铁道工程学报

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谢毅, 徐正宣, 陈明浩, 张广泽, 冯涛, 王胜, 吴金生

铁道工程学报. 2022, 39(8): 1-5.

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研究目的: 山区铁路地形地质条件极为复杂多变,工程地质问题突出且隐蔽性强,加之交通不便,人迹罕至,陡倾岩层分布范围广,生态环境脆弱,环境保护要求高,钻探是最直接、最准确、最有效的隧道工程勘察方法,传统的铁路隧道竖向钻探实施困难,导致隧道长大段落勘探资料空白,严重制约勘察设计工作,亟待开展铁路隧道超长定向钻探技术,特别是超千米水平孔绳索取心定向钻探关键技术研究。
研究结论: (1)超长水平孔绳索取心定向钻探是一种不提升钻杆柱而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法,是复杂艰险山区长大深埋铁路隧道勘察的关键技术;(2)通过开展定向钻探方法与技术、装备及器具、绿色工程材料研究,构建了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探技术体系;(3)建立了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探方法及流程,创造了中国铁路勘察史上最长水平孔钻探纪录1 888.88 m;(4)本文研究的超长水平孔绳索取心定向钻探技术在新时代“西部大开发”、“交通强国”战略、“一带一路”建设中具有广阔的应用前景。

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巨型深层岩质滑坡综合物探勘察模式探讨

孙红林, 化希瑞, 赵晋乾

铁道工程学报. 2022, 39(8): 6-11.

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研究目的: 巨型深层岩质滑坡具有成因复杂、规模大、勘察与处治难度大的特点,受地形地质条件和物探方法适用性的限制,单一物探方法往往不能完全有效揭示滑坡的范围、滑面的空间形态。本文以下个寮巨型深层凝灰岩滑坡勘察为例,从地质条件、勘探目的、探查方法等因素出发,研究适用于巨型复杂岩质滑坡综合物探的勘探模式。
研究结论: (1)复杂深层岩质滑坡采用在地质调查基础上“综合物探先行”勘察程序是十分有益的,物探测线应沿主轴和垂直坡向呈网布设;(2)高频大地电磁法、高密度电法、浅层地震反射波法结合钻孔电视综合物探勘探模式具有多物性、多尺度探测优势,可有效探测滑坡空间分布形态、周界和滑带特征;(3)物探解译成果较为可靠地反映了滑面(带)的空间展布形态和规律,可作为指导钻探布置和滑坡稳定性分析的重要依据;(4)本研究结论可为巨型深层滑坡勘察提供借鉴。

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高压气体及弱成岩地层山区铁路综合选线

牛远程

铁道工程学报. 2022, 39(8): 12-17.

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研究目的: 近年来,我国在西部铁路建设过程中的复杂地质问题逐渐显现,西部地区广泛分布的三叠系板岩、新近系砂岩地层极大地增加了隧道建设难度。本文依托新建西宁至成都铁路穿越拉脊山隧道工程,针对高压气体、弱成岩地层等复杂地形地质条件和山区铁路施工运营特点,对复杂地层中长隧道选线及工程问题开展研究。通过对拉脊山地质特征及设置长大隧道工程适应性分析,提出艰险山区铁路选线原则和方法。
研究结论: (1)结合工程地质条件和类似工程经验,确定线路方案选择原则,从施工难度与风险、辅助坑道设置、隧道设置和工程投资等方面对比分析了不同方案适应性,结果表明绕避高压气体、最短通过弱成岩地层设隧方案最优;(2)结合工程建设难点,对隧道修建、施工方案、高压气体以及弱成岩地层隧道结构设计等关键问题分别研究,并给出了对应工程措施;(3)本文结论可为后续类似工程建设提供参考。

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走滑型断裂破坏模式及隧道工程对策

李国良, 黄双林

铁道工程学报. 2022, 39(8): 18-23.

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研究目的: 2022年1月8日青海省门源县发生6.9级地震,地震烈度达9度,地震造成兰新高铁大梁隧道和硫磺沟大桥等严重损坏。本文通过震害调查及监测分析,对地震变形破坏情况进行总结,并深入分析变形规律和震害整治方法。
研究结论: (1)门源地震对大梁隧道造成了不同程度的破坏,在F₅断裂带附近隧道错断、扭转,结构损毁,往两端洞口衰减,以衬砌裂损、剥落掉块和环向裂缝(纹)为主;(2)根据损害程度可将隧道分为错断段、强影响段及震损段,在损害严重地段需拆除重建,需采用类圆形断面形式、初期支护与二次衬砌间铺设减震消能层、节段间设置宽2~3 cm变形缝等原则;(3)按隧道与断层的相对关系,分为穿越活动断裂和临近活动断裂两类,采用不同的设计方法,为断层附近隧道设计建造提供依据;(4)本文研究对我国高烈度地震及活动断裂隧道震害机理、抗震设计及减隔震技术研究等具有借鉴意义。

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基于模糊推理的智能围岩分级方法研究

徐博, 汪佳欣, 钱屹, 张中远, 朱若轩, 戈萧

铁道工程学报. 2022, 39(8): 24-29.

