铁道工程学报

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彭允芳

铁道工程学报. 2023, 40(12): 1-5.

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研究目的: 随着长株潭地区与长三角两大城市群之间的交流日益密切,长株潭城市群通往长三角地区的铁路通道运输能力日趋饱和,长九高铁的修建将为以上两地区提供新的快速通道,有效分担沪昆高铁、京广高铁运能不足的问题。通过研究,拟实现长九高铁科学引入长株潭枢纽,合理确定长九高铁引入长株潭枢纽的接轨点及联络线布置方案。
研究结论: (1)长赣铁路黄花机场站—长沙西站区间接轨方案充分利用长赣铁路在长株潭枢纽内工程,与枢纽内主要客站均能连通,在枢纽内径路灵活;(2)通过“T”字形接轨设线路所,使长九高铁车流及时分流至长沙南和长沙西方向,均衡利用枢纽内长赣铁路段的线路能力,不致个别区段紧张;(3)工程投资及施工难度相对较小,故予以推荐;(4)新建高速铁路引入既有铁路枢纽,对既有无砟轨道线路的运营影响较大,施工较为困难,为尽量减少将来施工对运营的影响,减少废弃工程,建议长九高铁尽早规划、合理预留;(5)本研究成果可为类似新线引入铁路枢纽工程提供借鉴和参考。

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城市深部近接全过程变形控制设计方法

黄振科, 董俊, 朱勇, 于群丁, 谢俊

铁道工程学报. 2023, 40(12): 6-14.

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研究目的: 城市深部(50 m以深)地下空间开发利用面临多硐室近接建造问题,稳定性与变形控制要求相较于常规地下空间更加严格,目前尚缺乏系统的设计方法指导工程实践。为此,本文提出针对城市深部近接地下空间的全过程变形控制设计方法。
研究结论: (1)基于多硐室近接开挖对岩土体、既有硐室、新建硐室变形机制研究结果,提出了近接建造变形控制原则,建立了城市深部地下空间近接全过程变形控制设计流程,给出了硐室施工变形(含岩土体变形)和结构变形的控制标准,提出了考虑近接类型、围岩等级、近接间距的近接风险分区标准;(2)从施工工法、岩土体变形控制、既有结构变形控制、新建结构稳定与变形控制等方面着手,提出了典型地层、风险分区条件下的深部近接隧道变形控制设计建议;(3)将该设计方法应用于重庆地铁18号线富歇区间典型深部近接工程,结果表明:依据该方法给出的设计方案能够有效控制深部近接工程变形,确保新建硐室稳定、既有硐室变形处于标准规定的范围内,可用于指导城市深部地下空间近接变形控制设计,具备推广应用价值。

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既有客货共线铁路开行动车的问题及措施

丁若思

铁道工程学报. 2023, 40(12): 15-18.

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研究目的: 随着经济社会和铁路运输的高速发展,既有铁路的运输能力、旅行速度均需要进一步提升以满足社会需求,特别是充分挖掘铁路优质存量资产在高质量旅客运输方面的潜在价值。在此背景下,对既有铁路的运输质量提升以及适应性改造已成为当前国家重点发展领域。本文聚焦既有青藏铁路西格段,通过开行动车组列车产生的电分相相关问题进行研究检算,提出有关的措施办法以克服原有运营困难、满足高质量运输要求以及相关安全规范要求。
研究结论: (1)经综合分析及系统检算,对于既有铁路电分相导致的运营问题,可通过调整电分相、调整信号机和软化坡度三大措施解决;(2)深入分析可知,调整电分相和软化坡度均存在投资较大、施工困难的问题,且易引起如土地使用等其他的操作性难题,结合工程经济性和运营需求等要素,综合调整或移除信号机的方法是较为可行且适宜的,具有较强的可实施性;(3)本研究结合理论分析和以青藏铁路西格段为例的深入剖析,针对电分相调整所需的配套设施设备条件等计算分析及归纳总结,可为后续既有铁路开行动车提供相关的理论依据,对解决类似的受制于线路电分相影响的铁路存量项目挖潜利用的难题,具有一定的指导意义。

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井间地震技术在岩溶精细探测中的应用研究

刘振明

铁道工程学报. 2023, 40(12): 19-24.

