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2022年 39卷 3期
刊出日期:2022-03-15
长大干线:工程地质与路基
长大干线:线路与轨道
长大干线:通信信号
长大干线:桥梁工程
长大干线:隧道工程
市域铁路发展及技术研究
长大干线:工程地质与路基
1
上撑下锚坑中坑支护结构的变形与受力分析
赵平, 宁啸青, 王建望, 闫自海
研究目的:
为研究上撑下锚坑中坑支护结构的变形与受力特性,通过有限元模型,对义乌国际商贸城站坑中坑的开挖过程进行数值模拟,而后期的现场实测数据验证了前期的分析结果。
研究结论:
(1)上撑下锚坑中坑开挖过程中,围护桩外侧土体水平位移最终呈“悬臂式”与“鼓肚形”相结合的变化形式;坑中坑的开挖对外坑围护桩及桩体外侧土体外变形的影响较小,而对内坑两侧土体变形的影响较大;基坑两侧土体沉降值变化整体符合“抛物线型”的变化形式;基底隆起变形以外坑底中点为中心,向四周扩散发展,基底隆起量越来越小,内坑的开挖不影响基底隆起量的发展规律;(2)在基坑开挖过程中,两道混凝土支撑内力整体变化趋势相近,第一道混凝土支撑受力最大,锚索拉力最大值发生在第二道锚索处,内坑的开挖一定程度上会减小外坑四道支撑的内力;(3)本研究成果可为后续类似基坑的支护结构设计及施工方案设计提供参考。
2022 Vol. 39 (3): 1-6 [
摘要
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3982
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7
跨软弱夹层地下连续墙槽壁局部稳定性分析
安辰亮, 吴文亮, 赵小朋, 刘炳华, 闫新勇, 王道远
研究目的:
地下连续墙槽壁失稳分为整体失稳和局部失稳,当地下连续墙跨越软弱夹层时极易出现局部失稳。为研究地下连续墙跨软弱夹层时槽壁局部失稳机理,利用槽壁最小主应力迹线,确定成槽施工的扰动范围,构建槽壁局部失稳计算模型,基于塑性极限破坏理论,推导槽壁局部稳定安全系数表达式。
研究结论:
(1)本文获得的地下连续墙局部稳定安全系数理论解答与现场超声波检测结果一致,可用于定量分析地下连续墙槽壁局部稳定性;(2)土拱长度可近似取槽段长度,土拱高度与槽段长度和土的内摩擦角呈正相关;(3)槽壁局部稳定性与软弱夹层的厚度、黏聚力、内摩擦角呈正比关系,与槽段长度、地表荷载、地下水位呈反比关系;(4)本研究成果对跨软弱夹层地下连续墙设计及施工具有指导意义。
2022 Vol. 39 (3): 7-12 [
摘要
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13
含盐石英砂的毛细上升特性及其影响因素研究
沈宇鹏, 曹权, 陈芷航, 章新浦, 程雨萌
研究目的:
地下水通过毛细作用不断侵入路基,严重时会导致路基冻胀、盐胀等病害,而密实度、初始含水率、含盐类型及含盐量都会影响毛细上升高度。本文通过对纯石英砂掺入不同类型和含量盐分,开展毛细水上升高度试验研究,对比分析在不同粒径级配、初始含水率条件下的毛细试验结果,并拟合出上升高度预测方程。
研究结论:
(1)毛细上升稳定高度随粒径减小而增大;在良好级配的条件下,细粒径含量的改变对毛细上升速度影响显著;(2)在4 000 min内,石英砂中掺入NaCl和Na
2
SO
4
会使毛细上升速度增大;(3)分别掺入两种盐分都会减小最终毛细上升高度,但NaCl的影响较小;(4)本研究成果可为控制毛细上升,处理盐胀、冻胀等病害提供借鉴和参考。
2022 Vol. 39 (3): 13-18 [
摘要
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2530
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19
剪切作用下土石混合料的颗粒破碎演化规律
