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阵列式监测传感器研究及算法实现

铁道工程学报 2024年第4期41卷 84-89页

作者：薛骐中国铁路设计集团有限公司天津300308

研究目的:目前基坑深层水平位移自动化监测和路基隧道等构筑物内部形变自动化监测领域中所用测量传感器普遍使用测斜等轮轴测量设备,存在抗压性较差、监测密度不够详细等问题。本文通过研发具有高强度、高稳定性的阵列式传感器,并针对... 详细信息

研究目的:目前基坑深层水平位移自动化监测和路基隧道等构筑物内部形变自动化监测领域中所用测量传感器普遍使用测斜等轮轴测量设备,存在抗压性较差、监测密度不够详细等问题。本文通过研发具有高强度、高稳定性的阵列式传感器,并针对设备监测过程中发生的旋转误差问题研究多轴实时矫正算法,以实现实时、自动化、高精度监测。研究结论:(1)本文通过软硬件结构设计,将加速度传感芯片、磁力传感芯片和温度传感芯片等高度集成,研发了MEMS三维形变监测仪;(2)本文针对各芯片的输出数据进行解算,开发了各节段位移计算方法;(3)本文利用三轴加速度计和三轴磁力计研发了组合旋转角度计算方法,测试证明了在单节段0.5 m条件下,单节绝对精度优于0.1 mm,系统稳定性优于0.2 mm,航向角绝对精度优于0.5°,航向角稳定性优于0.1°;(4)本文研究可为自动化监测领域提供一种新型设备及自动化监测方法。

关键词：阵列式传感器自动化监测旋转角

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铁路信号室内设备运行环境综合监测研究

铁道工程学报 2024年第4期41卷 80-83页

作者：王海忠中国铁路设计集团有限公司天津300308

研究目的:本文通过对室内信号设备正常运行造成安全威胁的外电入侵、防雷接地劣化失效、地电位反击、故障电弧、电气设备发热等多种风险因素的侵入路径及演变机理的分析,提出优化的处理措施和监测手段,对监测数据进行汇总和大数据分析,... 详细信息

研究目的:本文通过对室内信号设备正常运行造成安全威胁的外电入侵、防雷接地劣化失效、地电位反击、故障电弧、电气设备发热等多种风险因素的侵入路径及演变机理的分析,提出优化的处理措施和监测手段,对监测数据进行汇总和大数据分析,对设备状态和性能演变趋势进行预测,达到预警、报警和联动控制的目的,以便快速判定故障原因,采取有效应急处置措施,避免故障扩大。研究结论:(1)电缆引入室内的一次成端由现行规范规定的不断开铝护套调整为断开铝护套,以便更好地阻止外电入侵;(2)车站搭建基于成端监测、防雷监测、接地监测和故障电弧监测的室内运行环境综合监测平台,可实现故障诊断预警功能;中心可实现多系统集中监控、故障诊断分析和定位等功能;(3)本研究成果可应用于信号智能运维领域,为研发和应用信号室内设备运行环境综合监测系统提供参考和借鉴。

关键词：信号运行环境监测研究

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盾构隧道衬砌缺损移动扫描检测方法研究

铁道工程学报 2024年第4期41卷 75-79页

作者：巩健中国铁路设计集团有限公司天津300251

研究目的:衬砌缺损病害状况是盾构隧道健康状态评估的重要参考依据。传统人工巡检方法受环境和人为因素影响大、检测效率低且易发生漏检。车载移动扫描技术已在隧道收敛和错台等结构病害检测中得到应用,本文充分发挥其“多方面应用”的... 详细信息

研究目的:衬砌缺损病害状况是盾构隧道健康状态评估的重要参考依据。传统人工巡检方法受环境和人为因素影响大、检测效率低且易发生漏检。车载移动扫描技术已在隧道收敛和错台等结构病害检测中得到应用,本文充分发挥其“多方面应用”的特点,研究利用该技术获取的三维激光点云准确、快速地检测隧道衬砌缺损病害的方法,用以辅助运维管理部门及时掌握相关信息开展修缮工作。研究结论:(1)对盾构隧道激光点云采用圆柱模型建立投影关系可实现三维点云向二维图像的跨模态转换,有效提升数据处理效率;(2)将点云的位置信息和深度信息融合创建深度图像,能够突出衬砌缺损区域的视觉对比度,从而快速判识衬砌缺损病害;(3)经工程实例验证,本研究成果的检测准确率高于传统人工巡检方法,可应用于盾构隧道表观病害检测领域。

