度;(3)CMPCC方法在一定程度上考虑了地下构造的横向变化特征,在复杂地质条件地区有较好的应用前景。
  • 牟瀚林
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 6-10.
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    研究目的:铁路选线是铁路勘察设计中重要的基础工作。尤其对于复杂山区铁路,通过选线设计可以确定线路的合理走向,可以降低工程难度、节省工程投资,可以提高修建铁路的经济社会效益。本文通过对衢宁铁路鹫峰山越岭段选线设计研究,从项目所处区位、地形地貌特征以及运量入手,选择合适的限制坡度,确定合理的线路走向,达到降低工程难度和节省工程投资的目的。
    研究结论:(1)复杂山区铁路选线应避免平原地区简单拉直线取直的思路,尤其是普速铁路,应重拾传统的沿河选线思路,选线设计过程中,首先应读图了解区域水系分布,摸清河流流向,找出山间河谷位置以及河谷上、下游谷底标高;其次应从河谷上游开始,逐渐向下游处选择合适的跨越点,充分用足限坡、局部展线等思路实现工程的优化以及工程条件的改善;在此基础上再局部调整选择合适的站位,即采用工程前置、站位次之的思路;(2)本文研究对类似复杂山区铁路勘测、设计具有参考借鉴作用。
  • 成泉, 严建伟, 刘娟
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 11-15.
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    研究目的:济南铁路枢纽是全国路网性枢纽之一,随着石济客专和济青高铁的开通,枢纽衔接各线路客货运通过能力得到大幅提升,而枢纽内客货交叉干扰严重,点线能力不匹配的问题依然突出。郑济高铁作为路网干线铁路,在国家中长期铁路网中具有重要地位,其引入将重构济南铁路枢纽的客运站分工、运输组织及济南市整体城市格局。为优化济南铁路枢纽客货运布局,实现“点线能力协调、客内货外、客货分线”的运输格局,有必要对郑济高铁引入济南铁路枢纽方案进行深入研究。
    研究结论:(1)郑济高铁引入济南铁路枢纽应遵循通道顺直、客运深入市区、客货分线的原则,引入线路尽量考虑接入既有站,充分利用既有线及相关设施,节省投资、方便管理;(2)济南铁路枢纽将形成以济南站、济南西站、济南东站为主要客运站,大明湖站为辅助客运站的“三主一辅”客站格局;(3)济南铁路枢纽将逐步形成普速铁路、客运干线铁路、城际铁路和城市轨道交通“四网”并存的格局;(4)本研究成果对未来规划线路引入济南枢纽后客运系统布局、枢纽改扩建方案具有较好的借鉴作用。
  • 余浩伟, 寇峻瑜, 李艳
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 16-20.
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    研究目的:高速磁浮是一种前沿的新型轨道交通,为合理确定其功能定位及应用场景,本文从磁浮系统技术原理出发,结合国内外发展现状,对600 km/h高速磁浮在国内的适应性及工程化发展进行研究。
    研究结论:(1)我国已具备高速磁浮的理论研究和生产制造能力,下一步将重点开展工程化试验工作;(2)高速磁浮可有效缩短旅客长途出行的时间成本,综合对比高速铁路、高速公路、航空运输,400~600 km/h高速磁浮的优势距离约为300~2 000 km;(3)高速磁浮对于补充我国高速客运市场、完善轨道交通体系和产业结构体系的意义重大,高速磁浮系统的深入探索具有一定的必要性;(4)在推广应用之前,高速磁浮应重点解决其在综合交通运输体系中的功能定位、系统测试验证与实际载人考核、系统整体经济性等关键问题;(5)本研究成果可为国内高速磁浮交通项目的规划、建设提供指导。
  • 孙海富
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 21-25.
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    研究目的:《城际铁路设计规范》没有规定正线站台门的设置标准,各项目设计时采用的标准也不统一。本文对国内城际铁路车站正线站台门的设置标准进行了调研,结合仿真计算和研究分析,提出了城际铁路正线站台门的设置标准,对于完善城际铁路设计标准,指导城际铁路设计有借鉴意义。
    研究结论:(1)正线站台门至站台边缘的距离需要考虑空间环境、列车通过速度、站台门强度等因素;(2)地面站、高架站宜设置半高站台门,站台门高度宜为1.5 m,站台门强度为±1.5 kPa,正线站台门宜设置在距站台边缘1.2 m处;(3)地下站宜设置全高站台门,站台门高度宜为3.0 m,站台门强度为±3.0 kPa,当列车以160 km/h及以下速度通过地下车站时,正线站台门可设置在距站台边缘0.1 m处;当列车以200 km/h速度通过地下车站时,正线站台门可设置在距站台边缘0.2 m处;当列车以250 km/h速度通过地下车站时,正线站台门可设置在距站台边缘0.6 m处;(4)本文对城际铁路设计具有借鉴意义和指导作用。
  • 长大干线: 工程地质与路基
  • 赵国堂, 赵如锋, 刘俊飞
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 26-31.