涂义亮, 李军, 柴贺军, 刘新荣
研究目的:
铁路、机场、公路等路基填方中的土石混合料在一定应力条件下会发生颗粒破碎,从而造成相应的填方工程产生变形和稳定性问题。已有研究大多关注剪切破坏后的颗粒破碎特征,而对剪切过程中的颗粒破碎演化规律研究较少。针对该问题,本文采用配备声发射采集系统的大型直剪试验机分别对6种含石量和3种块石强度的土石混合料开展6种法向压力下的剪切试验研究。
研究结论:
(1)剪切完成后的AE总计数与颗粒相对破碎率呈线性增长关系,证明声发射技术在土石混合料颗粒破碎演化规律的研究中是可行的;(2)土石混合料在剪切过程中的颗粒破碎先后经历无破碎阶段、初始破碎阶段、破碎增长阶段、破碎稳定阶段、残余破碎阶段5个典型演化阶段,相应的应力应变状态分别进入弹性阶段、弹塑性过渡阶段、弹塑性阶段、峰值强度阶段和塑性破坏阶段;(3)当法向压力增大、或含石量升高、或块石强度降低时,无破碎阶段和残余破碎阶段持续时间越短,初始破碎阶段、破碎增长阶段、破碎稳定阶段总持续时间越长;(4)土石混合料和岩体在剪切过程中的声发射特征差别显著,根本原因是物质组成的连续性不同;(5)本研究结果可为土石混合料颗粒破碎问题的研究提供新思路。
2022 Vol. 39 (3): 19-25 [
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26
交角对路基斜跨坎儿井暗渠临界深度的影响
刘先峰, 张炎飞, 袁胜洋, 陈志明, 陈伟志
研究目的:
路基修建过程中倾斜跨越对地下坎儿井暗渠的扰动会引起暗渠不同的破坏模式。因此,需要明确既有坎儿井暗渠在新建高速铁路路基工程下的响应,通过三维数值模拟,进行斜交的路基工程荷载-地基土-坎儿井暗渠相互作用的研究,确定不同交角对应的高铁斜跨坎儿井的稳定临界深度。
研究结论:
(1)由于线路与已有坎儿井暗渠的斜交,既有坎儿井暗渠在上覆路基跨越时,路基面会出现不均匀沉降;(2)随着暗渠与线路的交角增大,塑性区范围减小,暗渠周围剪切应变变小,坎儿井地基暗渠临界深度的评判标准能较好地用于评价交角对高铁斜跨坎儿井的稳定性的影响;(3)结合临界深度评判标准,得到了坎儿井暗渠在未支护时稳定临界深度变化规律,即当暗渠与路基交角分别为0°、30°、60°和90°时,坎儿井暗渠临界深度分别为14 m、13 m、8 m和7 m;(4)本研究成果可为坎儿井地区高速铁路设计提供技术参考。
2022 Vol. 39 (3): 26-31 [
摘要
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3863
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长大干线:线路与轨道
32
重载铁路轨道不平顺谱构建与分析
高建敏, 赖思成
研究目的:
为掌握重载铁路轨道不平顺特征,基于重载轨道不平顺实测数据进行数据预处理与数字特征分析;利用Welch法对重载轨道不平顺谱进行估计;提出能表征重载不平顺谱特征的统一拟合模型,利用L-M算法对重载高低、轨向、水平和轨距不平顺谱进行拟合,得到平均谱拟合参数;并将重载不平顺拟合谱与现有不平顺谱进行对比分析。
研究结论:
(1)重载铁路轨道不平顺数据具有平稳特性且基本服从正态分布;(2)所分析重载线路轨道几何状态整体较好,各类型不平顺谱的周期性波长成分不尽相同,但均含有1.90 m和1.15 m周期性成分;(3)拟合得到的轨道高低、轨向和水平不平顺谱大致与德国低干扰谱相当,轨距不平顺谱则整体差于德国高干扰谱;(4)本研究成果可为我国重载铁路轮轨动力学仿真分析和重载铁路养护维修管理提供理论参考。
2022 Vol. 39 (3): 32-39 [
摘要
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40
市域快线减振垫浮置板轨道过渡段动力学分析
冯青松, 孙魁
研究目的:
