铁道工程学报

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胡叙洪

铁道工程学报. 2021, 38(10): 1-4.

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研究目的：国家有关文件要求区域轨道交通应实现一体化规划、四网融合、互联互通和一体化运营管理等。而当前大家对互联、互通的理解不尽一致。本研究期望为做好区域轨道交通互联、互通的规划、标准与运营管理等方面的工作提供帮助。
研究结论：(1)提出了互运、互维、互联、互通四大术语;(2)互运是指区域轨道交通的一体化运营及管理方案,是一体化运营的总目标;互维是维修保障设施布局及其管理,是确保区域轨道网安全、有序运营的必要保障;互联主要指网络的互联,信息接口的兼容,进而实现调度、票务、信息等管理功能上的联通;而互通是特指跨线运营;(3)本研究成果可在区域轨道交通规划、设计、标准制定和运营管理等方面运用,从互运、互维、互联、互通四个维度,去审视规划和设计的合理性、标准的科学性、管理与功能的适应性。

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境外铁路外部接口管理研究

孙海富

铁道工程学报. 2021, 38(10): 5-8.

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研究目的：接口管理是一个复杂的系统工程,是铁路系统集成管理的重点和难点。境外铁路接口管理方法与国内有所不同,特别是欧美等国家有较成熟的管理方法与理念。本文针对境外铁路外部接口管理,提出了接口管理的主要内容及管理措施建议,对于境外铁路接口管理具有较强的借鉴意义和指导作用。
研究结论：(1)境外铁路要成立专门的接口管理团队,负责接口管理工作;(2)接口管理应采取由整体到局部,逐步细化、闭环管理的方式;(3)接口管理应建立会议制度、交底制度、验收制度等相应的管理制度;(4)接口管理是一个动态连续的过程,可以借助BIM等信息化手段;(5)本文对境外铁路设计具有较强的借鉴意义和指导作用。

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CZ铁路折多山越岭段“空天地”一体化地质选线

王哲威, 冯涛, 徐正宣, 张广泽, 林之恒, 罗勋, 赵江林, 刘志军

铁道工程学报. 2021, 38(10): 9-14.

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研究目的：CZ铁路折多山地区穿越举世闻名的鲜水河断裂带,孕育高烈度地震与活动断裂、高位崩滑流灾害链、高陡岸坡稳定性、高地应力、高温热害、高压突涌水“六高工程地质问题”,铁路规划面临地质信息获取困难、线路定线困难“两道难题”。本文从地质勘察技术、地质选线技术、地质选线原则三个方面对折多山越岭方案进行总结研究,优选最佳方案。
研究结论：(1)系统采用“空天地”综合勘察手段,可快速、详细查明区内工程地质条件,为方案比选打下良好的基础;(2)创新引入三维物探选线、工程地质分区选线、热红外遥感选线等选线技术提高了选线效率;(3)提炼出适合本地区“六高工程地质问题”的综合选线原则:在“走硬不走软”的总体原则下,以隧道工程减轻“高烈度地震、高位崩滑流灾害链、高陡岸坡稳定性”危害,避开驼峰应力区的基础上以埋深较浅的傍山隧道改善“高地应力”危害,同时尽量拔高线路,在冷水补给区降低“高温热害、高压突涌水”风险;(4)本文研究成果可为复杂艰险山区的铁路选线提供参考。

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基于风险决策的山区铁路地质选线方案比选

董贤凯

铁道工程学报. 2021, 38(10): 15-19.

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研究目的：由于十堰至宜昌铁路极为复杂的地质条件,地质选线方案决策的难度很大,为了提高地质选线方案决策的科学性,减小地质选线方案决策的主观性和偏好性,有必要探讨一种新的风险决策分析方法,为地质选线方案决策提供可靠依据。
研究结论：(1)在复杂山区铁路地质选线局部方案比选决策中,由于众多不良地质因素的影响,方案决策必然带有较大的风险性,因此有必要研究复杂山区铁路地质选线方案风险决策所涉及的理论和方法;(2)通过对十堰至宜昌铁路兴山至邓村段地质选线局部方案实例的风险决策分析,提出了针对地质风险损失期望值的估算方法,并分析了该方法的可靠度;(3)提出了利用换算工程期望投资进行地质选线局部方案决策的思路,并利用换算工程期望投资定量指标进行地质选线方案的分析决策,该方法由于考虑了各比选方案的风险损失期望值,更符合复杂山区铁路地质选线局部方案决策的实际,该方法经进一步完善后具有重要的理论和实用价值。

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成雅铁路全强风化卵石土细颗粒软化特性研究

王栋, 徐华, 张毅博, 张广泽, 周廷宇, 张小波

铁道工程学报. 2021, 38(10): 20-25.