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    研究目的:本文对常用的几种附加应力计算模式进行梳理,分析了几种计算方法存在的不足。通过对刚性桩复合地基受力进行理论分析和受力模式简化,建立适合工程应用的附加应力计算模型,从而为准确把握地基土变形特征、变形部位、变形量,有效进行工后沉降控制提供依据。在此基础上,对刚性桩复合地基铁路路基的沉降变形源进行分析。
    研究结论:(1)铁路路基条件下,刚性桩复合地基的附加应力集中在下卧层,以及桩顶、桩底段,这些位置是地基的主要受力区;(2)在桩底以下1~2 m附加应力达到最大,最大值约为路堤荷载的0.7~0.9倍,自此向下下卧层中附加应力随深度衰减;(3)以条形均布荷载Mindlin解计算下卧层附加应力,以具有负摩阻的三角形摩阻力分布计算加固区附加应力的“并联-摩阻”模型可用于计算刚性桩复合地基中附加应力分布;(4)下卧层和桩底段土体压缩变形对地基总沉降的贡献最大,主要受力区域内的黏性土层是后期沉降的变形源;(5)本研究成果可用于铁路路基刚性桩复合地基设计和总沉降、工后沉降分析。
  • 周福军
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 32-37.
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    研究目的:以CZ铁路为代表的山区铁路工程,面临高海拔、大落差、复杂地形条件,勘察工作环境恶劣,传统勘察手段难以实施,地面地质调绘安全风险高、工作效率低、勘察成本高、勘察精度低。本文以CZ铁路大量工程实践为基础,为提高复杂基岩山区勘察工作效率和精度,引入无人机勘察平台,搭载倾斜摄影相机,获取高清高精度地表勘测数据,开展复杂基岩山区倾斜摄影岩体结构测量、提取、解译技术研究和工程应用。
    研究结论:(1)基于无人机倾斜摄影测量,建立了CZ铁路复杂基岩山区三维实景模型,形成了完整的岩体结构解译技术流程;(2)结合结构面参数解算模型,提出了结构面迹长、产状和张开度的定量计算方法,实现了对岩体结构面的准确判识与测量;(3)基于概率论与数理统计,实现了大量结构面数据的产状优势分组,实现了产状极点图、节理走向玫瑰花图等成果绘制;(4)基于无人机倾斜摄影测量的基岩山区岩体结构面解译技术,可降低安全风险,提高勘察效率和精度;(5)本研究成果在复杂山区交通、水电、工民建等工程勘察领域应用前景广泛。
  • 闫茜, 王连俊, 毛忠良, 刘涵
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 38-43.
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    研究目的:在当前国内高等级铁路大规模建设,不可避免需穿越活动断裂区域的背景下,为综合考察断层蠕滑位移与粘滑震动叠加作用下高铁路基结构的变形响应特征,分析铁路服役年限内地震发生时机对路基工程变形特征的影响,本文建立考虑活断层不同运动类型的三维数值模型,分析多种工况下路基变形特征。
    研究结论:(1)断层蠕滑运动作用下路基变形主要表现为随基岩运动同方向的整体平动;(2)线路纵向影响范围对于逆冲型蠕滑量较为不敏感,对平移断层的蠕滑发展却较为敏感;(3)逆断层的影响范围显著大于正断层;(4)已有蠕滑累积量是震动发生后路基变形的重要影响因素,且逆断层与走滑断层较正断层对时间更为敏感;(5)从铁路抗震抗断角度出发,徐宿淮盐铁路跨越郯庐活动断裂宜采用有砟轨道路基,相应计算结果可为高铁跨越活断层路基工程的加固设计与实施提供计算依据。
  • 王飞
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 44-48.