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研究目的: 井间地震技术在地下空间岩溶精确探测中发挥着重要作用,是地下空间安全建设的重要保障,但实践证明,井间地震CT技术仍存在基岩面附近岩溶识别偏差大、小溶洞漏判、大倾角界面或垂向条带状溶洞无法探测等局限性。本文在井间地震CT技术的基础上,引入井间地震偏移技术,并在绕射点模型和溶洞模型的试算中取得良好的效果,可将井间地震偏移技术应用于工程实践,提高岩溶精细探测程度,确保重大工程建设的安全。
研究结论: (1)井间地震偏移技术可以对任意速度变化的精细结构进行偏移成像,成像结果可以准确反映结构形态,分辨率更高,在岩溶勘探中具有可行性和优越性;(2)在工程领域首次实现了井间地震偏移技术,有效弥补了井间地震CT技术由于射线误差等因素造成的成像误差,提高了岩溶空间形态的探测精度;(3)井间地震偏移技术的实现为井间地震数据的多属性解释提供了理论依据,可以更真实地再现岩溶发育的形态和规模,可为岩溶地区开展井间地震工作提供新思路,具有科学意义和推广价值。

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构造发育区域地应力模拟及灾害判释研究

李国圣

铁道工程学报. 2023, 40(12): 25-29.

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研究目的: 随着我国路网的不断延伸,其建设区域逐渐趋向于构造发育、艰险复杂山区。伴随着强烈的构造运动,该类建设区域孕育着复杂的地应力状态。深埋工程岩体不可避免会出现岩爆和大变形现象。需要充分依托实测地应力数据,并对其进行数值模拟分析,由点及面获得工程环境的三维地应力状态。之后根据此类地区的前期建设工程对岩爆和大变形的揭示情况,对比分析勘察设计阶段数据,并提出合理有效的岩爆和软岩大变形的分析判定建议。
研究结论: (1)伴随着极其复杂的应力状态,深埋隧道工程在硬岩条件下极易发生岩爆,在破碎软弱围岩条件下极易发生软岩大变形;(2)基于代表性的地应力测试结果,采用数值模拟的方法对场地的地应力场进行反演分析是全面分析场地地应力特征的一种有效可行的方法;(3)基于有限的地应力测试数据,依托该区域的地质勘察资料,结合地形地貌及地层岩性和相关构造,以有限元方法为基础,构建数值模型,最终获取了隧址区的三维地应力数据,经过模拟数据与实测数据的对比分析,验证了数据吻合度较高,同时揭示了隧址区的地应力发育特征;(4)岩爆及大变形的分析研判需结合实际工程实施后的经验数据进行适当修正,通过对比分析施工阶段实际揭示与勘察设计阶段的预测结果的差异,提出了更接近工程经验的分析判定标准以供后续类似项目勘察设计参考,以期合理控制工程风险和工程投资。

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错玖沟泥石流运动特征研究及危害评价

葛超

铁道工程学报. 2023, 40(12): 30-35.

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研究目的: 雅鲁藏布江流域位于印度板块与欧亚板块的构造活动活跃段,其独特的构造背景、复杂的地形地貌、多样的气候分区,造成了该区域泥石流规模大、速度高、爆发突然等特点。错玖沟泥石流为雅鲁藏布江流域上游一泥石流沟谷,本文针对该泥石流的孕灾环境、几何特征及运动特征值进行分析评价,为下游工程提供技术支持,并为其他类似山区泥石流工程影响评价提供借鉴。
研究结论: (1)错玖沟泥石流活动历史、气候特征、主沟道地质条件、流域地形条件、物源和水源条件综合分析表明,错玖沟具备爆发特大型暴雨型泥石流的条件;(2)基于泥石流易发程度数量化评分法和堆积物颗粒级配分析方法,确定了错玖沟泥石流百年一遇工况下的容重为1.76 g/cm³,据此判定错玖沟泥石流为稀性泥石流,该工况下错玖沟泥石流流速、峰值流量、泥石流整体冲压力、块石冲击力、一次总量和一次最大堆积厚度分别为2.5 m/s、1 043.94 m³/s、11 kPa、41.70 kN、148.76×10⁴ m³和12.31 m;(3)错玖沟泥石流易发性、发展阶段、活动强度及危险性评价结果表明,该泥石流处于“发展期(壮年期)”,易发程度等级为“易发”,活动强度为“很强”,泥石流危险度为“高危险”;(4)百年一遇工况下,沟口下游160 m处泥石流最大行流高度为13.22 m,行流宽度约620 m;(5)基于本文方法获得的泥石流沟对线路方案影响评价结果可作为复杂山区线路优化及工程设置的重要依据。

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帕德玛大桥铁路连接线无砟轨道系统设计

杨文茂, 林红松, 徐浩, 代丰

铁道工程学报. 2023, 40(12): 36-40.

