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2023年, 第40卷, 第7期 
刊出日期:2023-07-15
  

  • 全选
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    长大干线:工程地质与路基
  • 许锐, 王广璐, 隋国晨, 李寻昌, 杨威
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 1-8.
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    研究目的: 为研究黄土挖方边坡冲蚀演化过程及其规律,为复合型生态防护提供可靠依据,本文基于对延安地区黄土边坡冲蚀演化的长期观测调查,进行坡面冲蚀形态测量、冲蚀量统计,并利用颗粒流模型,分析降雨、植被等主要因素与黄土挖方边坡冲蚀破坏演化过程间的耦合互馈关系。
    研究结论: (1)黄土挖方边坡坡面冲蚀演化有明显的阶段性,即表层侵蚀阶段、细沟阶段、坑槽阶段和冲沟阶段;(2)黄土边坡冲蚀演化各阶段既有各自阶段明显的特征,又相互制约和影响,总体呈加速扩展的趋势;(3)降雨与冲蚀量具有显著正相关性,是影响黄土边坡冲蚀破坏的关键因素,且延安地区黄土边坡冲蚀破坏和水土流失问题具有典型的季节性;(4)植被能有效改善土体的抗冲蚀性能,在边坡冲蚀演化各阶段,特别是在冲蚀演化初期,能有效减少冲蚀量;(5)本研究成果可为西北黄土边坡生态防护技术提供指导。
  • 黄生根, 刘佳旺, 田卫东
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 9-14.
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    研究目的: 隧道洞内桩基托换技术比常规桩基托换受力情况更复杂,施工控制难度更大,而目前施工过程中桩基的受力及位移响应规律缺乏研究。本文结合武汉地铁5号线下穿桥梁洞内桩基托换工程监测数据,通过建立三维数值仿真模型,对整个洞内桩基托换过程中桩基的沉降变化情况及其规律、摩阻力的分布及变化规律进行分析。
    研究结论: (1)洞内桩基托换过程中桩基的沉降及桩侧摩阻力的变化与地层扰动的程度及二衬结构的施工密切相关,隧道开挖至桩基正下方时桩的沉降发展最快,并在桩身下部出现负摩阻力;随着二衬结构的施工,桩的沉降趋于稳定,侧摩阻力沿桩身分布与初始状态相似;(2)卸荷开挖影响范围为开挖面前后3倍洞径,先行隧道施工后地表沉降曲线呈现为“V”形,随着后行隧道的施工沉降槽曲线形状呈现为不规则“U”形;(3)加厚注浆加固圈能有效改善对桩周土的扰动,控制桩基沉降;减小开挖步距也能减少对桩周土体的扰动,改善托换过程中桩基受力状态;限制桥面交通来减少桩顶荷载的措施,在本工程中发挥作用有限;桩底预留泥岩柱在有超前支护工况下发挥作用很小,只有在无超前支护工况下,由于开挖方案对桩周土扰动较大,岩柱才会发挥较大作用,但在施工过程中考虑一些不可预见因素的影响,桩底预留岩柱还是很有必要的;(4)本研究成果可为研究洞内桩基托换过程中隧道、桩和地层的相互作用规律提供借鉴,并为实际工程应用提供参考。
  • 任昆, 于泽宁, 石孟奇
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 15-19.