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研究目的：四川省境内邛崃—浦江等地区分布大量的全强风化卵石土地层,该地层遇水易膨胀、软化,填筑密实度受含水率影响显著。依托川藏铁路成雅段路基工程,通过现场取样开展固结排水三轴试验,研究不同围压下含水率对全强风化卵石土细颗粒应力应变特性、抗剪强度指标、土体初始模量的影响规律。
研究结论：(1)全强风化卵石土细颗粒的力学特性受含水率变化影响明显,主要对土体黏聚力产生显著影响,对内摩擦角的影响相对较小;(2)随着含水率从11%增至17%,偏应力—应变关系曲线由应变硬化型向应变软化型转化,试样的黏聚力由29.26 kPa降至5.15 kPa,降幅达82.4%,内摩擦角由23°降至15°,降幅为34.78%;(3)试样的初始模量随着含水率增大而减小,含水率低于13%时初始模量降幅更大;(4)本研究成果可为全强风化卵石土地区及川藏铁路的工程建设提供理论依据和技术支撑。

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铁路复杂地质横断面的数字化解析及挖方计算

白青波

铁道工程学报. 2021, 38(10): 26-30.

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研究目的：铁路复杂地质横断面多包含交叉线、透镜体等特殊地层,导致地质信息复杂、断面设计中挖方数量计算难以程序化实现。因此有必要研究复杂地质横断面的数字化解析及计算挖方的方法和思路,利用该算法实现铁路断面设计中挖方数量的程序化计算,以满足大规模铁路设计的需要。
研究结论：(1)本文提供的算法能解析任意复杂的地质横断面,转化为标准数字化格式,并通过本文提出的地质信息传递方法进行地质属性赋值;(2)根据地质横断面的数字化解析成果,利用微分法进行开挖线范围内的土方计算; (3)利用本文提出的数字化解析及挖方计算方法,编制了横断面挖方计算程序模块,在沈白、潍烟、集大原、哈铁等多条高速铁路设计中广泛应用,极大提升了设计效率和准确性;(4)本文提出的地质横断面解析方法能够为公路、水利等领域的类似软件开发提供借鉴。

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高速铁路路基上拱变形危险性评价方法研究

陈明浩, 赵晓彦, 张广泽, 颜宏毅, 付开隆

铁道工程学报. 2021, 38(10): 31-36.

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研究目的：近年来,红层软岩地区高速铁路路堑基底上拱变形病害已严重影响铁路运营安全,迫切需要对基底上拱变形危险性进行准确预测,本文以既有高速铁路基底上拱病害为研究对象,通过分析基底上拱病害致灾主要因素,采用AHP-熵值法-专家打分的方法,构建红层软岩地区高速铁路路堑基底上拱变形危险性预测评价系统。
研究结论：(1)选取路堑特征、岩性特征、膨胀特征3个方面及6个指标构建危险性预测评价体系;(2)系统中各指标权重,路堑中心高度为0.17,堑底宽深比为0.21,泥岩单轴饱和抗压强度为0.30,岩层倾角为0.04,砂泥岩互层特征为0.18,泥岩膨胀性为0.10;(3)将基底上拱危险性等级划分为Ⅰ(低)、Ⅱ(中)、Ⅲ(高)级,能较好地应用于红层软岩地区后续新建高速铁路基底上拱变形危险性预测,为基底上拱风险防控措施提供技术支撑。

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高原无砟轨道混凝土抗裂性能提升技术研究

潘自立, 徐键, 刘剑光, 曾晓辉, 谭盐宾, 魏征孔, 曹保, 李粮余, 刘喆丰, 刘海川, 龙广成

铁道工程学报. 2021, 38(10): 37-43.