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研究目的: 围岩分级是隧道施工中必不可少的边界条件。传统的围岩分级方法在时效性和完备性方面存在诸多弊端,且在实际工程中可利用的样本量偏少,故本文引入模糊推理方法将围岩分级智能化,尝试从以往的围岩分级数据中提取出模糊规则,构建模糊推理引擎,实现基于模糊推理的智能化围岩分级,以解决工程中的实际问题。
研究结论: (1)分析研究了三种模糊规则生成算法及优缺点;(2)明确了模糊集隶属函数采用的六个条件参数及取值范围;(3)通过试验验证了分段模糊推理模型适用于少量样本围岩分级的可行性,实现了高效、准确的围岩分级;(4)实践表明,基于模糊推理方法设计的智能化围岩分级系统可以满足工程中的实际需求,能够为类似工程应用提供参考和借鉴。

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浩吉铁路某长深隧道地应力三维反演技术研究

张晨, 沈波, 刘桂卫

铁道工程学报. 2022, 39(8): 30-34.

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研究目的: 针对区域地应力评估难度大,难以通过实测方法获得区域地应力真实情况的问题,在实测点状地应力数据基础上,首先提出使用GBDT算法与三维数值模拟相结合的方法,对浩吉铁路如意隧道工程范围内岩体的区域地应力状态进行预测与模拟,实现对区域地应力水平更贴近现实情况的预测和评估。
研究结论: (1)通过对比GBDT算法与传统回归分析方法可知,前者的算法精度更高,对低维数据的解释性及系统鲁棒性更好,能够更好地映射出高地应力区域的天然性能;(2)通过实例验证可知,GBDT算法与数值模拟方法相结合进行区域地应力评价是可行的,对浩吉铁路如意隧道工程区域地应力水平的评估预测结论证实,本文提出方法相较于传统数理统计方法,更加贴近实际情况;(3)数值反演结果显示,如意隧道沿线应力量值总体上随着埋深的增加而增大,局部受地形影响,在沟谷坡脚等部位出现一定应力集中现象,总体上该区域以水平应力场为主;(4)基于GBDT算法的地应力三维反演技术主要可应用于深埋隧道地应力状态评估领域。

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印尼Karawang地区泥页岩路堑边坡破坏模式及对策

张青波, 王军桥, 周斌, 黄建川

铁道工程学报. 2022, 39(8): 35-39.

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研究目的: 泥页岩是一种典型的膨胀性沉积地层,工程地质条件及力学性质较差,路堑边坡稳定性控制问题突出。雅万高铁在Karawang地区穿越泥页岩地段,路堑开挖后经历1~2个雨季后遇水软化、加速崩解,发生多处变形破坏,对工程建设产生较大影响。因此,有必要开展泥页岩路堑边坡破坏模式及对策研究,为该地区及类似地区泥页岩边坡治理与防护提供参考。
研究结论: (1)海相沉积路堑边坡具有黏土-泥页岩二元结构,强度低、易崩解;(2)边坡破坏类型包括浅层溜塌、顺层滑动、坍塌,具有顺层性、季节性、平缓性、浅层性、滑面形态多为折线形的特点;(3)检算时需考虑抗剪强度的折减,采取适宜措施,加强排水,随挖随护;(4)滑坡治理可采取设置抗滑桩、支撑渗沟、仰斜排水孔、土工格栅、换填非膨胀土等措施;(5)本研究成果已用于雅万高铁泥页岩路堑滑塌治理,可为本地区及类似地区设计积累经验,同时可为规范修编提供参考和借鉴。

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CRTSⅡ型板式无砟轨道疏控技术方案研究

王会永, 梁延科, 徐凌雁, 寇胜宇, 徐鹏

铁道工程学报. 2022, 39(8): 40-45.