为研究市域快线减振垫浮置板轨道过渡段的合理设置,根据车辆-轨道耦合动力学原理,建立车辆-过渡段无砟轨道垂向耦合动力学计算模型,计算CRH6型动车以160 km/h的速度经过双块式无砟轨道-橡胶减振垫浮置板轨道过渡段时所引起的轮轨系统动力响应,并选取钢轨挠度变化率作为评价指标来衡量过渡段设置的合理性,详细分析不同减振垫刚度、过渡段级数和相邻过渡段刚度比对钢轨挠度变化率的影响。
研究结论:
(1)双块式无砟轨道和橡胶减振垫浮置板轨道连接处的刚度差对轮下钢轨位移和钢轨挠度变化率的影响十分显著,而对车体垂向加速度和轮轨力的影响相对较小;(2)当橡胶减振垫刚度小于或等于50 MPa/m时,钢轨挠度变化率超过0.30 mm/m的限值,需要在两种轨道连接处设置一定长度的刚度过渡段;(3)当标准减振段减振垫刚度为25 MPa/m时,建议设置三级刚度过渡段,每一级过渡段的长度为单块轨道板长,过渡段总长度为19.5 m,且相邻过渡段刚度比取值范围宜为1.4~1.6;(4)本研究结论可为市域快线橡胶减振垫浮置板轨道过渡段的设计提供一定的理论指导。
2022 Vol. 39 (3): 40-45 [
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46
基于信息技术的轨道动态检测数据波峰校正
郭叶丽
研究目的:
轨检车检测数据的对比能够分析轨道设备维护质量及变化趋势,但在实际应用中,每次检测数据均存在不同程度的里程误差,生成的波形图无法自动校正对齐。本文介绍一种波峰校正技术,通过选取特征指标、筛选检测数据波峰波谷点集、剔除干扰数据、对齐计算几个步骤,完成检测数据的校正值计算,实现两次或多次检测数据的里程校正。将本方法编制成软件,与TQI分析、数据分析等模块集成,能够实现检测数据的多维度应用。
研究结论:
(1)多次测试结果显示,经过波峰校正后,两次或多次检测数据的波形曲线整体拟合度有了较大的改善,该方法能够有效提高相对里程误差的校正精度;(2)该技术已通过软件设计与实现,应用于多条线路,经过现场应用验证,达到了预期效果。
2022 Vol. 39 (3): 46-49 [
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长大干线:桥梁工程
50
大跨度铁路混凝土部分斜拉桥设计参数研究
孙宗磊, 周岳武
研究目的:
随着我国铁路特别是高速铁路快速发展,大跨度铁路混凝土部分斜拉桥应用越来越广,如主跨220 m的商合杭铁路颍上特大桥、主跨240 m的黔张常铁路阿蓬江特大桥以及主跨288 m的福平铁路乌龙江特大桥等。通过对国内外大跨度部分斜拉桥设计参数的分析研究,结合关键设计参数对力学性能的影响,提出大跨度铁路混凝土部分斜拉桥关键设计参数的合理取值。
研究结论:
(1)大跨度铁路混凝土部分斜拉桥设计时应因地制宜选择合适的结构体系,以降低结构变形,减少养护维修工作量,提高行车舒适性;(2)铁路部分斜拉桥桥面以上塔高与跨度比宜取1/8~1/10;(3)铁路部分斜拉桥的支点梁高宜取跨度的1/18~1/20,跨中梁高与支点梁高之比宜采用0.45~0.6;(4)铁路部分斜拉桥拉索安全系数建议不小于2.0;(5)本研究结论可为铁路桥梁设计提供参考。
2022 Vol. 39 (3): 50-54 [
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55
高速铁路连续梁-拱桥拱梁竖向刚度比分析
马坤全
研究目的:
在梁-拱组合体系桥梁设计中,拱梁刚度比对整体结构的受力和变形、动力特性、稳定性以及施工方法有较大影响,设计中应根据具体情况,合理选择拱梁的相对刚度,以达到最优的结构体系。已有梁-拱组合体系结构性能研究中,拱梁刚度比一般认为是拱肋和主梁构件抗弯刚度的比值,这种计算方法只是简单地将拱和梁的抗弯能力进行比对,并不能准确反映结构刚度。因此,为了真实反映梁-拱组合桥的拱梁相对刚度,有必要基于力学原理科学计算拱梁竖向刚度比,并探讨其对结构性能的影响及结构相关设计参数。
研究结论:
