铁道工程学报

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郑洪, 谢浩, 姚洪锡, 彭利辉, 钟晶

铁道工程学报. 2023, 40(8): 1-11.

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研究目的: 陆路交通基础设施勘察设计智能化是引领交通基础设施建造新一轮技术革命与产业变革的核心动力。为加快陆路交通基础设施勘察设计数智化建设,实现数字化和智能化技术与勘察设计技术深度融合,本文以“测绘—勘察—选线—设计—平台”为主线,通过大量的文献调研,综述国内外陆路交通基础设施领域智能化发展现状和最新研究成果,分析陆路交通基础设施勘察设计智能化发展趋势。
研究结论: (1)我国陆路交通基础设施智能化勘察设计发展主要面临北斗应用尚处于起步阶段、空天地一体化勘察数据解译效率低、选线评价指标相对单一、设计协同集成弱、设计基础平台存在 “卡脖子”风险等问题;(2)未来应聚焦“交通强国”和“数字中国”国家重大战略,重点突破北斗定位与空天地集成高精度智能测绘、空天地一体化高精度智能综合勘察、多维环境因素多目标智能选线、关键结构数字化建模与集成设计等关键技术,建立基于标准数据的智能勘察设计平台;(3)本研究提出了陆路交通基础设施勘察设计向数字化智能化发展的趋势。

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隧道深孔勘察资料综合分析与围岩分级应用

张广泽, 沈维, 徐学渊, 陈伟, 柴春阳, 袁传保, 刘芝勇, 王振友, 曾德建

铁道工程学报. 2023, 40(8): 12-17.

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研究目的: 西南艰险山区复杂地质的深埋长大隧道普遍存在受构造挤压强烈、结构面发育、岩体破碎、围岩变化频繁、变更率高的问题。本文通过建立钻孔实际围岩分级与预测围岩分级的电磁测深物探参数分级的关系,指导隧道洞身围岩预测的方法研究,并提出相应勘察工作方法建议,为提高艰险山区复杂地质铁路隧道围岩分级提供借鉴。
研究结论: (1)分析深孔岩芯围岩分级与物探参数对应关系,指导隧道围岩分级方法,可提高整体围岩分级优劣及其比例预测的准确性;(2)通过针对性加密深孔等勘察工作、控制深孔质量、加强深孔与地面物探资料的综合分析,更利于准确查明隧道的地层岩性结构特征及岩体的完整性,可进一步提高围岩分级精度;(3)本文所述围岩分级方法及勘察工作方法适用于西南山区复杂地质长大隧道。

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高温和冻融后玄武岩纤维筋力学性能研究

林明安, 林加剑

铁道工程学报. 2023, 40(8): 18-22.

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研究目的: 为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在高温和冻融作用后的力学性能变化规律,采用万能试验机对BFRP筋进行常温下拉伸试验,并对经过高温作用和冻融循环处理后的筋材拉伸性能进行测试。在试验结果基础上,探讨高温、冻融循环等环境条件对BFRP筋强度、刚度的影响及其力学性能退化情况,为拓展BFRP筋的工程应用提供试验数据和支撑。
研究结论: (1)BFRP筋破坏形式为脆性破坏,极限抗拉强度大于1 100 MPa,弹性模量大于51 GPa;(2)BFRP筋抗拉强度随温度升高而降低,当温度达到300 ℃时,试件抗拉强度降幅高达32.5%,但剩余强度仍为783 MPa;(3)BFRP筋抗拉强度随冻融循环(-50 ℃~7 ℃)次数增加有所下降,循环冻融100次后,降低幅度为9.8%,残余抗拉强度为1 045.6 MPa;(4)在耐高温和冻融试验中,BFRP筋材的弹性模量变化不大,极限拉应变随温度升高、冻融循环次数增加而不断降低,与强度退化趋势基本相同;(5)本研究成果可为BFRP筋在高温和寒区环境冻融作用下的应用提供参考和借鉴。

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高分辨航天卫星影像大场景制作方法研究

武瑞宏, 张卫龙, 石硕, 邓川, 方诗明, 刘亚林

铁道工程学报. 2023, 40(8): 23-28.