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研究目的: 为有效缓解高温作用下Ⅱ型板胀板问题,从源头上削减因轨道板变形受限而形成的温度力,有必要开展Ⅱ型板应力疏控技术方案研究。通过分析桥上和路基无砟轨道结构特点,研究提出连续式无砟轨道单元化和弱纵连方案,运用解析法和有限元法对解锁单元长度、填充材料弹性模量等关键参数进行分析;并基于建立的有限元模型研究单元化后的控制方案,提出轨道板上拱评估方法和限值。
研究结论: (1)路基和桥梁地段Ⅱ型板在高温作用下受力特性基本一致,通过解析法分析伤损状态下上拱临界波长为19 m,建议以3块板为一单元进行解锁;(2)分析了宽窄接缝局部和全部填充低弹模高韧性材料弹性模量的影响,采用全填充方案对填充材料弹性模量的取值范围更有利;(3)当轨道板单元化后,均匀植筋更有利于限制高温作用下轨道板的位移;(4)提出了基于轨面高低变化量和轨底-板面高差变化量识别轨道上拱的方法,应重点关注高温季节轨面高低变化量大于2 mm的区段;(5)本研究可为连续式无砟轨道上拱整治提供借鉴和参考。

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浅埋隧道围岩压力的统一表达模型及计算方法

徐冲, 王乾

铁道工程学报. 2022, 39(8): 46-52.

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研究目的: 基于楔形体极限平衡原理,在围岩压力计算步骤中引入自定义的水平压力占比系数η、广义水平侧压力系数λ,从而建立浅埋隧道围岩压力的统一表达模型及计算方法。该统一表达模型旨在以规则化的数学表达形式,取代《铁(公)路隧道设计规范》中分别关于超浅埋、浅埋(非偏压)、浅埋偏压3种不同工况下的围岩压力计算方法,可实现浅埋隧道围岩压力公式在计算形式的统一性,物理本质的同一性,计算步骤的一致性,克服行业规范中围岩压力计算公式在浅埋条件不同时表达各异、物理内涵晦涩、操作繁琐的理论缺陷。
研究结论: (1)统一表达模型实现了超浅埋、浅埋(非偏压)、浅埋偏压时围岩压力计算公式在理论上的大一统,数学形式简约;(2)可推广至多层土、地表非水平含超载、楔形体非规则、小净距及连拱形式时的隧道围岩压力计算;(3)统一表达模型计算结果与规范公式计算结果一致;(4)统一表达模型及计算方法对行业规范的修订和补充具有重大意义。

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铁路隧道双指标高地应力界定及岩爆大变形分级标准

张广泽, 贾哲强, 冯君, 袁传保, 柴春阳, 陈明浩, 冯涛, 陶玉敬

铁道工程学报. 2022, 39(8): 53-58.

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研究目的: 目前国内外针对高地应力环境隧道岩爆大变形分级的判识以理论研究为主,结果与实际施工开挖后多有出入。因此,本文通过总结78个铁路、公路隧道和水电站引水隧洞工程案例,对隧道围岩的高地应力状态及岩爆大变形分级界定进行系统研究,结合目前实际工程中采用的隧道相关设计规范,对传统高地应力判识标准及岩爆、大变形分级标准进行优化,提出更符合工程实际的定量界定方法。
研究结论: (1)基于工程案例统计分析,建立了采用强度应力比和最大地应力绝对值的双指标高地应力定量界定方法,提出了分别针对硬质岩和软质岩的双指标高地应力定量判识表;(2)提出以岩石强度应力比R/σ_max和最大地应力σ_max双指标的岩爆等级划分标准,提出以岩体强度应力比R_m/σ_max和最大地应力σ_max双指标的大变形等级划分标准;(3)本研究成果可应用于铁路隧道围岩高地应力状态的判识和灾害等级的划分,适用于工程地质勘察领域。

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山岭隧道大变形危险性评价的功效系数法研究

陈兴海, 周航, 张广泽, 赵晓彦, 陈明浩, 王彦东

铁道工程学报. 2022, 39(8): 59-65.

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研究目的: 山区铁路隧道地质条件复杂,构造作用强烈,软弱围岩大变形灾害频发,经常会引起支护结构变形、开裂甚至坍塌等,对其进行科学合理的危险性评价并采取针对性的防护措施具有十分重要的意义。本文通过综合分析大变形破坏特征及发生规律,构建完善的大变形评价指标体系。采用层次分析法和熵权法相结合综合确定各个指标的权重,基于功效系数法理论及计算规则,构建一种隧道大变形危险性评价模型,将其应用于成兰铁路杨家坪隧道大变形危险性评价。
研究结论: (1)大变形与围岩洞壁最大主应力、岩石抗压强度、围岩强度应力比、岩石弹性模量、围岩级别、地质构造、地下水密切相关,评价指标总体反映了大变形发生所需的地应力环境、围岩性质和岩性条件;(2)结合层次分析法和熵权法,通过引入距离函数,综合主观赋权和客观赋权建立组合赋权规则,解决了单一客观或主观权重的差异性和片面性问题,使得大变形评价指标权重的确定更加符合实际、更具科学性;(3)本文模型评价结果的准确率达到90.9%,验证了模型的可行性和准确性,可为预防隧道大变形灾害发生、降低施工损失及安全运营提供科学依据。

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高海拔隧道防灾疏散救援及新型救援站型式

匡亮, 华阳, 黎旭, 曹彧, 粟威

铁道工程学报. 2022, 39(8): 66-70.