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    研究目的:当前硅藻土的研究侧重于物化性质和成因机制,对其工程特性研究较少,尤其是桩基处理技术和动力特性的研究更是缺乏。本文分别设计了CFG桩、素混凝土桩和螺杆桩进行天然和浸水工况下的动力特性试验,研究不同桩型的应力传递机制、振动速度、桩身应变和沉降规律,对其桩土作用关系和机理进行深入分析。
    研究结论:(1)硅藻土结构性较强,不适合扰动土体的成桩工艺;螺杆桩土体扰动大,稳定性差,不建议采用螺杆桩;旋挖素混凝土桩扰动小,成桩质量最优,CFG桩次之;(2)天然工况下,素混凝土桩刚度最大,速度响应最小,螺杆桩动应力和速度响应剧烈,桩身应变较大;浸水后硅藻土结构破坏,桩顶应力集中,单桩复合地基的动应力、速度、沉降和桩身应变均不同程度增加;(3)“上刚-中柔-下刚”的结构体系可消散大部分的激振能量,增加整体稳定性,随着激振频率增大,桩土应力比增加,碎石表层和桩板结构动应力呈指数型上升;(4)本文研究可为硅藻土工程动力特性研究及类似工程提供借鉴意义。
  • 廖进星
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 49-53.
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    研究目的:张吉怀铁路衔接呼南、渝长厦、沪昆等“八纵八横”大通道,通过衔接沪昆客运专线,能极大提高运输能力和服务质量,提升路网的整体效能,是一条重要的区域连接线。张吉怀铁路以正线引入怀邵衡场,联络线引入沪昆场。引入怀化南站沪昆场方案非常复杂,是关乎全局的关键问题。本文对张吉怀铁路引入沪昆场方案(简单接入方案、破无砟轨道方案、增加一条到发线方案)及对沪昆高铁既有路基影响进行研究,为最终方案的确定提供依据。
    研究结论:(1)简单接入方案可行,但运营能力不足;破无砟轨道方案技术复杂,存在非常高的施工以及运营风险;增加一条到发线方案技术可行,风险可控;(2)帮宽路基地基处理采用桩板结构或CFG桩方案存在较高的施工风险,施工过程中可能对既有路基产生危害;旋喷桩方案技术成熟,施工简单,建议采用旋喷桩加注浆加固方案;(3)数值模拟计算结果表明,帮宽路基造成既有线的位移很小,不会危及既有线的安全;帮宽路基本身工后沉降满足规范要求;(4)通过构建既有沪昆高铁路基帮宽总体风险评估指标体系,对沪昆下行联络线帮宽路基进行了风险评估,结果表明帮宽路基工点属高度风险;(5)本研究结果可为今后新建铁路引入既有高铁站方案的确定提供借鉴。
  • 郭建湖
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 54-58.
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    研究目的:高速铁路路基在水塘等长年浸水地段的长期稳定性受水流影响较为显著。目前关于浸水路基的研究主要集中于填料浸水后路基结构在各种工况下的稳定性分析,并未对既有高速铁路浸水路基的病害提出优化设计方法。通过对比线路标高和水塘设计水位的相对大小,将水塘地区路基划分为低水头和高水头两种工况,针对低水头浸水路基的常见边坡病害需对路基边坡防护进行设计优化,针对高水头水塘地区进行结构优化设计研究。
    研究结论:(1)边坡干砌片石下砂砾石反滤层和填料颗粒流失、坡脚溜坍是既有浸水路基的常见病害,采用砂砾石和无纺土工布包裹丝状渗排水网垫的双层反滤结构,坡脚设置防冲刷挡墙或浸水挡墙,能够提高渗流作用下路基边坡的长期稳定性;(2)鉴于传统浸水路基构造不适用于设计水位高于线路标高的现状,提出了由挡水坝、基床结构、基床以下路堤、防水层、封闭层等组成的“路堑式浸水路基”防渗抗浮设计方法;(3)在高速铁路水塘路基设计中应用“路堑式浸水路堤结构”,相关结构抗渗技术以及边坡防护优化技术指导了水塘路基设计,具有一定的借鉴与指导作用。
  • 长大干线: 线路与轨道
  • 李洪强
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 59-63.
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    研究目的:市域快速轨道交通为服务于城市中心城区及其周边组团的交通系统,可解决城市区域内重大经济区之间通勤交通时间较长的问题。国家也先后出台多项文件支持市域快速轨道交通建设,许多城市将其纳入城市规划当中,或已开展相关工程设计建设。但市域快速轨道交通跨地区的工程特殊性使得其规划及建设方面有别于其他轨道交通系统。本文结合市域快速轨道工程的特点,针对工程规划及建设两个主要阶段需要特别注意的相关问题进行总结和提炼,供国内市域快速轨道交通工程参考。
    研究结论:(1)市域快速轨道交通在规划阶段要注重与沿线周边用地规划的符合性,及时开展沿线用地规划调整,做好沿线土地利用开发、交通接驳设施、市政基础设施等方面的规划;(2)市域快速轨道交通在建设阶段要注重对沿线重要控制因素的提前梳理工作,避免后期出现改线、工程建设滞后等状况;(3)国内市域快速轨道交通线路应在规划、建设阶段提前关注相关问题,避免再次出现同样的问题。
  • 李粮余
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 64-69.