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研究目的: 高精度实景地理要素信息高效获取技术是建设实景中国的重要基础手段之一,传统的实景三维获取技术存在精度与效率不能同时兼顾的问题,出现纹理、几何信息的扭曲与变形现象,无法高效精准感知地理三维数据。本文针对以上问题,同时面向解决传统立体范围局限性的弊端,研究实现一种基于高分辨率卫星影像的立体场景生成技术,以实现在保留真实纹理信息的基础上,提供高精度的测量手段与无缝实景感知效果,旨在为极复杂艰险山区重大工程建设的高效三维信息获取提供技术支撑。
研究结论: (1)高效构建了无缝的实景三维立体感知模型,解决了几何与辐射扭曲、场景不连续等问题;(2)满足相应比例尺地形勘察需求,为智能化、绿色化勘察领域提供一种浸入式实景立体感知手段;(3)采用高分辨航天卫星影像大场景制作技术,可极大地提高内业勘察实景感知能力,降低外业勘察工作量,保障工程进度,该技术已广泛应用于铁路勘察领域。

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川西复杂隧道特殊瓦斯灾害成因及特征研究

袁传保, 张广泽, 宋章

铁道工程学报. 2023, 40(8): 29-34.

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研究目的: 瓦斯是严重的隧道施工灾害,尤其在非常规煤系地层区修建隧道时,对瓦斯往往没有充分的认识和准备,瓦斯灾害危害性更大。在建成兰铁路位于川西复杂地质区域,构造运动强烈、地层岩性纷杂,多个不同构造单元的隧道在元古代-中生代地层出现非常规瓦斯气体涌出事件,瓦斯成因复杂特殊,机理多样,涌出时效特征不一。
研究结论: (1)瓦斯涌出地层可归纳为非煤地层、类煤地层;(2)涌出机理可归纳为发震断裂平面补给型、地震诱发深部型、古地层构造变质型;(3)地震构造型瓦斯多为外生游离型,分布集中,压力低,流量小,涌出曲线呈无序波状,具时间衰减性及空间变异性;构造变质型瓦斯多为自生吸附型,分布同地层,压力较高,流量大,涌出曲线呈阶坡状,具有稳定性和局部喷涌特点;(4)本研究结论可为类似瓦斯隧道工程的瓦斯灾害研究提供借鉴。

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岩溶地基高速铁路路基关键技术分析

姚裕春, 李安洪, 周波, 肖朝乾, 褚宇光

铁道工程学报. 2023, 40(8): 35-39.

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研究目的: 岩溶地基在我国广泛分布,高速铁路对路基的稳定性和变形要求严格,在岩溶地基上修建高速铁路路基工程必须同时解决地基塌陷和沉降变形控制两个关键技术难题,这需要对岩溶地基进行高精度勘探、提出针对性加固措施、形成有效的加固施工与质量检验方法。
研究结论: (1)复杂岩溶区面临岩溶发育的隐蔽性、不均匀性、多样性等问题,常规勘察技术应结合高分遥感、北斗卫星、无人机等新型勘探技术,以提高岩溶地基勘察效率和精度;(2)高速铁路岩溶地基结合地层类型和岩溶评价分区,可采用注浆、复合地基、钢筋混凝土桩基结构及其组合措施进行加固,钢筋混凝土桩基结构设计应考虑岩溶空洞存在的位置及形状尺寸变化和岩溶破碎带的溶蚀变化过程,CFG桩复合地基桩结构需考虑岩溶基岩面的笋尖状影响;(3)岩溶注浆宜采用"探灌结合、分序实施"的动态施工工艺,注浆加固施工质量可在相同剖面位置采用电测深、瑞雷波法及电磁波CT检测进行注浆前后对比分析,并通过压水试验进行判断;(4)本文研究可为岩溶地区高速铁路建设提供有益参考。

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基于多导线的路基BIM模型联动更新方法

张协崇

铁道工程学报. 2023, 40(8): 40-43.

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研究目的: 针对路基工程与地形地质强相关,构件多样化、离散化且空间关系复杂等特点,导致路基模型联动更新难,复杂工点BIM设计效率低、精度欠佳等难题,因此本文旨在研究一种适用于路基模型联动更新的方法。
研究结论: (1)建立了路基BIM设计软件技术框架,提出了“基于多导线的路基BIM模型联动更新方法”,通过三维空间中多根有序的导线建立路基线构件间的联动更新机制;(2)基于MicroStation平台二次开发验证,该方法契合路基工程特点,实现了路基模型自动化的联动更新,极大提高了复杂工点BIM设计效率和精度;(3)本研究成果在长赣铁路项目中进行了验证与应用,满足BIM正向设计要求,可在铁路路基BIM设计中进行推广应用。

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高速磁浮铁路试验线建设方案研究

牟瀚林, 张一敏, 徐绪宝, 禹壮壮

铁道工程学报. 2023, 40(8): 44-49.