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研究目的：高原铁路沿线低气压、低湿度、大温差的环境特点极易引起无砟轨道道床混凝土早期开裂,为提升高原铁路无砟轨道道床混凝土抗裂性能,本文研究骨料级配、内养护剂以及高原引气剂对无砟轨道道床混凝土收缩开裂的影响。
研究结论：(1)调整骨料级配、掺入内养护材料与掺入高原引气剂均可提升混凝土在高原环境下的抗裂性能,具体表现为延长混凝土圆环开裂时间,降低道床混凝土裂纹数量和最大裂纹宽度;(2)内养护材料与高原引气剂复合使用时混凝土抗裂性能最佳,其道床板裂纹数量较基准组下降75.4%,最大裂纹宽度由0.45 mm减小至0.22 mm,其次为掺入内养护材料、掺入高原引气剂、调整骨料级配;(3)基于试验结果,本文建议高原极端环境道床混凝土的抗裂性能提升技术为:砂率35%~40%,小石比0.25~0.28,粉煤灰20%~25%,膨胀剂8%,内养护剂0.15%~0.25%,高原引气剂0.02%;(4)本研究成果可为高原极端环境下的无砟轨道道床混凝土抗裂性能研究提供参考。

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某山区铁路U型峡谷大跨桥梁方案研究

文强

铁道工程学报. 2021, 38(10): 44-48.

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研究目的：某山区铁路桥梁建设环境极其复杂,桥址区多为典型的深切峡谷,岸坡陡峻,泥石流发育,且多位于近断层高烈度地震区,桥梁方案受控因素较多。本文选取其中的一座具有代表性的U型峡谷桥梁为例,因地制宜研究中承式拱桥及无塔悬索桥两类方案,并对两种方案的关键构造进行详细比选研究,形成经济合理技术可行的桥式方案。
研究结论：(1)某山区铁路U型峡谷采用中承式钢桁拱方案合理可行;(2)桥面结构采用正交异性板、拱脚基础采用单斜桩嵌固基础较合理;(3)采用减隔震支座+减震榫的复合型减隔震方案减震效果及耐久性较好;(4)交叉斜吊杆对于提高无边跨悬索桥主梁竖向刚度效果显著;(5)本研究成果可为山区铁路桥梁选型提供借鉴和参考。

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悬索桥隧道锚楔形塞体的极限抗拔承载力分析

吴鹏

铁道工程学报. 2021, 38(10): 49-55.

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研究目的：由于隧道锚围岩的岩石力学问题相当复杂,目前国内外关于隧道锚抗拔机制研究主要以数值分析和模型试验为主,理论研究较为欠缺。本文通过研究极限荷载作用下隧道锚围岩的破坏模式,建立锚塞体-围岩复合体的极限抗拔力学模型,根据极限平衡原理,推导得出考虑锚塞体楔形效应的隧道锚极限抗拔承载力表达式,并通过与已建隧道锚的现场模型试验和数值计算结果对比,验证其准确有效性,以期为隧道锚的安全设计提供理论支持。
研究结论：(1)隧道锚的极限抗拔承载力主要与锚塞体的楔形几何特征以及围岩的抗剪强度相关;(2)锚塞体-围岩复合破坏模式下,隧道锚的极限抗拔承载力主要受锚塞体长度、埋深、楔形底角、埋设角、围岩内摩擦角和黏聚力的影响,其中50°~60°是锚塞体的最佳埋设角,隧道锚的极限抗拔承载力随锚塞体长度的增加而显著增加;(3)本文提出的隧道锚极限抗拔承载力表达式同时考虑了锚塞体-围岩的界面摩擦和楔形塞体挤压围岩产生的巨大抗拔力,工程力学意义明确,可较为准确便捷地估算出隧道锚的设计安全储备。

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地震作用下地铁站桥合建体动力响应分析

王博

铁道工程学报. 2021, 38(10): 56-59.

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研究目的：为研究地铁车站与城市桥梁合建体的地震响应特征,本文结合工程案例,采用MIDAS GTS建立合建体结构的有限元模型,考虑土体与地下车站的相互作用,选取三种地震波,采用时程分析法对合建体结构进行地震反应计算,分析不同地震波对合建体结构的地震响应特征,获取地震作用下合建体结构的应力和变形规律。
研究结论：(1)在设防地震作用下,地铁车站结构的最大层间位移角为1/1 250,符合规范限值要求,具有良好的抵抗侧向变形能力;(2)地震作用下地铁车站结构的顶板加速度最大,其次为中板,底板加速度最小;(3)车站结构中柱与顶中底板连接节点处、侧墙与各层楼板相交处、结构顶中底板与侧墙相交位置附近等出现了较大内力响应,属于薄弱部位,需加强措施以提高结构的抗震能力;(4)本研究结论可为合建体结构的抗震设计提供借鉴和参考。

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自然气压差对寒区隧道气温场影响主导性研究

马志富, 杨昌贤

铁道工程学报. 2021, 38(10): 60-65.