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研究目的: 考虑高海拔条件对列车内人员疏散能力及烟气扩散的影响,对高海拔大纵坡铁路隧道防灾疏散救援模式和新型紧急救援站型式开展研究,基于数值模拟分析高海拔大纵坡铁路隧道烟气扩散规律,确定新型紧急救援站型式及结构设计参数。
研究结论: (1)高海拔铁路隧道结合洞外环境、安全疏散时间等因素可选择洞外疏散和洞内待避两种疏散模式;(2)铁路隧道外部救援可采用铁路救援、公路救援及空中救援三种模式,高海拔铁路隧道宜采用以铁路救援为主的模式;(3)推荐采用由列车着火停靠区、隔离过渡区、救援列车停靠区三部分组成的新型洞内紧急救援站模式;(4)海拔高度升高和坡度加大均加剧了烟气蔓延,而坡度变化对火灾扩散的影响较海拔高度更为显著;(5)本研究成果可指导高海拔铁路隧道防灾疏散救援设计。

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隧道排水盲管堵塞的原因分析及预防措施研究

常聚友, 刘祥, 张新平, 杨向荣, 赵钟, 杨文杰

铁道工程学报. 2022, 39(8): 71-74.

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研究目的: 隧道排水盲管的堵塞,其原因一直没有研究透彻,导致隧道二衬混凝土薄弱处渗水及坍落,严重影响列车的安全运行,由此就隧道排水盲管的堵塞原因以及如何控制隧道排水盲管堵塞措施进行研究。
研究结论: (1)隧道排水盲管的堵塞物主要来源于隧道岩溶通道、节理面、层理面中,是石灰岩与水产生重质CaCO₃等的初期结晶细颗粒白色粉末,并受围岩水力而汇集,且量较多;次要来源为隧道掘进爆破和锚杆施工,贴附在隧道围岩裂缝和表面的细颗粒白色粉末、有喷射混凝土内部生成析出的细颗粒白色粉末,也受围岩水力而汇集,且量较少;(2)隧道围岩不是石灰岩类岩层,而排水盲管内出现细颗粒白色粉末,它主要来源于喷射混凝土内;(3)在隧道围岩水力作用下,与所有细颗粒白色粉末混合成混合水,一部分经围岩直通排水管出口、另一部分穿过喷射混凝土透水层汇集于排水盲管;(4)由于排水盲眼直径较小,排出混合水的速率减小,白色粉末沉淀,使排水盲管排泄不顺畅形成堵塞;(5)预防办法有:采用隧道掘进爆破孔注水法、高压喷风法、专用排水通道、增大盲眼和盲管直径、增加排水盲管出口、排水盲管外面不宜裹土工布、重视喷射混凝土的施工质量;(6)混合水排出排水盲管至出口的速率要与汇入排水盲管前端的速率相同;(7)本研究成果可为铁路、公路等领域的隧道掘进预防盲管堵塞施工研究提供参考。

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智能牵引变电所站域后备保护系统研究

邵明

铁道工程学报. 2022, 39(8): 75-80.

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研究目的: 为充分利用智能牵引变电所网络数据共享的特征,提高牵引变电所继电保护的整体性能,分析了牵引变电所常规后备保护的不足,提出了站域后备保护的功能需求,研究了综合利用站域信息的牵引变压器后备保护、母线主后备保护、馈线远后备保护和失灵保护、死区保护实现方案,构建了牵引变电所站域后备保护系统。
研究结论: (1)智能牵引变电所站域后备保护系统综合利用牵引变电所站域信息,基于保护的方向选择性和逻辑选择性进行综合判断;(2)站域后备保护系统实现了牵引变压器后备保护、母线主后备保护和馈线远后备保护的功能;(3)典型故障情况下的保护动作情况分析表明,站域后备保护系统能够改善和提升传统后备保护的性能,实现快速、准确切除故障元件的目标,提高智能牵引变电所后备保护的可靠性;(4)本研究成果可为智能牵引变电所继电保护优化配置提供借鉴。

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雄安站清水混凝土应用关键技术研究

谷邛英, 钟京, 杜昱霖

铁道工程学报. 2022, 39(8): 81-86.