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研究目的: 从国内外高速磁浮试验、建设情况分析,高速磁浮的发展是一个渐进的过程。当前,我国高速磁浮发展处于关键期,亟需建设高速磁浮试验线对其关键技术进行验证。本文以能够开展达速试验条件的高速磁浮试验线为研究对象,就不同高速磁浮制式的工程试验兼容性,试验线建设标准、建设长度、选址等开展研究,提出高速磁浮铁路试验线建设方案。
研究结论: (1)新建一条高速磁浮试验线,分别对三种制式进行试验可行,但需要对桥梁、隧道、低置结构等线下工程进行包络设计;(2)三种制式不能同时进行试验,每当试验完一种制式后,需对轨道梁、长定子等工程进行拆除,并按下一种制式进行重建,该方案代价较大,试验也难以达到预期效果,建议每一种制式单独建设试验线进行验证;(3)新建高速磁浮试验线,最高试验速度为660 km/h,试验线长度约34.5 km;可在综合立体交通网内进行试验线选址,试验结束后可作为营业线继续使用;(4)本研究结论可为高速磁浮铁路试验线规划、建设提供参考和借鉴。

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铁路既有线一体化重构平纵协同处理技术研究

徐杰

铁道工程学报. 2023, 40(8): 50-55.

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研究目的: 通过分析大量现有铁路既有线重构的文献、专利,目前既有铁路线位重构中均以实测点的丈量里程参与重构计算,存在平面与纵断面设计里程不匹配、缺乏基于平纵协调的一体化重构协同处理方法等问题。为解决以上问题,本文提出一种合理可行的平纵断面协同处理技术方法。
研究结论: (1)输入数据文件测点说明采用基于平纵一体的融合型测点特征编码方法;(2)平面直线、曲线重构基于限界约束,采用局部纵断面同坡性检查方法,满足平面重构与纵断面协调;(3)撇弃丈量里程,改化外业水平单,实现平面、纵断面设计里程匹配对应一致的目标;(4)纵断面重构采用平面重构曲线五大桩位置实时实施平纵协调检查,实现一次性完成限界及各种设计阈值符合要求的既有线重构线位;(5)本文技术方法形成铁路既有线重构平纵协同处理系统,工程验证表明技术方法完善、数学模型正确,可在工程实践中应用。

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小型化磁浮轨道结构设计与分析

蔡文锋, 张威风, 钟虞全

铁道工程学报. 2023, 40(8): 56-61.

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研究目的: 小型化磁浮应用场景与定位和常规中低速磁浮不同,现有的轨道方案难以满足线路要求,并且成本不易控制,为适应磁浮巴士试验线线路短、曲线半径小、运量及速度要求不高等特点,开展小型化磁浮轨道结构设计,并通过建立有限元模型,研究导轨周围的磁场分布、悬浮力及导向力变化特性,分析和验证轨道结构在多种荷载工况下的可靠性。
研究结论: (1)新型轨道整体结构简单,施工安装方便,曲线适应性好,造价低,适用于小批量生产;(2)悬浮力与悬浮间隙及横向偏移呈负相关关系,8 mm额定悬浮间隙下,轨道提供的悬浮力能够满足车辆载重的需求;(3)导向力与横向偏移呈正相关关系,横向偏移超过±3 mm后,导向力增速逐渐变缓;(4)在不同荷载工况下,轨道各结构的应力均满足材料强度要求,导轨内外磁极面高度差始终低于0.5 mm;(5)相关研究成果可为小型化磁浮轨道结构设计提供参考和借鉴。

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基于轨道几何状态控制的道岔坡度限值研究

杨文茂, 余浩伟, 林红松, 蔡文锋

铁道工程学报. 2023, 40(8): 62-66.