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研究目的: 帕德玛大桥铁路连接线是孟加拉国首条铺设无砟轨道的铁路,也是我国工程技术人员首次在120 km/h、25 t轴重客货共线条件下开展的大跨钢桁梁上无砟轨道设计和简支梁上无砟道岔设计,设计过程中面临着结构限界和轨道自重受限、2 350 mm超宽梁缝及7.5‰超大梁端转角、简支梁上无砟无缝道岔群布设等难题,亟需对轨道结构及部件开展系统研究,以指导铺轨实践。
研究结论: (1)提出了底座板与桥面板一体化设计的单层长枕埋入式无砟轨道,克服了大跨度钢桁梁上结构限界和轨道自重受限的难题;(2)研发了±800 mm调整量梁端伸缩装置及钢轨伸缩调节器一体化装置,解决了2 350 mm宽梁缝、7.5‰梁端转角条件下的轨道结构自适应调整问题;(3)基于“岔梁墩一体化”模型开展了岔桥相互作用分析,解决了25 t轴重条件下简支梁上的无砟无缝道岔群设计难题;(4)上述创新实践指导了孟加拉国首条无砟轨道铺设,对海外工程复杂桥梁结构上无砟轨道设计具有一定的参考作用。

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强震区铁路新型延性构造桥墩研究

曾永平, 董俊, 刘力维

铁道工程学报. 2023, 40(12): 41-47.

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研究目的: 为保证列车运行的安全性和平稳性,铁路桥墩刚度需求大,要求有足够大的截面尺寸来保证刚度,导致强震下桥墩难以形成墩底塑性铰,传递到墩底桩基础地震力过大,需要设计更高强度桩基础来抵抗地震力,非常不经济。因此,亟需开展新型延性构造桥墩的研究,在保证运营刚度的前提下,大幅减少墩底弯矩,保护桩基础,节约桩基工程造价,提高铁路圆端形桥墩的延性变形能力。本文提出2种延性构造墩设计方案,采用Xtract非线性分析软件研究墩底截面的抗震性能,分析不同设计参数对桥墩关键抗震性能指标的影响,研发的延性构造墩满足铁路桥梁运营刚度需求,强震作用下可降低地震力30%～50%。
研究结论: (1)提出的延性构造墩方案,实现在正常运营状态和小地震下,延性构造墩刚度和强度与原桥桥墩保持一致,首次屈服弯矩为原桥的85%～105%,保证列车行车安全;在强震作用下,延性构造墩刚度减小,墩底最大地震力为原桥墩的50%～70%,桥墩曲率延性比为原桥的1.4～1.9倍,实现了延性墩设计目标,保护了桩基础;(2)延性构造墩截面等效屈服弯矩与极限弯矩基本与钢筋内缩后面积比呈正相关;(3)随着砂浆强度的增大,桥墩截面初次屈服弯矩、等效屈服弯矩会逐渐增大,而桥墩截面极限弯矩不受砂浆强度影响;(4)本研究成果可为强震区铁路桥墩抗震设计提供参考。

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西南山区某隧道地应力特征及岩爆危险性评价

周航, 张广泽, 赵晓彦, 陈仕阔, 谢荣强, 林之恒, 李嘉雨, 沈维

铁道工程学报. 2023, 40(12): 48-54.