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    研究目的: 为研究冻融循环作用下水泥煤渣改良土的非均匀损伤演化特性,利用冻融循环试验箱及CT扫描设备,开展单向冻融条件下水泥煤渣改良土的水分迁移试验及CT扫描试验。通过获得水泥煤渣改良土不同位置处的水分迁移量与冻融循环次数的关系,建立水泥煤渣改良土的水分迁移模型。考虑冻融过程中水泥煤渣改良土CT值非均匀分布及演化特性,建立水泥煤渣改良土的非均匀冻融损伤演化模型。
    研究结论: (1)单向冻融循环作用下,土体水分迁移大多发生在土样轴向方向上,呈现出顶部(冷端)大、底部(暖端)小的特点;(2)随冻融次数的增加,土中水分迁移能力逐渐增强,其中前5次冻融作用的影响较为明显;(3)冻融循环对土体细观结构造成了不可逆的损伤,随冻融次数的增加,CT值分布曲线整体向左移动,各截面CT值平均值均出现较明显的衰减;(4)基于CT值非均匀分布及演化特性所建立的损伤演化模型,能够较好地反映土样各截面结构的发展,可为寒区高速铁路工程建设提供参考和借鉴。
  • 长大干线:线路与轨道
  • 蔡小培, 高梓航, 张乾, 谢铠泽
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 20-26.
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    研究目的: 温度作为大跨斜拉桥上无缝线路产生纵向力的主要因素,其作用特征具有明显的时变特性,桥上无缝线路结构的受力与变形处于动态变化中。本文针对施工锁定至开通运营阶段结构温变特征,考虑线路纵向阻力滞回本构关系,建立千米级主跨斜拉桥上无缝线路空间耦合模型,分析不同温度加载历程下无缝线路力学特性与变形规律。
    研究结论: (1)桥上无缝线路温度“加载-卸载-反向加载”过程中,线路纵向阻力会进入塑性状态,温度卸载后线路仍存在一定的纵向残余变形,钢轨内部存在残余附加力;(2)温度循环作用过程中,梁-轨残余变形在反向加载时可抵消部分梁-轨相对位移从而降低线路纵向阻力,温度卸载后钢轨和桥梁均会发生不可自动恢复的纵向残余变形;(3)与传统的单次全幅值加载相比,考虑温度循环历程、不设置调节器时,钢轨纵向力峰值可降低14.57%,梁-轨相对位移峰值增大46.28%;(4)设置调节器后,考虑温度循环加载历程,钢轨纵向力峰值降低11.4%,梁-轨相对位移峰值增大52.4%,但峰值相对较小;(5)本研究成果可为大跨斜拉桥上无缝线路设计与运维提供理论参考。
  • 王卫东, 王梦迪, 胡文博, 彭俊, 王劲, 邱实
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 27-32.
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    研究目的: 钢轨表面伤损分割是铁路工务巡检的重要内容。为应对轨面伤损未及时发现导致安全事故发生的难题,解决传统检测方法适用性受限的问题,本文提出一个集成多种深度学习模型的伤损自动化分割算法,为钢轨表面伤损的识别、分析和处理提供一个精准且高效的解决方案。
    研究结论: (1)提出了一种集成目标检测和语义分割的深度学习算法,实现了针对钢轨表面伤损特征的高效识别与精准分割;(2)实践结果表明,本文算法与现有的几种深度学习模型相比精度更高,准确度和平均交并比分别达到99.56%和83.89%;(3)本文算法能够精细化地区分钢轨伤损和背景的模糊边界,减少数据冗余,加快分割效率,对多尺度伤损目标的分割准确性高,研究结论可为铁路工务部门的自动化检维提供理论指导。
  • 长大干线:桥梁工程
  • 李克冰, 王丽, 班新林, 苏永华
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 33-39.
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    研究目的: 我国ZK荷载图式制定时未考虑400 km/h及以上的更高设计速度。本文以运营活载动效应不大于设计活载动效应为原则,通过移动荷载列动力分析,研究ZK荷载图式对高速铁路以400 km/h设计和运营的适应性,分析梁体基频对ZK荷载图式适应性的影响,给出时速400公里高速铁路常用跨度简支梁的设计基频建议限值。
    研究结论: (1)按照440 km/h、480 km/h检算,梁体动力响应最大值在5 ~7 Hz范围内随基频增大而快速减小;(2)建议通过调整梁体基频来保证时速400公里高速铁路桥梁采用ZK荷载图式进行设计时设计荷载动效应能够包络运营荷载动效应;(3)时速400公里高速铁路简支梁的基频设计限值可以按照1.1倍设计速度即440 km/h确定, 20 m、24 m、32 m、48 m混凝土简支梁基频建议限值分别取6.2 Hz、5.8 Hz、5.1 Hz、5.1 Hz;(4)本文研究思路与结论可为时速400公里高速铁路桥梁设计与规范的修订工作提供参考。
  • 王根会, 宁鑫, 刘建勋, 张紫辰, 王士金, 陈鹏飞
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 40-45.
