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2024年, 第41卷, 第9期 
刊出日期:2024-09-15
  

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    长大干线:工程地质与路基
  • 赵文辉, 张珂, 马学宁, 吴小敏, 张元帅
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 1-6.
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    研究目的: 既有线路基设置支挡结构时,确定既有与新建结构组合支挡结构形式,保证各结构的受力和变形是工程核心。以实际工程为背景,开展不同施工阶段现场试验,研究组合结构受力和变形规律,分析协同受力模式。研究结论: (1)各施工阶段,桩板墙背侧土压力随距桩顶距离呈增加趋势;临近悬臂式挡土墙侧土压力先增加后减小再增加;桩后位置土压力先减小后增加;(2)随路基填筑高度的增加,桩身弯矩均呈距新建桩顶距离先增加而后减小的现象;桩身位移随距新建桩顶距离呈减小趋势;(3)基于实测数据,提出了组合结构简化受力模式;(4)本研究可为该组合结构应用于铁路路基帮宽工程提供技术支撑。
  • 张思峰, 孙亚峰, 刘乾, 范伟, 龙关旭
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 7-8.
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    研究目的: 桩土应力比是反映双向增强复合地基工作特性的重要指标。由于路堤荷载下双向增强复合地基承载变形机理复杂,本文以双桩范围内的路堤与双向复合地基为研究对象,考虑路堤土拱效应、加筋层网兜效应、应力扩散效应等多重效应的共同作用,建立路堤-水平加筋垫层-竖向桩体-桩间土协调变形的二维理论分析模型,探究各影响因素对桩土应力比的影响规律。研究结论: (1)桩土应力比随填土重度、桩间距的增加而减小,随填料内摩擦角的增大呈先增加后减小趋势,随路堤填筑高度、格栅层数、填料黏聚力的增加而增大;(2)桩土应力比对各参数的敏感性由高到低排序为:桩间距、路堤填筑高度、路堤填土重度、路堤填料黏聚力、格栅层数及路堤填料内摩擦角;(3)本研究成果可为类似工程的桩土应力比计算提供理论依据及工程借鉴。
  • 常建梅, 邓晓琳, 赵辉, 冯怀平
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 15-21.
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    研究目的: 智能压实作为新兴技术已开始应用于路基工程中,并为施工建设带来了巨大便利。但研究和实践表明,未考虑土体含水率的制约因素已成为影响智能压实测试结果精度的主要原因之一。利用电阻率测试方法实现土体含水率的实时检测,本文模拟在振动压路机振动轮上安装测试电极,建立路基土体的流-固-电耦合分析模型,对不同含水率、激振力条件下的路基变形及电场分布规律开展研究。研究结论: (1)推导得出了路基智能压实过程中,土体应力场、水分场、电场多场耦合方程,利用COMSOL软件建立了数值分析模型,为路基智能压实分析研究提供了一种有效方法;(2)路基的压实变形受土体含水率影响明显,随含水率增加,路基沉降量增加,较大激振力可增加路基的压缩变形量;(3)当增加激振力大小,土体最终含水率数值减小,低于最佳含水率的土体受激振力影响最小,高于最佳含水率的土体受激振力影响最大;(4)路基电阻率随含水率增加而减小,相同土体含水率情况下,较大激振力下的土体电阻率及影响范围小于较小激振力情况;最佳含水率时,激振力大小对电阻率的影响最小;(5)本研究结论可为路基智能压实的发展和推广提供理论和技术支持。
  • 涂义亮, 李军, 方忠, 周成涛, 张立舟
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 22-29.