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研究目的：寒区隧道洞内温度场分布规律的研究是寒区隧道抗防冻技术的关键。实践经验表明,影响寒区隧道洞内温度场分布的因素包括隧道洞口的相对高差、平面线形,冬季主导风向与线路走向的关系、区域自然风速、围岩地温场、渗流场,列车活塞风作用等,但对于主导性因素尚未形成统一的认识。本文结合寒区隧道温度场分布的研究现状,选择东北高纬度寒区的2座运营长大铁路隧道开展洞内气温测试,分析寒区隧道洞内温度场的变化规律,以期确定影响寒区隧道洞内温度场分布的主导因素。
研究结论：(1)冬季寒区隧道内温度沿纵向分布呈“两端洞口低、洞身相对高”的抛物线型,气压相对高(海拔相对低)的洞口负温影响段长度明显大于气压相对低(海拔相对高)的洞口段;(2)隧道两端洞口相对高差引起的自然气压差是影响隧道内纵向气温场分布的主导因素;(3)本研究成果可为寒区大高差隧道抗防冻设计提供参考。

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基于GIS及AHP-熵权法的长大深埋隧道富水评价

王飞, 刘桂卫, 陈则连, 崔庆国, 李国和, 刘广英

铁道工程学报. 2021, 38(10): 66-72.

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研究目的：隧道涌水灾害是山区铁路建设的主要地质问题之一,隧道富水程度研究对于灾害预测和治理具有重要意义。为完善隧道富水评价理论,提高预测准确率,本文提出隧道富水影响因子量化标准,将GIS与AHP-熵权法相结合,建立隧道富水评价体系,并通过工程实例验证该体系的可靠性。
研究结论：(1)提出了GIS与AHP-熵权法相结合的评价方法,构建了隧道富水评价体系,经工程实例验证,预测准确率较高,为有效预防涌水灾害奠定了基础;(2)所建立的评价体系综合考虑了岩性、地形、构造和水源条件的作用机理,遴选出了7个影响因子作为隧道富水程度评价的指标,解决了富水影响因子量化难的问题;(3)隧道富水程度取决于复杂的地质条件,其中构造条件影响最大,其次为岩性和水源条件,主客观权重相结合的方法合理确定了影响因子相对重要程度,使评价结果更可靠;(4)本研究成果可为长大深埋隧道水文地质勘察及超前预报提供借鉴和参考。

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隔离墙长度对高速列车过站气动效应的影响

蒋尧, 金旭炜, 周丹, 李建兴, 吴再新

铁道工程学报. 2021, 38(10): 73-78.

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研究目的：成自高铁天府机场站是全世界首座列车以350 km/h不减速过站的地下车站,高速列车过站引起强烈的气动效应对车站运营的安全性和舒适性产生不利影响。设置隔离墙将影响地下车站内的气动效应,国内外已有研究主要集中在隔离墙的存在对气动效应的影响,缺少隔离墙结构尺寸对气动效应影响的研究。本文采用数值模拟方法,分析隔离墙长度对车内瞬变压力、站台屏蔽门气动荷载、隔离墙与进出站隧道内压力波动的影响,以期为相关工程提供参考。
研究结论：(1)隔离墙长度对列车内外表面压力变化幅值的影响较小,列车静态密封指数为36 s时车内瞬变压力满足人耳舒适性标准;(2)对站台屏蔽门表面压力变化幅值的影响较大,存在一个最不利隔墙长度;(3)隔离墙表面压力变化幅值随隔离墙长度的增加而减小;(4)对进站隧道内压力变化影响较小,对出站隧道内压力变化影响较大,存在一个最不利隔墙长度;(5)本研究成果可为高速铁路地下车站气动效应控制的设计工作提供指导。

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京张铁路CTCS-3+ATO信号系统工程方案设计研究

赵博

铁道工程学报. 2021, 38(10): 79-84.