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    研究目的: 结构的疲劳细节对其疲劳破坏至关重要,为了分析钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁的疲劳细节及疲劳寿命计算方法,为该类型结构的疲劳设计提供参考,制作缩尺试验梁模型,并对其进行疲劳试验,得到这种新型结构的疲劳破坏特征。结合模型试验,利用数值模拟和断裂力学分析方法,对新型组合箱梁的疲劳寿命计算及疲劳细节分类进行研究,并采用线性损伤理论对结果进行分析验证。
    研究结论: (1)钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁在疲劳荷载作用下,其疲劳裂纹首先出现在底板与两侧腹板焊缝折角处,说明该处是新型组合箱梁重要的疲劳细节;(2)根据线性损伤理论,新型结构的疲劳细节分类总体上位于AASHTO规范疲劳类别的B类与C类之间,高于B′曲线下界值,低于B′曲线中值;(3)采用数值模拟和修正后的断裂力学方法得到的S-N曲线计算出的总损伤累积值误差分别为3%和6%,说明两种曲线均适用于新型钢混组合结构的疲劳寿命计算;(4)本研究成果可为钢底板波形腹板组合箱梁疲劳细节分类及疲劳设计提供参考或借鉴。
  • 郑尚敏, 沈强, 管冲, 程海根
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 46-50.
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    研究目的: 为了对波形钢腹板组合箱梁的褶皱效应开展研究,以结构振动理论为基础并结合组合梁的动力特性,提出动力褶皱效应系数用以量化分析波形钢腹板组合箱梁的褶皱效应,以一单箱双室波形钢腹板组合试验梁为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立数值分析模型,对试验梁的褶皱效应及影响因素进行研究。
    研究结论: (1)提出的动力褶皱效应系数能有效地反映波形钢腹板组合箱梁的褶皱效应;(2)由于褶皱效应的影响,单箱双室波形钢腹板组合箱梁的竖、横向抗弯刚度有小幅减小,而抗扭刚度则有显著地提高;(3)钢腹板波折角的变化对组合梁竖向弯曲振动褶皱效应影响最明显;(4)横隔板的设置会在很大程度上削弱组合梁扭转振动褶皱效应;(5)体外预应力的设置对横向弯曲及扭转振动褶皱效应有较明显的影响,然而体外预应力锚固位置对各向褶皱效应影响较小;(6)本研究成果可为建立波形钢腹板组合箱梁桥精确数值分析模型,并为该组合结构动力性能的精确分析提供一定的参考。
  • 长大干线:隧道工程
  • 王景春, 常子红, 王大鹏
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 51-56.
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    研究目的: 为研究考虑劣化效应时,列车荷载作用下隧道仰拱结构的振动响应问题,本文以贵南某高速铁路隧道为工程背景,建立带仰拱结构的高速铁路隧道动力响应模型,分析隧道衬砌经时劣化与围岩经时劣化对仰拱结构动力响应的影响。
    研究结论: (1)衬砌经年劣化时,仰拱竖向变形几乎不变,服役后期测点加速度有一定程度的变化,测点最大主应力和最小主应力随劣化时间增加而减小,减小幅度较小;(2)围岩经年劣化时,仰拱竖向变形增幅明显,服役时间0~100 a仰拱中心测点竖向变形增幅为75%,加速度变化规律与衬砌劣化时相似,服役后期有一定的变化,仰拱动应力随围岩劣化呈两阶段变化,服役前期(0~75 a)动应力随劣化时间增加而增大,且增幅明显,服役后期(75~100 a)动应力随劣化时间增大而减小;(3)与衬砌劣化相比,围岩劣化对仰拱结构变形及受力影响更为显著,服役后期(75~100 a)仰拱结构受力发生改变,需加强隧道服役后期仰拱结构及周围岩体的检查及加固;(4)本研究结果可为服役期间隧道结构维护及风险评价提供一定的理论参考。
  • 朱正国, 崔振伟, 陈士通, 刘利, 韩伟歌, 樊浩博, 郭小龙, 韩智铭, 张梓峰
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 57-62.