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    研究目的:针对高速铁路下穿机场航站楼引起的振动噪声问题,分析传统轨道减振技术针对高铁下穿航站楼时存在的弊端,基于声子晶体理论,引入新型声子晶体减振垫层,以降低60~80 Hz特殊频段的振动水平,减少列车运行对机场航站楼内人员的影响。本文以成都至自贡高铁线下穿天府机场航站楼为例,采用多刚体动力学软件UM(Universal Mechanism)与有限元软件ANSYS联合仿真,通过建立两种不同下部基础的列车-轨道-隧道刚柔耦合动力学模型,对新型声子隔振垫和普通隔振垫的减振效果进行对比分析,验证新型声子减振垫的减振效果。
    研究结论:(1)基于声子晶体局域共振禁带机理设计的新型声子晶体隔振垫轨道各结构低频范围的振动峰值有所减小,且在特定频段(63~100 Hz)减振性能更为显著,其中在80 Hz频段范围减振效果最佳,较普通隔振垫减小9.9 dB,在高铁下穿航站楼时具有良好的减振效果;(2)本研究成果可用于临近或下穿机场及特殊建筑时的高速铁路无砟轨道减振降噪。
  • 长大干线: 桥梁工程
  • 曾永平, 董俊, 陈克坚, 李聪林, 户东阳, 庞林
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 70-76.
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    研究目的:我国西南山区地震带分布广泛,活动断层密集。根据“十三五”铁路建设规划,多条高铁不可避免地需跨越或靠近地震断层。近断层地震已经成为影响西南山区高速铁路运营安全的主要因素,而目前《铁路工程抗震设计规范》尚未考虑近断层地震对桥梁抗震性能的影响,也未提出近断层减隔震设计方法。因此,本文以渝昆高铁穿越小江断裂的32 m跨径简支梁桥为对象,采用数值模拟的方法,开展近断层9度地震区典型铁路简支梁桥抗震性能评估以及合理减隔震设计参数分析研究。
    研究结论:(1)提出了基于控制梁体加速度保障行车安全的铁路桥梁抗震设计方法,可同时考虑桥梁结构抗震性能与高速列车行车安全,在9度地震区具有良好的适应性;(2)提出了渝昆高铁32 m简支梁桥合理的减隔震设计参数,保证了桥梁结构的抗震性能,同时多遇地震作用下满足高速列车行车安全指标的要求;(3)本研究成果可为近断层地震区铁路简支梁桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。
  • 长大干线: 隧道工程
  • 李国良, 刘志春
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 77-82.
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    研究目的:在大埋深高地应力隧道建设过程中,常常存在挤压性围岩变形潜势判定不准确、设计荷载不明确、预设计支护体系不合理等问题。本文结合兰渝铁路、兰新高铁等多个实际工程,对挤压性围岩存在的变形潜势判定模糊、设计方法不明确等问题进行深入分析和探讨。
    研究结论:(1)提出了挤压性围岩特征及变形潜势分级方法;(2)探讨了影响挤压性围岩荷载的主要因素并得出了荷载计算公式;(3)提出了基于初始预留变形量的基本控制措施,并建立了挤压性围岩隧道的设计新方法——图表法;(4)分析研究了挤压性围岩隧道施工过程中的支护体系与围岩的适应性评价标准和管理对策;(5)研究结果经过了兰渝铁路、兰新高铁等挤压性围岩隧道工程的验证,并可推广应用于国内外同类型挤压性隧道工程,为相关工程设计建设提供参考和借鉴。
  • 姜畔
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 83-88.