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    研究目的: 土石混合料具有非均质、非均匀、非连续、显著的结构效应等特点,其物理力学性质十分复杂。为探究含石量对土石混合料剪切力学特性的影响,本文基于真实块石形状,提出了块石逆向重构的数字图像法,建立了土石混合料离散元数值模型,并在此基础上开展了6种含石量试样在4种不同法向应力下的三维离散元直剪试验。研究结论: (1)剪应力-剪切位移曲线主要经历弹性阶段、初始屈服阶段、峰值强度阶段、残余强度阶段四个阶段;(2)在剪切过程中,块石转动存在明显的“齿轮带动效应”,土颗粒运动具有明显的“绕石”现象,颗粒的运动呈明显的漩涡状;(3)力链主要沿着剪切力和法向力的夹角方向分布,随着含石量的增大,力链偏向水平剪切方向的角度越大;(4)剪切面演化主要经历微裂隙阶段、剪切面贯通阶段、剪切带扩宽阶段,剪切带宽度随含石量增加而增加,且逐渐向逆时针方向偏转;(5)土石混合料抗剪强度随含石量的增大而增大,通过拟合发现,黏聚力和内摩擦角均与含石量呈指数函数关系;(6)本研究成果可为土石混合料相关工程设计和施工中的力学参数取值提供参考。
  • 长大干线:桥梁工程
  • 程海根, 沈强, 郑尚敏, 管冲
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 30-35.
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    研究目的: 近年来交通量的增加,由车辆碰撞或易燃物品运输车辆引起的桥梁火灾时有发生,不容忽视。为了解火灾下波形钢腹板-钢底板组合箱梁的火灾响应,采用ANSYS建立三维热-力耦合分析模型,分析火灾下组合箱梁温度场分布状态与抗弯承载力衰变规律,研究不同受火场景对组合箱梁耐火极限的影响,提出抗火设计方法。研究结论: (1)火灾下组合箱梁截面抗弯承载力呈三阶段发展;不同受火范围下跨中挠度随受火时间延长均呈两阶段发展;随着受火长度的增加,组合箱梁挠度增长幅度越大,受火初期受热弯曲效应作用越显著;(2)与抗力准则相比,采用挠度破坏准则判定组合箱梁的耐火极限较安全;(3)在组合箱梁底板增设不同类型的加劲肋形式,均可提高组合箱梁的耐火极限,当加劲肋材料用量相同时,与增设通长加劲肋相比,增设底板局部加劲肋对组合箱梁的耐火极限改善效果更好;(4)本研究成果可为波形钢腹板-钢底板组合箱梁的耐火极限理论分析与抗火设计提供参考。
  • 兰树伟, 周东华, 陈旭, 王道航
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 36-41.
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    研究目的: 高墩刚构桥柱式高墩间常常设置系梁,目前计算高墩刚构桥整体稳定主要有计算长度系数法和有限元法,计算长度系数法须逐根桥墩计算且无法考虑不同系梁间桥墩段的影响,有限元法由于计算理论和方法都隐含在软件中,如何对计算结果的准确性和可靠性进行验证又是必须解决的难题。为此,本文基于摇摆柱受力特点通过结构转换的概念将确定柱式高墩刚构桥整体稳定的二阶计算转化为确定其整体抗侧刚度的一阶问题。研究结论: (1)本文提供了一种通过结构抗侧刚度求解高墩刚构桥整体稳定临界力的计算方法;(2)本文给出了柱式高墩刚构桥整体稳定临界力的计算公式,该式能考虑柱墩之间系梁的影响,弥补了规范计算长度系数法的不足,具有很好的精度及准确性,可为校核有限元整体稳定计算结果的可靠性提供一种解析验证手段; (3)本文研究成果可供桥梁工程设计和理论计算使用。
  • 陈树礼, 张建功, 田波, 谢铠泽
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 42-48.