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研究目的: 西南山区花岗岩隧道地处雅鲁藏布江缝合带地区,地质条件极其复杂,区域地质构造作用强烈,隧道建设中面临的高地应力及岩爆灾害风险异常显著。根据隧址区地质资料,结合附近工程区的地应力测试数据,通过COMSOL建立隧道数值计算模型,采用边界荷载调整法反演分析隧址区的初始地应力场,研究分析隧址区的地应力特征,并探讨花岗岩隧道沿线岩爆危险性等级。
研究结论: (1)花岗岩隧道轴线最大水平主应力S_H为5.1~33.5 MPa,竖向主应力S_v为4.2~55.1 MPa,隧道沿线80.48%的区域处于高到极高地应力状态;(2)当隧道埋深小于600 m时,花岗岩隧道主要以水平构造应力为主,应力场类型主要为S_H>S_v>S_h,表现应力结构为走滑型;当隧道埋深超过600 m,大埋深的竖向主应力开始占据主导地位,应力场类型主要为S_v>S_H>S_h,表现应力结构为正断型;(3)花岗岩隧道地层多为Ⅱ、Ⅲ级硬质脆性围岩,根据岩石弹性能指数和岩石脆性系数测试结果,中粒角闪黑云花岗岩具有中等岩爆倾向的储能和释能条件;(4)基于最大初始地应力值S_max和岩石强度应力比R_c/S_max双指标评价法,花岗岩隧道全长13 047 m,其中强烈和极强岩爆风险段共9 000 m,占比68.98%;(5)本研究结论可为类似地质条件下的复杂山区深埋长大隧道勘察设计及岩爆灾害防治提供数据支撑。

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特长隧道TBM适应性评价方法

郭利民

铁道工程学报. 2023, 40(12): 55-60.

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研究目的: 通过调研国内外已有TBM施工案例,结合近年来TBM设备发展、施工水平的提高,分析研究敞开式TBM处理各不良地质问题时所采取的措施,对TBM处理极硬岩、岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水涌泥等不良地质工程措施及TBM适应性进行评价,并提出量化评价TBM适应性方法。
研究结论: (1)通过对案例的分析,得到TBM穿越极硬岩、岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水涌泥等不良地质的适应性评价结论;(2)结合既有特长隧道辅助坑道方案调研分析,提出辅助坑道条件系数,量化评价辅助坑道条件;(3)量化给出了各类型不良地质TBM适应性评价系数;(4)结合辅助坑道条件及不良地质TBM适应性,提出了TBM选用原则,并对既建TBM隧道工程进行评价,显示TBM选用原则适用性较好;
(5)本研究成果可应用于山区特长隧道TBM工法适应性评价。

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五跨关节等高点对接触网弓网性能的影响

邓洪

铁道工程学报. 2023, 40(12): 61-65.

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研究目的: 接触网锚段关节作为接触网系统的核心部位,其整体设计理念对弓网受流性能起关键性作用。接触网五跨关节设计时一般在两支过渡处预留一定高度的屋脊,以减少弓网压力,但是等高点的抬高量目前无明确要求,其大小将影响弓网受流性能,情况严重时可能影响列车运营安全。因此研究五跨锚段关节等高点位置对接触线抬升量及弓网接触压力的影响,对于提升接触网弓网受流质量、确保高铁运营安全具有重要的意义。本文利用理论分析、弓网仿真等手段,对时速350 km等级接触网五跨锚段关节等高点高度对接触网整体弓网性能的影响开展研究。
研究结论: (1)后弓通过时接触线的抬升量远大于前弓通过时接触线抬升量,后弓的弓网接触力远大于前弓弓网接触力,同时后弓的接触力标准偏差明显大于前弓接触力标准偏差;(2)接触线最大抬升量和弓网接触力最小值一般均发生在锚段关节等高点附近,主要原因是等高点处两支导线有抬升的屋脊,由于受电弓的惯性原因通过屋脊后接触线会有短暂的大幅度抬升且接触力瞬间变小;(3)时速350 km等级高速铁路接触网五跨锚段关节等高点抬升量可以选择在30 mm至60 mm范围,但是弓网受流最优时为锚段关节等高点抬升量一般在30 mm到40 mm之间;(4)本文研究成果适用于电气化铁路接触网专业领域。

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基于再生制动装置的精准化协同无功补偿研究

马德明

铁道工程学报. 2023, 40(12): 66-71.