(1)采用拱肋与主梁跨中竖向刚度之比值作为拱梁竖向刚度比指标更能全面反映梁-拱组合结构的刚度特性;(2)随着拱梁竖向刚度比的提高,边跨主梁的静活载挠度不断增大;在拱梁刚度比增加到一定数值后,边跨主梁挠跨比将大于主跨,结构竖向刚度则可能由边跨主梁刚度控制;(3)随着拱梁刚度比的增大,二期恒载和活载作用下,拱肋分担荷载也逐渐增大,且变化速度明显由快变慢;当拱梁竖向刚度比达到0.621 2后,拱肋分担荷载比增长速度基本趋于稳定;(4)可根据拱肋和主梁竖向刚度比将连续梁-拱组合体系桥划分为3类,即拱梁竖向刚度比小于0.3时,为强梁弱拱桥;大于1.5时,为强拱弱梁桥;介于0.3~1.5之间,为强梁强拱桥;(5)在连续梁-拱组合体系桥设计时,随着拱梁刚度比的增大,宜同步减小边跨与中跨的跨径比;合理边中跨径比上限值
y与拱梁竖向刚度比x的关系可取为y=0.414 4x
-0.105
;
(6)本研究结果可供梁-拱组合体系桥结构分析和工程设计参考。
2022 Vol. 39 (3): 55-61 [
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2253
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62
铁路箱梁装配式桥面系防撞性能试验研究
李旺旺, 尹京, 苏永华, 班新林, 王苇, 陈胜利
研究目的:
为推动装配式结构在铁路桥梁中的应用,本文针对列车脱轨荷载作用下客货共线铁路箱梁装配式桥面系开展试验研究。为掌握新型装配式桥面系的防撞性能,设计和制备预制装配式桥面系挡砟墙和现浇挡砟墙足尺试验模型,对足尺模型开展静载试验,对比研究客货共线铁路箱梁预制装配式桥面系挡砟墙防撞性能。
研究结论:
(1)装配式桥面系挡砟墙在脱轨设计荷载多次循环作用下结构基本处于弹性状态,满足设计要求;(2)极限状态下,挡砟墙出现斜向主裂缝并破坏,极限承载能力达到脱轨设计荷载的1.44倍,具有一定安全余量,相比于现浇挡砟墙结构具有更高的承载能力;(3)列车脱轨荷载极限状态下桥面系预制件与桥面翼缘板之间采用螺栓连接的方式安全可靠,满足防撞设计要求;(4)脱轨设计荷载作用下,线路侧部分砂浆层退出工作,结构裂缝主要集中于线路侧底板底面和挡砟墙线路侧墙面,挡砟墙上裂缝呈水平向分布;(5)试验现象和结果验证了设计方法和假定条件的正确性,并得出应对挡砟墙进行抗剪极限承载力验算的结论;(6)本研究成果可为高速铁路、客货共线铁路箱梁预制装配式桥面系的防撞设计和结构优化提供借鉴。
2022 Vol. 39 (3): 62-68 [
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2260
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69
基于广义Pareto分布的桥梁车致荷载效应极值估计
陈水生, 赵辉, 李锦华, 涂勇, 王屹昊
研究目的:
为准确估计桥梁的车致荷载效应极值和解决GPD模型阈值选择困难的问题,本文充分考虑过桥车辆的随机性特征,基于广义Pareto分布的极值预测理论,提出K-S检验自动选择阈值的方法和桥梁车致荷载效应极值估计的方法。同时,以一座简支T梁桥为工程应用算例,对随机车流荷载作用的桥梁车致荷载效应极值进行估计。
研究结论:
(1)K-S检验自动选择阈值有效解决了广义Pareto分布阈值选择困难的问题,该方法计算效率高,有效避免了GPD模型的截尾现象;(2)GPD模型对桥梁车致荷载效应超阈值样本的拟合效果很好,其用于桥梁的车致荷载效应极值估计有效可靠;(3)桥梁的车致荷载效应极值随着重现期的增加而增大;在自由车流荷载作用下,多梁式简支梁桥行车道位置主梁的荷载效应极值大于其他位置主梁的荷载效应极值,其中边梁的承载力首超失效概率最大;为了保证桥梁在未来服役期的运营安全,类似桥梁在建造时可以提高行车道位置主梁的安全储备,运营时可以采取适当的交通管制措施;(4)提出的桥梁车致荷载效应极值估计方法可以在桥梁的安全评估、寿命预测和修复加固中应用,且在实际工程中应用方便。