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    研究目的: 小跨度梁是重载铁路运输中的重要组成部分和薄弱环节,其服役性能易受列车轴重的影响,难以满足重载铁路扩能的需求。本文以重载铁路常见12.0 m跨度梁为例,提出一种增设竖向支撑改变结构体系的小跨度梁简易加固方法,并结合数值模拟和实桥试验测试,开展加固参数影响分析和小跨度梁加固前后静动力适应性研究,确定合理加固参数。研究结论: (1)增设支撑加固法基本原理是在小跨度梁原支座两侧增设竖向支撑,通过减小桥梁跨度和改变桥梁体系结构来降低梁体内应力,进而提高桥梁承载能力和使用条件;(2)增设竖向支撑刚度合理取值为原支座刚度的50%,加固距离则以安装在墩帽边缘处为宜,增设支撑纵向宽度需与原支座一致;(3)采用增设支撑加固后,桥梁结构跨中挠度、横向振动加速度和竖向振幅以及支座竖向位移等静动力性能指标改善显著,降幅均达到20%以上,桥梁横向振幅、竖向加速度改善程度略小;(4)本文提出的加固方法可为既有铁路桥梁强化改造及养护维修提供参考和借鉴。
  • 李浩, 刘龙华, 罗锦鸿, 鞠晨星, 张文学
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 49-54.
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    研究目的: 顶推施工过程中,因新建线路小角度斜交既有线路,造成了跨越既有线路段临时支墩难以布置、主梁悬挑跨径大的问题,增加了施工难度,同时给施工的安全性提出了挑战。为解决该问题,本文依托于广汕高铁跨深汕西高速大桥的工程,通过Midas有限元模拟分析以及对实桥应力和位移的监测,研究了高铁钢箱梁跨中单临时支墩顶推施工关键技术。研究结论: (1)跨中无临时支墩顶推方案不满足施工要求;(2)跨中单临时支墩顶推方案顶推施工过程中主梁的应力、位移都处于安全状态,满足施工要求;(3)成桥后的线形、应力状态满足设计预期要求;(4)在路内不允许设置临时支墩的小角度斜交顶推施工中,跨中单临时支墩顶推方案可作为备选方案,本文涉及的施工及监测方法可为类似工程提供一定借鉴作用。
  • 长大干线:隧道工程
  • 袁铁
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 55-59.
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    研究目的: 蒙华铁路宜川县境内隧道地层多为水平砂泥岩互层地层,区域水平地应力高,在地应力和水平岩层共同作用下,隧道初期支护发生大面积起皮、开裂、掉块、钢架扭曲,对施工带来较大安全隐患,针对高地应力水平岩层采取什么类型的措施是亟须研究解决的问题。本次共研究了常规支护、加强型支护、加筋底板+长锚杆、限阻耗能型支护四种支护类型,结合3DEC离散元软件以及现场实际变形应力量测数据对四种支护类型效果进行对比分析,从而得出高地应力水平岩层应对工程措施。研究结论: (1)高地应力水平岩层开裂主要表现为拱顶喷混凝土剥皮、掉块、钢架扭曲;(2)单一加强支护参数方案、加筋底板+长锚杆支护方案对控制变形收敛具有效果,但拱部仍然存在开裂掉块现象,不能完全解决施工安全风险;(3)限阻耗能型支护可达到释放围岩压力的效果,限阻结构变形后初期支护未出现开裂现象;(4)在高地应力水平岩层中采用限阻耗能型支护在经济性、安全性上成效显著,推广应用效果良好。
  • 张志强, 张康健, 陈豪
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 60-66.