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研究目的：根据智能京张有关工作安排以及国铁集团高速铁路ATO系统总体暂行技术规范需求,京张信号系统在原有CTCS-3级列控系统基础上增加动车组自动驾驶(ATO)功能要求。参建各方积极组织研究CTCS-3列控系统以及高铁ATO技术,完成京张铁路ATO系统方案设计。
研究结论：(1)系统方案在既有CTCS-3列控系统的基础上,修改运输调度集中CTC、列控中心TCC、临时限速服务器TSRS设备功能,设置车载ATO、地面专用精确定位应答器,对既有车站及区间信号平面布置进行调整,实现了动车组列车自动驾驶ATO;(2)列车运行控制系统增加ATO功能提升了列车运行的信息化、智能化水平,运营表明CTCS-3+ATO信号系统是智能京张的体现;(3)CTCS-3+ATO信号系统方案可为今后高速铁路ATO信号系统工程设计咨询提供借鉴和参考。

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电气化铁路接触网系统抗震设防策略探讨

杨佳, 陈奋飞, 陈可, 鲁小兵

铁道工程学报. 2021, 38(10): 85-89.

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研究目的：电气化铁路接触网系统在抗震设计方面缺乏系统的理论研究,未形成完善的抗震设防策略,影响电气化铁路可靠性设计和技术体系的发展。本文根据相关规范规程和实际工程经验,结合接触网系统自身服役特点,研究接触网系统抗震设防的思路、目标、方法和流程等,形成系统的抗震设防策略,从而为电气化铁路接触网系统抗震设计技术提供指导。
研究结论：(1)结合接触网系统的设计使用年限,提出了“地下部分两水准”“地上部分三水准”的抗震设防目标;(2)结合接触网系统服役特性,提出了接触网系统主要的抗震减震策略;(3)提出了接触网系统抗震设计流程,构建了接触网系统抗震设防策略;(4)本研究成果可为电气化铁路防灾减灾设计提供参考。

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特高压直流接地极对高铁桥梁接地系统的影响

李晨琨, 张华志, 黄军, 张波, 宋伟

铁道工程学报. 2021, 38(10): 90-94.

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研究目的：在单极大地回路运行方式下,特高压直流输电系统的直流接地极将在大地中形成一个恒定的直流电流场,导致大地中的直流电流通过接地点流入高铁综合接地系统,进而对高铁其他部分产生影响。为了考察特高压直流接地极对高速铁路综合接地系统的影响,本文利用CDEGS软件针对高速铁路桥梁段综合接地系统进行建模,以便得出高铁桥梁段接地系统的沿线电位及直流电流分布规律。
研究结论：(1)利用CDEGS软件针对高铁桥梁段建立的局部直流通路模型,为考察高铁综合接地系统内部电压、电流分布提供了有力工具,也为其他大型设施进行直流通路建模提供了思路;(2)本研究成果有助于提高特高压直流输电工程及高速铁路工程建设水平,可为其远期规划选址提供理论依据。

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钢管混凝土柱-钢筋混凝土箱梁节点性能研究

李庆

铁道工程学报. 2021, 38(10): 95-100.

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研究目的：为研究大型钢管混凝土柱-钢筋混凝土箱梁节点性能,分别采用理论和数值的方法对节点受剪承载力进行分析。通过探讨该大型节点的受剪机理,揭示其受剪承载力主要由钢筋混凝土外环梁抗剪贡献、考虑钢管约束的内部混凝土的抗剪贡献和钢管抗剪贡献三部分组成。利用有限元OpenSees对该节点进行模拟分析,同时对钢管厚度和混凝土强度等因素进行参数化分析。
研究结论：(1)通过有限元OpenSees对节点进行数值模拟,分析结果与理论公式计算结果吻合较好,进而验证有限元模拟的正确性;(2)通过对影响节点受剪承载力的钢管厚度和混凝土强度等因素进行参数化分析,建议在不提高用钢量的情况下,混凝土强度最高取为C60,同时在不改变混凝土强度条件下,钢管厚度不宜超过45 mm;(3)本研究成果可为高铁站房等桥建合一结构的节点构造设计提供借鉴和参考。

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2021年, 第38卷, 第10期　
刊出日期：2021-10-15

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