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研究目的: 城市轨道交通无功补偿方案是供电系统设计的重要内容,与系统经济性和可靠性直接相关,但是,行业现状中设备选型和应用未紧密结合工程特点。通过研究,本文拟提出合理化配置无功补偿装置的原则,以及集中供电方式下利用再生制动装置进行协同补偿的优化方案。
研究结论: (1)城市轨道交通无功补偿方案需结合关口计量点和系统的结构进行针对性设计;(2)基于无功电度计量的迭代算法,利用多台中压逆变型再生制动装置协同配合,以固定补偿的形式实现无功功率精准化补偿方案技术可行,并通过实践验证,有效实现了装备的复用,减少了工程建设投资;(3)利用再生装置进行精准化无功补偿的方案可应用于城市轨道交通供电系统。

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冻土区电气化铁路接触网基础接地研究

王强

铁道工程学报. 2023, 40(12): 72-77.

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研究目的: 近年来冻土区修建电气化铁路的需求日益紧迫。冻土区铁路具有长大坡道多、列车功率大、土壤电阻率高等特点,易引起钢轨电位升高,危及人身安全、设备安全、行车安全。为降低冻土区电气化铁路钢轨电位,以西部地区某铁路为研究对象,针对路基特点、土壤特性,对单个接触网基础接地电阻进行计算,并综合考虑供电臂内多基础接地共同作用,进行钢轨电位分析,寻求解决冻土区电气化铁路钢轨接地问题的技术方案。
研究结论: (1)将沿线接触网管桩基础与钢轨进行电气连接,形成钢轨-管桩-大地的电流通路,可降低钢轨对地泄漏电阻,抑制钢轨最大电位;(2)沿线基础纳入接地系统后,钢轨电位最大值可降低26.9%;基础增设专用接地体后,钢轨电位最大值可降低34.6%;(3)本研究结果可为高土壤电阻率地区电气化铁路接地设计提供参考。

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基于交通一体化的铁路客站综合枢纽规划研究

田洪

铁道工程学报. 2023, 40(12): 78-82.

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研究目的: 针对传统铁路客站枢纽布局规划存在的与城市功能的耦合度不足、未进行交通一体化考虑和未充分考虑城市的交通承载力等问题,从规划原则和交通枢纽布局规划两个维度进行深入探讨,以得到最优交通枢纽布局规划结果。
研究结论: (1)规划原则,即与区域发展格局相协调、与城市总体规划相协调和在城市各个方向合理分散布局客运枢纽;(2)交通枢纽布局规划要人性化、特色化,构建内部交通组织和交通系统要素的集合;(3)通过对综合交通枢纽对外交通空间与市内交通空间的建构整合进行分析论证,根据现在乘客的基本需求,从设计上化繁为简,极大提升效率的同时,也为服务提升了舒适度,所提出的布局规划最为合理;(4)本研究结论可供铁路客站枢纽规划借鉴。

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西安铁路枢纽动车配套设施布局研究

王骏

铁道工程学报. 2023, 40(12): 83-87.

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研究目的: 《西安铁路枢纽规划(2016—2030年)》率先在全路获得批复,目前来看,部分动车配套设施还存在能力不足及不均衡问题,本文在枢纽总体规划基础上,结合近年来动车组修程修制改革要求,以提高运输效率、实现降本增效、推进铁路高质量发展为目标,对枢纽内动车配套设施全面梳理,通过能力分析找出今后可能存在的问题,并对枢纽内动车配套设施布局提出调整优化建议,以提升动车配套设施利用率和运输组织效率最大化。
研究结论: (1)西安站所需动车检修设施需枢纽相关动车所统筹调配使用,并结合动车组开行配置存车设施;(2)西安北动车段、动车所承担其他车站动车检修需求,西安站既有客技增设动车配套设施,西安东动车所远期根据需要适时扩建,新西安南站需建设并配套预留动车所;(3)本研究成果可供路网内其他铁路枢纽进行布局优化时参考借鉴。

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基于BIM正向设计的铁路站房标准化体系建设

翁凯, 李俊生

铁道工程学报. 2023, 40(12): 88-94.