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    研究目的: 盾构隧道近接既有结构穿越工程中逐渐引进克泥效工法进行辅助施工,克泥效浆液在地层中的扩散性能对中盾壁后注浆效果有重要影响。基于自主研制的克泥效浆液恒压注浆扩散试验系统,开展A液水粉比、净注浆压力、地层渗透系数对浆液在地层中扩散性能(终浆量、终浆时间、扩散距离)影响试验。结合宾汉姆流体砂土扩散模型,对比浆液扩散距离的理论值和试验值,验证模型试验系统和试验结果的可靠性。研究结论: (1)克泥效浆液的屈服应力和塑性黏度随着A液水粉比的增加先增后减,且在A液水粉比3.0时出现极大值;(2)克泥效浆液在土体中的扩散行为表现出填充扩散和渗透扩散的明显差异,填充扩散阶段主要出现在注入的前30 s内,可达到终浆量的70%~80%;渗透扩散阶段浆液注入缓慢,与注浆终浆时间密切相关;(3)随着A液水粉比增加,注浆终浆量、终浆时间先减后增;随着净注浆压力增加,注浆终浆量、终浆时间均增加;克泥效浆液扩散距离与浆液黏度负相关,与净注浆压力正相关;(4)各因素对浆液扩散距离的影响强弱为:地层渗透系数>A液水粉比>净注浆压力;(5)本研究成果可为克泥效工法的工程运用和施工参数选取提供参考和借鉴。
  • 王新强
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 67-71.
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    研究目的: 盾构隧道同步注浆是造成施工期管片上浮、错台的主要因素,尤其是在自稳能力较差与裂隙较多的地层。为探究同步注浆浆液在盾尾间隙与围岩的填充与扩散规律,本文以广州地铁18号线为背景,建立考虑围岩随机裂隙分布的浆液渗透瞬态模型,以期为盾构隧道同步注浆过程提供一定的理论指导。研究结论: (1)浆液在注浆后20 s内可以完全填充盾尾间隙,随后浆液会随着裂隙向地层中填充渗透,渗透速度随时间不断降低;(2)因注浆压力的存在,使得管片周围地层的孔隙水压力明显大于远离隧道区域相同埋深的地层;(3)裂隙中的达西速度明显大于连续地层,贯通裂隙几乎是地下水流通的唯一通道;(4)地层中的达西速度对地层的孔隙率以及渗透系数较为敏感;(5)本研究成果可应用于盾构隧道注浆工程领域。
  • 长大干线:电气化工程
  • 李喆
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 72-76.
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    研究目的: 电气化铁路站场枢纽接触网结构复杂、分支众多,一旦发生故障,只能依靠人工巡查找寻故障点,费时费力。为解决这一难题,本文通过在变电所馈出线上网点及每一分支股道接触网承力索安装电流检测传感器,检测计算电流大小与方向,进而提出一种基于电流方向的站场接触网故障精确定位方法。研究结论: (1)可根据上网点电流的大小判断区域内是否存在故障,一旦发生故障,监控主机收集所有电流检测传感器采集的电流波形与故障动作情况等信息;(2)当检测到站场边沿电流传感器动作时,则故障区段位于该传感器外侧;(3)计算各相邻传感器电流夹角,可得到接触网电流方向,根据电流反方向信息,可精确定位故障区段;(4)本研究成果可应用于电气化铁路站场枢纽接触网故障精确定位,适用于牵引供电领域。
  • 信息化技术
  • 王伟, 刘幸福, 刘爱林
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 77-80.
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    研究目的: 针对超高主塔大体积混凝土在施工过程中易因混凝土温度超限导致裂缝的问题,研究BIM智能温度控制系统及方法,选择REVIT软件建模并与大数据平台二次集成开发,利用4G无线网络通信设备、工业集成软件服务器和计算机等建立智能温控系统,并搭载人工智能控制算法,进行大体积混凝土全过程温度的超前预测和智能决策。研究结论: (1)建立了大体积混凝土原材料及出机温度监控子系统、混凝土入模及硬化过程温度监控子系统,通过4G无线传输接收测温元件数据,对混凝土施工全过程温度进行动态监测;(2)在BIM模型中标记测温点位置和同步直观反映温度变化,并进行超限预警;(3)对大体积混凝土的出机温度、入模温度及硬化过程温度进行超前预测和智能决策,提供原材料温度控制、水冷系统控制等系列决策手段,确保施工过程温度满足规范要求;(4)本文所述控制系统及方法已成功应用于马鞍山公铁两用长江大桥超高主塔大体积混凝土温控中,取得良好应用效果。
  • 许建国, 韩建民, 刘岩, 王建超
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 81-86.