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研究目的: 随着我国山地轨道交通的不断发展,对大坡道上铺设道岔提出了迫切需求。目前,我国尚缺乏在大坡道上铺设道岔的成熟经验,对各种道岔所能适应的坡度限值亦缺乏深入研究。本文从轨道几何状态控制的角度,经推导得出大坡道上道岔侧股水平偏差和导曲线反超高的计算公式,在此基础上提出不同型号道岔所对应的坡度限值,用于指导国内山区铁路及齿轨铁路的工程设计实践。
研究结论: (1)道岔侧股水平偏差及导曲线反超高等于轨距、辙叉角正弦值、坡度角正弦值三者的乘积;(2)从轨道几何状态控制的角度,建议铁路9号、12号、18号道岔坡度限值分别取13‰、16‰、24‰,建议齿轨铁路7号道岔坡度限值取14‰;(3)本研究成果对山区铁路和齿轨铁路设计以及相关标准编制具有指导意义。

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西堠门公铁大桥金塘岛侧锚碇方案研究

严爱国, 王鹏宇, 刘振标, 王志平

铁道工程学报. 2023, 40(8): 67-71.

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研究目的: 西堠门公铁大桥主桥采用主跨1 488 m斜拉-悬索协作体系桥方案。金塘岛侧锚碇位于低山丘陵区,基础持力层为弱透水性、承载力高的微风化英安岩。通过对锚碇方案、后锚室断面形式、施工通道形式等进行方案比选研究,选择经济合理的适用于硬质岩的锚碇结构形式,供今后类似工程参考。
研究结论: (1)对重力式锚碇、隧道式锚碇、岩锚锚碇进行了比选,岩锚锚碇在结构受力特性、经济性、对环境影响等方面均优于其他锚碇形式,推荐采用岩锚锚碇;(2)对倾斜式、竖直式两种后锚室断面形式进行了比选,竖直式后锚室施工简便且质量容易保证,推荐采用竖直式后锚室;(3)对竖井、斜井两种施工通道形式进行了比选,斜井在施工期间无需升降设备,施工简便,推荐采用斜井形式;(4)本研究成果可为悬索桥岩锚锚碇设计提供参考或借鉴。

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活动断裂区域隧道工程震后修复关键技术研究

戴志仁, 王泽宇, 王俊, 胡瑞青

铁道工程学报. 2023, 40(8): 72-79.

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研究目的: 针对近年来强震对地下工程造成的安全影响,通过实际案例剖析,明确震害类型并提出震后隧道结构安全评估方法,明确地震引起的结构破坏范围及其程度,提出围岩劣化条件下衬砌结构抗震验算思路,提出灾后隧道修复或结构补强方法,进一步从衬砌结构设计方面,提出增强隧道韧性适应大变形地层位错能力的措施。
研究结论: (1)提出了活动断裂区域隧道震害三种形式,建立了隧道震害评估方法,明确结构型震害与变形型震害的分级原则;(2)基于地震引起围岩劣化与地震烈度提高,提出隧道抗震验算分析方法,明确具体抗震薄弱区域;(3)明确震后隧道整体修复方案,包含洞身临时加固方案与衬砌结构永久补强方案;(4)基于常用隧道抗错断措施存在的缺陷,从衬砌类型选择、仰拱结构与新型节段式衬砌等方面,提出更为有效的应对地层大变形需求的抗错断措施;(5)本研究成果可为震后地下工程的评估与修复提供参考。

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复杂地质条件下敞开式TBM若干设计问题的探讨

刘国庆

铁道工程学报. 2023, 40(8): 80-85.

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研究目的: 针对敞开式TBM隧道在高原复杂地质环境下进行修建时,支护体系、同步掘进、物料运输等容易受到地质环境影响,影响TBM正常施工的问题,开展系统研究和分析,结果可为同类工程提供参考或借鉴。
研究结论: (1)基于TBM的施工特点,提出了局部钢架、槽钢及锚杆,并配合进行空腔回填的支护分级措施,可以满足复杂地质环境破碎围岩下的TBM快速施工要求;(2)针对TBM掘进段出现二次衬砌断面内净空大小不一的情况,提出了采用混凝土填充初支和二衬间空腔的措施,以及应用变径台车施作不同断面尺寸的二次衬砌,满足衬砌与TBM掘进同步施工,适应多类型衬砌断面;(3)分析比较了两种TBM有轨运输方案,相较于四轨三线式,矮边墙式模板台车有单独的轨道,利于材料运输,方便管理,提高了施工效率,优点显著,更适用于高原TBM隧道建设;(4)本文提出的破碎围岩分级支护体系、同步掘进及有轨运输技术可为类似的TBM隧道工程提供理论和技术指导。

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欧洲跨境接触网对不同受电弓的适应性研究

李洪生

铁道工程学报. 2023, 40(8): 86-91.