2022 Vol. 39 (3): 69-74 [
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长大干线:隧道工程
75
互层岩体隧道爆破超欠挖控制技术研究
丁祥
研究目的:
互层岩体层间胶结力差、整体刚度低,在隧道钻爆法开挖过程中极易出现超欠挖问题。为探究互层岩体对隧道爆破超欠挖的影响,本文以新建中兰铁路尖山隧道工程互层段为研究对象,采用离散元数值模拟方法和现场掌子面激光扫描图像分析互层倾角及厚度对隧道爆破超欠挖的影响规律,在此基础上提出炮孔布置优化方案。
研究结论:
(1)互层岩体隧道光面爆破超挖问题突出,互层左倾时超挖主要在隧道右侧,应力波传播方向与结构面走向垂直的位置超挖严重;(2)互层接近水平时拱顶超挖量最大,随着互层倾角增加,最大超挖位置从拱顶转移至拱脚;(3)互层厚度增加有利于围岩稳定,层厚超过0.7 m后平均超挖量可满足规范要求,建议层厚小于0.7 m时必须对炮孔布置进行优化设计;(4)通过对易超挖位置的周边眼炮孔布置优化,隧道轮廓成形更加平整,最大线性超挖量减少60 cm,平均超挖量减少约36 cm;(5)本研究成果可为互层岩体隧道光面爆破超欠挖控制提供借鉴和参考。
2022 Vol. 39 (3): 75-80 [
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81
基于BN的软岩隧道大变形风险机理与评估
杨建辉, 沈恺, 舒禄山, 薛亚东, 王建江
研究目的:
在高地应力隧道中,软岩大变形的发生具有极大的不确定性,是风险评估中的重难点。为了对隧道软岩大变形风险进行准确有效的评估,本文基于贝叶斯网络(BN)提出一种针对大变形分级评估的方法,并依托成兰铁路云屯堡隧道,建立软岩大变形风险数据库,对六大风险源进行辨识和推理。
研究结论:
(1)隧道软岩大变形是多因素耦合作用下的结果,通过建立云屯堡隧道软岩大变形风险数据库,将机理分为围岩稳定性及支护稳定性两方面,确立了贝叶斯网络模型及先验概率;(2)通过贝叶斯敏感性分析,影响软岩大变形的关键因素由主及次分别为围岩完整性、支护强度、地应力、岩石强度、施工工法及洞型;(3)通过在施工中对风险数据库的更新,贝叶斯网络能够良好地预测施工期隧道软岩大变形发生概率。
2022 Vol. 39 (3): 81-86 [
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3276
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87
椭圆双极线性聚能水压爆破数值分析及应用
吴波, 李华隆, 蒙国往, 徐世祥, 张景龙, 崔耀中
研究目的:
为减少爆破活动对隧道施工环境的影响,降低爆破过程中产生的粉尘浓度,同时增强对开挖区的爆破作用,经常会采用聚能水压控制爆破的爆破施工方式。为对椭圆双极线性聚能水压爆破荷载演化过程进行模拟和验证,本文依托金井铁路隧道现场工程试验和数值模拟的方法,分析聚能水压控制爆破作用机理及损伤演化过程。
研究结论:
(1)在椭圆双极线性聚能定向爆破作用下,炮孔附近的裂纹发展具有一定的趋向性,在增强聚能方向裂纹拓展的同时抑制了其他方向裂纹的发展;在炮孔中加入水介质,能够增强爆破效果;(2)对比三种聚能水压爆破结构形式,上部水压力聚能爆破结构造成的损伤主要集中于孔口附近,下部水压力聚能爆破结构对孔底产生的损伤较大,而两端水压力聚能爆破结构产生的损伤区域整体均匀,脱落下来的碎石破碎程度较高,且水介质能够中和爆破过程中产生的粉尘;(3)综上所述,将两端水压力聚能水压控制爆破结构应用于隧道施工建设能够取得最佳的爆破效果。
2022 Vol. 39 (3): 87-93 [
摘要
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长大干线:通信信号
94
基于虚拟编组的列车控制系统研究