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研究目的: 雄安站为高架站,主要公共空间应用清水混凝土。这是铁路客站首次在客流集中、建设标准高的候车厅内应用清水混凝土,不仅需解决应用形式、空间效果、设备管线布设、表皮色彩肌理等问题,更需要针对雄安站大体积、高标号钢骨混凝土结构,解决应用清水混凝土所面临的建筑美学及结构安全耐久的问题。
研究结论: (1)以专业最优服从系统最优为原则,完善的系统设计是大型复杂建筑应用清水混凝土的基础;(2)按照建构一体的理念,仅以曲线清水梁柱的结构形态即可塑造简洁、清雅的建筑空间;(3)设计与施工的密切配合,是有效保证清水混凝土结构安全耐久、实现表皮色彩肌理和梁柱细节的重要因素;(4)清水混凝土在公共建筑及大型客站中具有广泛的应用前景。

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地铁车站装配式出入口接缝抗震性能试验研究

徐军林, 潘正义, 许俊超, 郭正兴, 方城, 朱张峰

铁道工程学报. 2022, 39(8): 87-92.

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研究目的: 装配式混凝土技术因其生产高效、便于连接、节能环保等优势逐渐广泛应用于地下结构,针对装配式构件连接抗震性能较差的特点,本文提出一种型钢插入式连接的装配式出入口结构,并探讨其接缝抗震性能。通过采用低周反复试验,得到型钢连接节点的承载能力、耗能能力、刚度、破坏形态等指标,并对型钢承插接口的抗震性能进行评价。
研究结论: (1)试验及分析结果表明,试件破坏形态均为侧墙整体受弯延性破坏;(2)与现浇试件相比,装配式试件峰值承载力、刚度、延性及耗能等指标与现浇试件基本接近;(3)在保证峰值承载力基本相当的前提下,型钢长度500 mm的试件具有较好的延性与耗能性能,且相对经济,建议作为装配式出入口接缝连接构造的优选方案。

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市域铁路与已建地铁贯通运营技术研究

刘烈锋, 陆帅, 姜玲超

铁道工程学报. 2022, 39(8): 93-97.

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研究目的: 早期城市轨道交通线网规划、建设规划以城市内部轨道交通为主,较少对服务城市外围组团的市域铁路提前谋划布局。重要廊道大多被城市轨道交通占据,穿越中心城的市域铁路选线极为困难,市域客流直达中心城的需求无法得到有效缓解。研究市域铁路与已建地铁贯通运营,对减少换乘、充分利用既有廊道,吸引客流、降低投资、提升市域铁路服务质量具有重要意义。
研究结论: (1)结合已建地铁技术标准,市域铁路与已建地铁贯通运营宜采用双流制式车辆;(2)建筑限界需满足双流车辆落弓通行;(3)宜采用AC 25 kV和DC 1 500 V供电模式;(4)不同供电制式的供电系统之间应设置实现转换的过渡中性段或系统分离区;(5)信号系统为非互联互通产品时,需采用同一厂家产品满足兼容性;(6)双流制式一般适用架空接触网,过渡段架空接触网宜采用带中性的绝缘锚段关节形式;(7)贯通运营应结合既有线路配线方案选择具备折返条件的折返站,设置市域铁路的初、近、远期开行交路;(8)通过分析贯通运营在车辆、供变电、信号、接触网、工程配线等方面存在的问题,提出解决方案,突破市域铁路与已建地铁贯通运营技术障碍,为开行跨线车提供技术支撑。

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温州市域铁路近轨声屏障设计试验研究

丁亚超

铁道工程学报. 2022, 39(8): 98-104.

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研究目的: 国家鼓励市域铁路采用高架或地面敷设制式,需要低噪声高架轨道交通技术提供环保支持。通过本研究,拟找到一个降低市域铁路噪声的新方法。
研究结论: (1)温州市域铁路S1线近轨声屏障是国内首次采用设计研究和工程试验结合方法,在声源分析基础上,考虑荷载、限界、与既有桥面系连接和声屏障单元板声学性能、结构安全等因素,提出了近轨声屏障+道床吸声组合方案设计;(2)通过工程测试进行了效果验证,距轨道中心线25 m、轨面以上3.5 m处的列车噪声源强由80 dB降低为66 dB,近轨声屏障插入损失达到11～13 dB,工程造价同比节省21%～46%;(3)近轨声屏障技术降噪效果好、投资省、施工简单、安全可靠、景观好,可为市域铁路减振降噪方案提供借鉴和参考。

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2022年, 第39卷, 第8期　
刊出日期：2022-08-15

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