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研究目的: 基于欧洲各国铁路的受电弓弓头长度不完全一致,跨边境铁路有时需要设置受电弓转换区,当转换区运行两种不同的受电弓时,接触网需要兼容设计,不但要考虑受电弓自由通行的动态轮廓,还需要考虑接触线最大允许横向风偏。本文研究以匈塞铁路设置转换区为基础,通过分析两种受电弓的横向偏移和动态轮廓,研究转换区内接触网对弓头长度1 600 mm和1 950 mm受电弓的兼容设计。
研究结论: (1)采用插值法确定两种受电弓运行的动态轮廓,在转换区内,为了确定接触线最大允许风偏和最大跨距,受电弓最大允许横向偏移按照弓头长度最短的受电弓计算,为了使接触网悬挂设备和受电弓动态轮廓相适应,受电弓限界按照弓头长度最长的受电弓计算;(2)本研究成果对跨境铁路的设计和施工具有指导意义,有利于国内外接触网设计标准的进一步融合,有利于中国标准接触网体系的进一步完善。

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复合材料腕臂定位装置结构仿真和试验研究

何常红, 陈伟

铁道工程学报. 2023, 40(8): 92-96.

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研究目的: 目前国内电气化铁路的运营里程已超过15万公里,接触网作为电气化铁路中列车的动力之源,其运营维护工作非常繁重,其中腕臂定位装置更是接触网维护的核心重点,因此减少接触网腕臂定位装置的零部件数量和紧固件数量,同时提高装备可靠性,降低运营维护工作量成为了未来接触网的重要发展方向。
研究结论: (1)本文提出了一体成型复合材料腕臂及定位装置和配套新型承力索座的设计方案,相对于既有金属腕臂及定位装置,一体成型复合材料腕臂及定位装置在零部件数量、紧固件数量、技术性能等方面均更具优势,可大幅度减少运营维护工作量;(2)通过仿真计算发现,复合材料腕臂定位装置和新型承力索座的结构最大应力、最大位移与绝缘性能均满足实际工况需要,且有相当大的余量;通过试验测试发现,复合材料腕臂定位装置和新型承力索座的机械性能、电气性能和耐老化性能均满足标准规范要求;(3)本研究成果可应用于电气化铁路接触网专业相关领域。

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城市轨道交通设计评价指标体系研究

陈剑

铁道工程学报. 2023, 40(8): 97-102.

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研究目的: 长期以来,国家规范、标准等作为设计需遵循的准则,全面统一地指导了地铁工程设计,但考虑全国各地经济发展和文化方面的差异,对城轨设计的标准和内容也呈现了差异化需求,为了满足对轨道交通设计差异化评价的需求,提高轨道交通设计的整体水平,建立一套科学的、客观的设计评价指标体系以用于指导设计向更优质、高标准的方向发展显得更为迫切。
研究结论: 本文首先系统地介绍了指标体系的建立原则;然后,基于对国家规范指标和各地轨道交通采用指标的现状分析,并结合工程设计评价实际需求,选取13项二级评价指标进行详细评价要点分析,从而建立了轨道交通设计三级指标评价体系,编制了指标体系图,并制定了综合评分表;最后,通过对工程项目进行测试,验证了指标体系的适用性和科学性。

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动态照明标识对地铁乘客视觉感知度影响研究

那艳玲, 李伟, 尹昀朗, 江崇旭

铁道工程学报. 2023, 40(8): 103-108.

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研究目的: 疏散照明是地铁安全照明的重要组成部分,对地铁的运营安全具有重要影响,作为地铁疏散措施中的重要环节,疏散照明对提高疏散效率、保证疏散安全具有重要影响。本文以乘客视觉感知度为主要评价指标,利用眼动实验方法对传统静态照明标识与动态照明标识对乘客视觉感知度的影响进行研究。
研究结论: (1)乘客对动态照明标识的视觉感知度远高于传统静态照明标识;(2)不同变化形式、不同变化周期的动态照明对视觉感知度提升幅度不同,点追逐式动态照明对乘客视觉感知度的提升最大,且变化周期为3 s的点追逐式动态照明的视觉感知度最高;(3)本研究结论可为地铁安全照明设计提供参考。

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2023年, 第40卷, 第8期　
刊出日期：2023-08-15

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