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    研究目的: 水是隧道结构常见地质环境,分析研究新型初期支护材料的减震性能必须考虑水的影响。因此本文在试验探究适宜作隧道初期支护的钢纤维泡沫混凝土的基础上,进一步试验分析水对其力学性能的影响;最后通过数值模拟构建三维复合式衬砌隧道结构模型,探究在不含水地层与富水地层中新型初期支护的减震性能。
    研究结论: (1)湿态钢纤维泡沫混凝土的动态模量随含水量的增加而增大,准静态单轴抗压强度与抗拉强度随含水量的增加而降低;(2)钢纤维泡沫混凝土初期支护有明显的减震效果,减震率最高达41.43%,围岩级别越高,减震效果越显著;在地震设防烈度升高时,减震效果提升不明显;(3)在不含水地层中,不同厚度初期支护的减震效果有边际效应,而在富水地层中没有这种边际效应,分别给出了不同工况条件下的钢纤维泡沫混凝土初期支护厚度的推荐值,可供实际施工参考。
  • 周中, 邓卓湘, 鄢海涛, 张俊杰
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 63-68.
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    研究目的: 为解决传统注浆材料难以同时满足岩溶区隧道注浆止水、回填及加固要求的问题,研究一种由硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、甲酸钙、聚羧酸、瓜尔胶配制而成,适用于岩溶区隧道注浆的新型绿色注浆材料(Green Grouting Material,GGM)。通过正交试验探究各组分对GGM浆液基本性能的影响,开发一种模拟岩溶区动水注浆的装置对最优配比下的GGM浆液进行特性测试,得到不同水流速、模拟环境下注浆材料的动水留存率,分析GGM材料适用性并得到不同环境下动水留存率关于动水流速的回归方程。
    研究结论: (1)当硫铝酸盐水泥水灰比为0.33,普通硅酸盐水泥掺量20%,甲酸钙掺量3%,聚羧酸掺量0.3%,瓜尔胶掺量0.3%时,GGM的主要性能最优,相较于硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,最优配比下的GGM具有明显更优的动水留存率;(2)GGM浆液在动水流速为0.4 m/s的富水岩溶区空腔环境、断层破碎带、富水砂卵石地层、富水砂层中的动水留存率分别为58.6%、68.36%、64.72%、87.29%,充填堵水效果较显著,满足一般注浆工程需求;(3)GGM材料具有机械强度高、凝结时间快、流动度良好、动水留存率高等优点,是一种较为理想的富水岩溶区隧道注浆材料;(4)本研究成果可为岩溶区隧道注浆止水加固提供参考和借鉴。
  • 长大干线:通信信号
  • 赵博
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 69-72.
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    研究目的: 市域铁路列车控制系统制式可采用国铁CTCS和地铁ATC,前者可实现与国铁列车的互联互通,但因采用准移动闭塞制式导致行车间隔大、折返时间长的特性;后者以移动闭塞为主,行车间隔可低于2 min,但因为技术条件限制,无法实现与国铁互联互通。现有的列车控制系统制式均无法满足,上海市域铁路存在互通国铁和公交化高密度运营的双重需求,因此提出一种适用于上海市域铁路运营需求的列车控制系统方案。
    研究结论: (1)上海市域铁路STCS列控系统采用C2+ATO列控系统基础上叠加CBTC系统总体架构;(2)系统方案设备组成是在国铁传统CTCS-2设备的基础上增加了移动闭塞相关设备,可实现CTCS线路和CBTC线路互联互通跨线运行;(3)市域铁路实现C2+ATO列车与CBTC列车混合运行,列车运行追踪满足20对/h运营能力;(4)本研究结论可为今后上海市域铁路信号系统设计、设备研发提供借鉴及参考。
  • 长大干线:电气化工程
  • 张家玮, 杨佳, 苏凯新, 陈俊卿, 鲁小兵, 关金发
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 73-79.