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    研究目的: 针对高铁接触网整体吊弦高清图像采集检测低效、准确率不高、投入成本高等问题,研究提出一种基于前端图像识别触发与深度学习算法融合定位的整体吊弦高清采集方法。研究结论: (1)采用嵌入式FPGA+ARM双处理平台,将基于YOLOv5的吊弦定位算法嵌入硬件结构中,通过 FPGA实现图像运算硬件加速及识别过滤,通过ARM实现图像数据的高精度识别,整体吊弦图像检出率为99%,检时为4 ms/张,满足实时性检测要求;(2)通过FPGA与ARM的结合,内置专用图像处理算法芯片,滤除大量无用图像,获得清晰的整体吊弦图像,在数据集上训练和测试的准确率和召回率为100%,实际线路大于99%;(3)通过嵌入式FPGA+ARM硬件系统与YOLOv5的吊弦定位算法融合设计,减少了系统检测成本、扩大了技术应用范围,对推动接触网高质量智能建造与智能化运维具有借鉴作用。
  • 城市轨道工程
  • 张文龙, 刘华, 胡亚洲, 刘人菩, 谭茜元, 谢楠, 叶伟涛
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 87-91.
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    研究目的: 为保障淤泥填海地层中新建盾构隧道小净距上跨既有隧道施工过程,以及运营过程中隧道变形控制需求,本文基于深圳地铁5号线上跨既有11号线隧道工程,采用数值模拟对软弱地层加固方案进行比选,提出相应的变形控制措施,并结合施工过程中的变形监测验证加固方案的可靠性。研究结论: (1)提出了基于提高隧道长期抗变形能力的地层旋喷桩加固方案,当隧道两侧加固宽度大于5 m后,宽度增加对减小隧道水平收敛的影响不明显;(2)上述地层加固方案相较于未采取加固措施,可以使下卧既有隧道的上浮变形、地表沉降分别减小44%和86%,满足施工期变形控制需求;(3)施工期实测数据表明下卧既有隧道最大上浮变形为3.2 mm,沿线最大地表沉降为5 mm,均满足变形控制要求,验证了地层加固措施的可靠性;(4)本研究成果对淤泥填海地层盾构穿越节点工程的施工具有一定的借鉴意义。
  • 工程机械
  • 傅鹤林, 赵一博, 王立志, 郭弘宇, 李鲒, 邓皇适
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 92-98.
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    研究目的: 悬臂式掘进机作为铣挖法中不可或缺的机械设备,其工作性能常受到围岩特征和机械设备等条件的制约。为预测悬臂式掘进机工作性能,本文以瞬时切割速率ICR作为评价指标,综合考虑围岩因素和机械设备因素,通过不同算法预测ICR,优选出基于粒子群优化的支持向量机算法(PSO-SVR),并据此建立了ICR预测系统,从而快速高效地预测铣挖隧道掘进机工作性能和施工速度。研究结论: (1)利用已开挖的铣挖法隧道数据作为训练样本,通过5种算法预测ICR,其中粒子群优化的支持向量机算法预测精度最佳;(2)通过粒子群优化算法搜寻最优惩罚系数C和核函数系数g,能有效避免陷入局部最优解问题,并显著提高模型预测精度和泛化能力;(3)十折交叉验证结果表明,PSO-SVR算法具有较好的鲁棒性,且鲁棒性高于其他4种算法;(4)依托赣州蓉江隧道工程,PSO-SVR模型可准确预测悬臂式掘进机瞬时切割速率和施工速度,预测精度显著高于经验公式和其他算法,可为铣挖机械设备选型以及铣挖隧道施工速度预测提供参考。
  • 风险管理与研究
  • 王辉, 刘亚楠, 孟阳
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 99-105.