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    研究目的:随着我国重大工程机械国产化率的提升和工程造价的大幅下降,城市轨道交通工程采用TBM施工的隧道占比越来越重,研究TBM穿越不良地质和应急处置措施意义越发重大。本文采用有限单元分析法和现场实践相结合的方法,研究新近填海区在地下水与海水存在水力联系的情况下双护盾TBM穿越强风化岩层的注浆加固技术及突水应急处置办法。
    研究结论:(1)强风化岩层在地下水不发育地段具备掌子面短时间暴露的自稳能力,采用双护盾TBM进行施工具备可行性;(2)在强风化岩层厚度较薄地段应提前采用注浆等方式加固,建议加固体渗透系数不大于1×10-5cm/s,加固范围为机械主机长度再延长3~5 m;(3)可利用双液浆作为应急处置的TBM保护措施,设备外围采用水泥浆进行加固;(4)本研究成果可为后续沿海城市TBM穿越不良地质施工提供参考。
  • 王朋, 宋章, 张广泽, 徐正宣, 王彦东
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 89-94.
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    研究目的:CZ铁路因其穿越青藏高原中东部的横断山区,内外动力地质作用强烈,不良地质发育,隧道建设规模和技术难度极大;本文基于沿线地形地貌、地层岩性、地质构造、不良地质、气候及环保等因素分析CZ隧道工程特征,研究内外动力地质作用下沿线隧道重难点工程地质问题对隧道建设的影响,并探讨其减灾防治对策,以期为CZ铁路隧道工程建设服务。
    研究结论:(1)CZ铁路隧道建设具有规模大、占比高、长度长、埋深大、地质条件差、工程环保要求高等特征;(2)内动力地质作用下工程地质问题如高烈度地震、深大活动构造、高地应力、高温热害、涌水突泥、有害气体等主要影响隧道洞内工程建设,应树立前期减灾选线与后期强化减灾防治措施并举的理念;(3)外动力地质作用下的工程地质问题如高位远程崩滑、泥石流、岩屑坡等主要影响隧道进出口段工程,应树立前期防灾减灾选线与后期强化支防护工程和监测并举的理念;(4)弃渣场选址应考虑沿线城镇分布、投资经济性、安全等因素,遵循防灾减灾与生态环保并举的理念,注重弃渣场的稳定性和适宜性评价,强化渣体的支挡防护工程;(5)本研究成果对类似工程地质条件下的滇藏线和西南山区其他铁路公路线隧道工程选线和建设具有借鉴意义。
  • 长大干线: 通信信号
  • 虞凯, 余超, 魏波, 段永奇
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 95-99.
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    研究目的:本文从理论分析和现场测试两个角度研究中低速磁浮交通电磁辐射以及对铁路无线设施的影响情况,并提出电磁安全防护距离的概念和计算方法。通过中低速磁浮电磁辐射理论值和测试值,对比铁路无线设施的抗扰度要求,获得中低速磁浮交通与铁路的电磁安全防护距离。
    研究结论:(1)从理论仿真和现场测试两个维度分析中低速磁浮交通电磁辐射对铁路GSM-R、无线列调、站场无线通信、WLAN、LTE、RFID等典型无线设施的电磁干扰影响,结果表明在相距10 m下,中低速磁浮交通的电磁辐射对铁路无线设施的正常运营不构成电磁干扰;(2)提出了电磁安全防护距离的概念和计算方法,通过电磁辐射理论值与测试值,分别与铁路无线设施的抗扰度要求进行对比分析,得出中低速磁浮交通与铁路各类无线设施的电磁安全防护距离小于1 m,因此在工程建设中,中低速磁浮的电磁辐射不会影响铁路无线设施的正常工作,在线路选线设计时可不考虑电磁辐射的影响;(3)本研究成果可用于了解中低速磁浮交通的电磁辐射原理和对铁路无线设备的电磁辐射影响,可为中低速磁浮交通的工程建设提供参考。
  • 长大干线: 电气化工程
  • 丁峰
    铁道工程学报. 2020, 37(12): 100-106.
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    研究目的:戈壁沙漠地区牵引变电所的接地设计,由于较高的土壤电阻率及地理条件的限制,变电所地网普遍存在着接地电阻值较高无法满足相关规定的问题。本文根据现场实测土壤数据,进行拟合仿真计算,分析牵引变电所在高土壤电阻率环境下分别采用不同材质接地导体时以及所内实施加长加密垂直接地体、换填土及添加降阻剂等方式对地网接地电阻的影响。
    研究结论:(1)戈壁沙漠等高土壤电阻率地区的牵引变电所,在地网面积一定时,采用不同材质的接地导体、采取相关降阻措施等,其降阻效果并不明显;(2)对于戈壁沙漠地区牵引变电所的接地系统设计,应结合工程具体情况整体考虑,不能仅以电阻值作为衡量标准,应以达到均衡接地为目的;(3)本文研究可为类似地区牵引变电所接地设计提供参考。