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    研究目的: 本文聚焦接触网吊弦的间距及其分布,研究其对400 km/h接触网动态性能的提升效果,为400 km/h高速接触网吊弦的非均布设计提供指导。首先,采用线路实测的定位点抬升位移曲线验证弓网耦合动力学仿真模型建模方法的合理性,分别建立3种不同跨距(45 m、50 m和55 m)的弓网耦合动力学仿真模型。然后,以吊弦距定位点的距离即吊弦的非均布方案为输入变量设计实验,再进行弓网耦合动力学仿真,提取接触力标准差作为输出变量。采用BP神经网络建立输入-吊弦布置方案和输出-接触力标准差之间的关系模型,当模型的拟合优度和预测精度满足要求时,再采用遗传算法搜寻该神经网络模型中使输出接触力标准差最小时的输入变量,即最优的吊弦非均布设计方案。
    研究结论: (1)BP神经网络和遗传算法相结合可以有效地进行吊弦的非均布设计;(2)提出了跨距为45 m、50 m和55 m的接触网中吊弦的最优非均布设计方案;(3)吊弦非均布对400 km/h接触网动态性能有较大的提升效果,接触力标准差分别降低了34.8%、39.3%和18.0%;(4)本研究成果可为400 km/h高速铁路接触网的参数设计提供指导。
  • 城市轨道工程
  • 沈宇鹏, 张旺, 蔡志勇, 吕金彪, 刘腾, 李星晨
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 80-85.
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    研究目的: 城市轨道交通迅猛发展,地下空间开发出现了许多侧邻既有车站施工工程,使隧道开挖面临复杂施工条件,并且隧道开挖施工引起的地层塌陷时有发生,因此应弄清侧邻既有车站隧道开挖失稳破坏特征。基于北京地铁3号线新建联络线隧道紧邻14号线朝阳公园站工程,通过模型试验和数值模拟方法,研究开挖面失稳破坏形式、地层变形和地表沉降槽特征。
    研究结论: (1)侧穿既有框架结构时,开挖面失稳发展和破坏形态表现出三个阶段:初始期、发展期和稳定期;(2)侧邻既有车站会对失稳破坏区的发生和发展产生“拦挡”作用,减缓失稳破坏区的产生和发展,但“拦挡”作用的影响有限;(3)侧邻既有车站时,埋深越大,横向沉降槽的不对称性越显著,最大沉降值发生位置越远离开挖面和既有车站一侧;(4)松动破坏区水平方向发展宽度随埋深增加而增大,失稳区滑移线倾斜角由单调圆弧形向存在变坡点的圆弧形发展;(5)本研究成果可为同等条件下侧邻既有结构暗挖隧道开挖面稳定性研究提供借鉴和参考。
  • 彭华, 彭栩, 李子晨, 肖骁骐, 刘小雷, 倪安辰, 姜华龙
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 86-92.