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    研究目的: 针对西部复杂艰险地区铁路隧道工程施工安全管理难度高、安全事故发生风险大的问题,本文探讨以安全屏障模型作为阻隔风险源、阻断安全事故发生的有效手段,将提高建设安全管理系统自身的韧性作为确保隧道建设系统安全可靠性能的重要目标。研究结论: (1)基于“4M”事故致因理论建立了铁路隧道工程的安全屏障模型,运用ISM的方法搭建了防御要素结构图;(2)采用距离熵的方法量化数据并计算动态权重,结合静态IIM和动态IIM度量安全屏障模型的韧性水平;(3)建立了安全屏障动态优化系统,划分安全屏障预警等级,确保了系统安全性能;(4)在K2号隧道进行应用,实现安全风险预警和安全隐患排查整改,提升安全韧性水平,实现安全风险控制目标。
  • 张彧, 李磊, 侯云龙, 韩兵兵, 安宁, 张慧, 马瑛
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 106-113.
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    研究目的: 针对山区铁路沿线滑坡灾害隐患人工排查识别困难,提出一种基于遥感数据识别铁路滑坡,并且对铁路滑坡规模与危险性进行定量评估的方法。以兰渝铁路宕昌段为例,利用PS-InSAR(Permanent Scatterers-Interferometric Synthetic Aperture Radar)技术和光学遥感影像对研究区域铁路滑坡进行识别,并基于ArcGIS和Massflow平台对滑坡体积、是否对铁路造成威胁进行分析,以制定铁路滑坡减灾策略,保障铁路建设后的正常运行。研究结论: (1)结合PS-InSAR技术与星图地球光学遥感影像识别出2处铁路潜在滑坡,通过分析滑坡累计变形量可知,潜在滑坡明显受降雨影响;(2)基于ArcGIS平台运用倾斜局部基准面法估算了潜在滑坡的滑动面,得到临江铺滑坡体厚度最大为9.9 m,体积为3.1×104 m3;黄家滑坡体厚度最大为12.9 m,体积为8.5×104 m3;(3)使用Massflow软件对两处滑坡运动过程进行了数值模拟,分析结果表明,一旦发生破坏,滑坡体会冲击铁路桥面,因此建议在雨季对临江铺和黄家潜在滑坡进行重点防治;(4)本文研究可应用于铁路安全监测和灾害预防,为山区铁路沿线区域的滑坡预警与防治提供科学依据。
  • 工程经济与管理
  • 张文祥, 闻方宇
    铁道工程学报. 2024, 41(9): 114-117.
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    研究目的: 铁路机务车辆机械工程预算定额是铁路工程定额体系的重要组成部分,用于铁路机务、车辆、机械工程设计概(预)算编制,发挥了合理控制投资的作用。随着高铁建设的发展和技术的进步,对定额修编提出了新的要求。本文通过分析2017年版《铁路机务车辆机械工程预算定额》的运用现状,基于定额编制原则,拟定新一版定额编制方案,优化章节设置,融入绿色低碳技术,以适应高铁快速发展的要求。研究结论: (1)新一版机务车辆机械工程预算定额编制方案充分吸纳了高铁建设最新经验,首次将“动车组检修设备安装工程”独立成章,新增了动车组高级修程内容,填补了动车组检修设备安装定额的空白,全面展示了近年来中国高铁领先世界的重大成果,有力支撑了“一带一路”重大高铁项目建设;(2)将“碳达峰、碳中和”融入定额,重点采用绿色低碳技术,删除燃煤锅炉,体现了绿色低碳的要求;(3)大量引入新设备、新技术,增加了探测站设备、大型养路机械检修设备和焊轨基地专用设备的安装定额;(4)优化章节设置,结合机车车辆机械的主要结构和维修工艺、工序对检修设备重新分类归纳,使得查询方式更加友好,提高了定额查询使用效率;(5)本文研究对编制铁路工程定额具有指导作用。