张友兵, 刘岭
研究目的:
铁路闭塞技术从固定闭塞、准移动闭塞发展到移动闭塞,列车追踪间隔越来越小,提高了铁路运输效率,但是既有的闭塞技术均基于假设前方列车静止的理念而进行行车控制。即使采用行车效率最高的移动闭塞技术,后车与前车的追踪间隔也至少包含一个紧急制动距离和保护距离,而现有高铁列车运行速度早已突破300 km/h,高速运行时的紧急制动距离很长,导致后车与前车的追踪距离很长。要想进一步缩短列车追踪距离,提高运输效率,就要突破既有闭塞技术的假设前方列车静止的固有理念,研究和设计未来列控系统的控车原理和关键技术。本文在研究既有闭塞技术的基础上,提出基于虚拟编组的列车控制系统的关键技术和控车策略。
研究结论:
(1)基于虚拟编组的列车控制系统中,前车和后车建立车车通信,后车根据前车的实时速度、位置等状态信息计算动态安全追踪距离,大大缩短前后车追踪距离,提高运输效率;(2)基于虚拟编组的列车控制系统需要具备车车通信、列车完整性检查、列车精确定位、动态安全追踪距离计算、自动追踪运行等关键技术,以实现安全且高效的列车追踪运行;(3)提出前后车的追踪策略,基于前后车的实时状态,后车自动加速、减速或匀速运行,实时调整前后车的追踪状态,实现虚拟编组;(4)本研究成果可为未来列车控制系统的控车原理和关键技术研究提供参考。
2022 Vol. 39 (3): 94-100 [
摘要
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2804
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101
基于多联锁共享的道岔控制切换电路设计
钟志旺, 陈建译
研究目的:
要在铁路局信号综合实验实训基地实现4套联锁共享控制1~4组道岔功能。联锁与室外道岔切换并安全控制基础上,减少室外和室内设备重复建设,最大化减少建设场地占用,节约建设成本。
研究结论:
(1)在联锁和道岔接口电路之间设计切换电路,可实现多套联锁对同一组道岔的共享控制;(2)设计4个切换按钮分别对应每套联锁,可实现一键切换;(3)设计了表示电路指明当前接入的是哪一套联锁;(4)将切换电路所有继电器落下时设计为接通默认联锁,可保证切换电路故障时至少有一套联锁能正常控制道岔;(5)切换电路充分考虑了多套联锁之间的物理互斥,保证同一时间只能有一套联锁控制室外道岔;(6)设计了道岔切换同步检查电路,可检查切换后道岔控制和道岔表示是否受同一套联锁控制;(7)在长沙实验实训基地运用表明,该电路设计满足信号综合实验实训基地实现多联锁共享道岔控制切换需要。
2022 Vol. 39 (3): 101-106 [
摘要
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市域铁路发展及技术研究
107
对我国市域(郊)铁路的概念及若干问题思考
李明
研究目的:
国外若干城市的市域铁路(通勤铁路)发展已经趋于成熟,我国市域(郊)铁路发展还处于探索期。近几年国内诸多学者对市域(郊)铁路均有着墨,但关于市域(郊)铁路的若干问题尚未形成较统一的认识。本文从市域(郊)铁路的国家政策及概念、建设模式、技术标准、资源共享、规划要求等方面进行分析,并提出了相关的意见。
研究结论:
(1)名称并不重要,重要的是功能定位、服务水平和服务范围;(2)建设模式不能照抄国外经验,应灵活选用利旧或新建模式,甚至进行组合,并应做好铁路沿线一体化工作;(3)既可以选择铁路制式,也可以选择城市轨道制式,甚至可以采用组合制式,但应避免两极化,并尽可能采用地面敷设方式;(4)资源共享是必要的,但跨线运营的必要性和可能性值得商榷;(5)应优先选用直径线形态,因工程条件选用城市中心放射线也可接受,应先解决市域(郊)铁路的有无问题,再解决好坏问题。
2022 Vol. 39 (3): 107-111 [
摘要
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