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    研究目的: 针对在城市敏感区近距离穿越城市主干道下既有大断面隧道工程中变形控制难的问题,本文以北京地铁19号线下穿城市主干道下既有1号线隧道为背景,具有近距离穿越、隧道二衬混凝土无配筋,建设年代久远,裂缝病害、地层上硬下软等不利因素,项目穿越采取了洞外小导洞注浆、洞内芳纶布与钢板加固相结合的措施进行控制,同时工程通过分析计算与试验段确定最佳的盾构参数进行穿越,施工前对各项穿越措施进行了数值分析,对穿越方案与参数的确定起到指导作用,施工后根据监测结果对比分析,并验证了控制措施的可行性与数值计算的准确性。
    研究结论: (1)采用洞外小导洞开挖注浆加固措施能够减小沉降,满足变形控制要求;(2)洞内钢板+芳纶布的结构加固措施能够有效增加既有地铁隧道的刚度,减小结构应力;(3)土仓压力、同步注浆压力最优取值范围为0.08~0.10 MPa和0.20~0.24 MPa;(4)数值模拟与现场监测结果对比偏差率不大于15.0%,能够有效预测盾构施工对既有结构的变形影响;(5)本文研究可为类似穿越工程控制措施的设计施工提供技术支撑。
  • 刘维庆, 王晨洞, 李怡凡, 杨佳豪
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 93-99.
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    研究目的: 地铁车站突发火灾应急联动影响因素具有较强的复杂性、耦合性和不确定性,各应急部门难以采取精确、高效的应急联动处置。为分析应急联动的影响因素及其因果关系,本文基于等级全息模型建立地铁车站突发火灾应急联动影响因素指标体系,借助贝叶斯网络模型分析各个指标的因果关系,并进行不同火灾发展阶段的节点因果推理。
    研究结论: (1)从可控及不可控两个层面,结合不同火灾发展阶段从火情控制能力、环境影响、二次事故及应急救援四方面构建了应急联动影响因素指标体系,包括二级指标13个,三级指标30个;(2)结合贝叶斯网络建立应急联动影响因素网络模型,全面准确地描述各影响因素间因果关系及状态概率;(3)以不同火灾发展阶段特征为依据进行节点状态设定,推理得出人员密度是影响应急联动的关键因素,应急救援是火灾应急联动的根本决定因素;(4)本研究成果可为地铁车站突发火灾应急联动决策提供理论参考。
  • 节能环保
  • 赵莉琴, 袁锐嘉, 高敏, 王悦, 郭平
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 100-104.
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    研究目的: 低碳经济是当前及未来经济社会发展的重要任务之一,目前学界针对高速铁路从能源消耗和货物“公转铁”有效降低碳排放相关研究比较多,但是对于高速铁路开通对经济、社会影响间接对降碳作用尚未进行充分研究。本文选取京广高速铁路沿线75个城市2005—2015年的面板数据,采用PSM-DID模型研究高速铁路是否存在降低碳排放强度的作用,并探究其发生作用的机理。
    研究结论: (1)研究发现高速铁路开通降低碳排放强度的作用存在区域异质性,在中小城市显著,而在特大及大城市不显著;(2)探究发现沿线城市环境规章制度、城市规模、基础设施建设水平是高铁降低沿线城市碳排放的主要影响因素;(3)本研究成果可为我国未来高速铁路规划与设计中线路、站点位置选择如何有效降低碳排放提供思路。
  • 工程经济与管理
  • 韦小泉
    铁道工程学报. 2023, 40(7): 105-110.
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    研究目的: 项目经济效益分析贯穿城市轨道交通PPP项目准备、采购、执行全过程阶段,是政府决策、社会资本投资的重要依据。本文以我国首条采用PPP模式并成功落地的市域铁路项目——台州市域铁路S1线一期PPP项目为例,分析项目经济效益全过程,以期为城市轨道交通领域PPP项目提供借鉴。
    研究结论: 为做好城市轨道交通PPP项目经济效益分析工作,建议:(1)对PPP项目运营收入与成本进行充分调研分析,确保PPP项目整体经济分析的合理性、准确性;(2)科学合理选择项目补贴模式;(3)结合项目性质并且充分考虑市场需求设置项目收益率、客流量风险分担机制;(4)探索多渠道获利模式,减少政府方补贴,提高社会资本收益;(5)本研究成果可为轨道交通领域项目经济效益分析提供借鉴。