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研究目的: BIM正向设计是设计企业数字化转型的重要抓手,但现阶段铁路站房BIM正向设计的落地实施及推广应用存在种种问题,而标准化有助于规范设计企业BIM技术的应用,对推动BIM正向设计的技术发展有着指引作用。为此,本文从标准化入手,从设计标准指引、标准设计流程、标准设计资源、标准执行、标准设计应用五方面构建铁路站房BIM正向设计标准化体系。
研究结论: (1)完善的BIM正向设计标准化体系是设计企业BIM技术推广应用的重要因素,有助于提升BIM设计及应用水平;(2)研究实现了标准构件、标准详图族、标准建模深度、标准视图样板、标准提资、标准视图浏览器等标准化应用,形成了从建模、计算、提资、出图、工程量统计、可视化应用的全过程解决方案;
(3)铁路站房BIM标准化体系在凌海南站中应用,实现了全过程全流程标准化,提升了设计质量和效率,并在其他项目中复用;(4)本研究结论可为铁路站房BIM正向设计推广及设计标准化提供参考。

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基于原位试验地下高铁车致环境振动特性分析

代丰, 杨吉忠, 毕澜潇, 刘玉涛

铁道工程学报. 2023, 40(12): 95-101.

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研究目的: 高速铁路下穿综合交通枢纽的交通交叉形式日渐兴起,地下高铁引发的环境振动问题不容忽视。为探明地下高铁运行对地表环境振动影响规律,结合在建高铁下穿机场场地工程实例,设计高铁隧道内落轴试验得到周围土体环境振动特征,建立车-轨-隧-地层半解析计算模型得到列车荷载动力初始条件,预测分析地下高铁车致环境振动幅频特性及传播规律,研究不同行车条件、轨道参数和隧道埋深的影响特点。
研究结论: (1)地表振动在离线路中心线10 m范围内大幅衰减,衰减率达70%,垂向振动幅值明显大于其他两个方向,地表横向振幅最小,振动衰减速度最慢;(2)在350 km/h高速列车通过条件下,80 m范围内地表垂向和横向振级分别为20~80 dB、43~72 dB,Z振级最大衰减系数达0.276 dB/m;(3) 列车速度每提升
50 km/h,地表Z振级增加约2 dB;(4)在13 ~50 Hz内,扣件刚度越小地表振级越大,在79 Hz以上,地表振级与扣件刚度正相关;(5)隧道埋深大于14 m时,隧道埋深对地表Z振级变化影响较小,将高铁隧道埋深控制在合理范围内可减小地表振动;(6)本研究成果可为下穿高速铁路设计和研究提供参考和借鉴。

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山区高速铁路路基陡边坡绿色防护试验研究

王祥

铁道工程学报. 2023, 40(12): 102-107.

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研究目的: 在铁路工程建设中,对于陡路基边坡,如坡率陡于1∶1的,难以有较好的绿色防护形式。针对山区高速铁路路基陡边坡的绿色防护难题,设计了预加固桩前框架锚杆内基材植生(生态袋)和复合式锚索墙基材植生(生态袋)两种新型的路基边坡支护结构,并开展了现场的原位试验研究,验证其适用性。
研究结论: (1)预加固桩前框架锚杆内基材植生边坡深层变形从桩顶部向下逐渐减小,桩顶最大变形小于35 mm;(2)桩前框架锚杆受力约为设计值的1/5~1/7,预加固桩的土拱效应明显,大大减小了桩前框架锚杆受力;(3)复合锚索墙锚索锚固力约为设计值的1/2,锚索墙后深层位移小于35 mm;(4)两种新型路基边坡结构都是稳定的,路基边坡改进的厚层基材(生态袋)绿色生态防护效果好,植物成活率超过90%,植物覆盖率大于85%,实现了坡率1∶0.5陡路基边坡的全坡面绿色防护;(5)本研究成果可为路基陡边坡绿化防护提供参考。

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施工单价承包嵌入铁路EPC项目绩效

梁涛, 肖畅, 霍腾飞

铁道工程学报. 2023, 40(12): 108-113.

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研究目的: 单价承包应用于铁路项目逐渐成为行业焦点问题,如何提高采用施工单价承包的由设计单位主导铁路EPC项目绩效,研究其影响因素并厘清因素之间的因果关系和影响机制是必要的。
研究结论: (1)本文通过扎根理论法识别了23个代表性因素,利用DEMATEL-ISM模型将其分为11个原因因素和12个结果因素,划分成7个层次绘制了影响因素的因果图并建立了一个多层递阶结构模型;
(2)深入探索因素间因果关系和影响机制,挖掘出影响铁路EPC项目绩效的最根本因素;(3)本研究成果可为应用单价施工承包的铁路EPC项目绩效提升提供借鉴。

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2023年, 第40卷, 第12期　
刊出日期：2023-12-15

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