关键词：车载移动扫描盾构隧道衬砌缺损跨模态转换深度图像

基于协同优化策略和人工蜂群算法的轨道电路邻线干扰防护研究

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 178-189页

作者：代萌中国铁路济南局集团有限公司济南电务段山东济南250001

高速铁路车站运营场景复杂,易引发轨道电路邻线干扰,造成信号误解码和误显示,影响列车安全高效运行。基于空间耦合和传导耦合原理,根据高速铁路轨道电路特点和结构,分别建立传输线路阻抗平衡和不平衡条件下的复杂场景邻线干扰计算模型;... 详细信息

高速铁路车站运营场景复杂,易引发轨道电路邻线干扰,造成信号误解码和误显示,影响列车安全高效运行。基于空间耦合和传导耦合原理,根据高速铁路轨道电路特点和结构,分别建立传输线路阻抗平衡和不平衡条件下的复杂场景邻线干扰计算模型;考虑机车动态运行条件,完成最不利情况下邻线干扰量值的定量计算,并利用ANSYS平台完成计算结果的有限元仿真验证;针对邻线干扰还受到发送电平等级、补偿电容数量和容值、线路并行长度、道床电阻、分路电阻、线路间距等参数叠加和相互制约的影响,采用人工蜂群(Artificial Bee Colony,ABC)智能算法,提出基于多参数协同优化策略的邻线干扰防护对策,给出各参数相应最优取值及其对信干比(Signal-to-Interference Ratio,SIR)影响重要度。结果表明:邻线干扰量值超过车载机车信号灵敏度将导致解码错误;应用提出的防护对策对现场邻线干扰工程案例中线路并行长度和发送电平等参数进行优化,SIR可提升14.6 dB。研究结论可用于高速铁路轨道电路配置及优化实践,为防护邻线干扰提供工程参考和分析验证。

关键词：高速铁路轨道电路邻线干扰人工蜂群算法干扰防护协同优化

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基于大刚度支护体系的新型暗挖技术

岩土工程学报 2024年第6期46卷 1332-1338页

作者：聂子云谭小兵朱占国关永平中国铁路设计集团有限公司天津300251 台州市交通投资集团有限公司浙江台州318000

传统暗挖技术存在施工风险大、施工效率低、对周边环境影响大、工程投资大等问题,很难适用于软弱地层或复杂环境下大型地下结构暗挖施工。为解决以上问题,提出一种基于大刚度支护体系的新型暗挖技术。新型暗挖技术利用纵向管幕、顶横梁... 详细信息

传统暗挖技术存在施工风险大、施工效率低、对周边环境影响大、工程投资大等问题,很难适用于软弱地层或复杂环境下大型地下结构暗挖施工。为解决以上问题,提出一种基于大刚度支护体系的新型暗挖技术。新型暗挖技术利用纵向管幕、顶横梁和中间立柱构筑大刚度支护体系,支护体系各构件通过非开挖方式或者在管幕保护下利用小空间构筑,保证施工安全的同时,防止地层出现较大应力释放,支护体系构筑完成后即可进行大面积暗挖施工。新型暗挖技术工序简单、施工效率高、风险低、对周边环境影响小、工程投资小。数值分析和工程实例验证了新型暗挖技术的可行性和实用性,新技术为大型地下结构暗挖技术提供了新的思路。

关键词：大型地下结构暗挖大刚度支护体系数值分析

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基于特征聚类的轨道不平顺潜在病害辨识

铁道工程学报 2024年第5期41卷 1-5,27页

作者：王英杰楚杭陈云峰时瑾张雨潇北京交通大学北京100044 中国铁路兰州局集团有限公司兰州730000

研究目的:轨道不平顺潜在病害隐蔽性强,对其准确合理辨识是开展预防修策略下线路养护维修作业的前提。本文以轨检数据为基础,分别构造了以轨道质量指数(TQI)和轨道不平顺幅值为对象的潜在病害辨识指标。在此基础上,基于k-means++聚类算... 详细信息

研究目的:轨道不平顺潜在病害隐蔽性强,对其准确合理辨识是开展预防修策略下线路养护维修作业的前提。本文以轨检数据为基础,分别构造了以轨道质量指数(TQI)和轨道不平顺幅值为对象的潜在病害辨识指标。在此基础上,基于k-means++聚类算法和手肘法通过判定样本最佳聚类簇数实现潜在病害的识别及定位。依托某有砟铁路动检数据对所提轨道不平顺潜在病害辨识方法进行了验证。研究结论:(1)对于均值管理来说,在16 km连续轨道区段上2处区段单元潜在病害被准确识别,其历史最大TQI值分别约为5.5 mm、5.3 mm,且潜在病害定位结果与实际里程基本吻合;(2)对于峰值管理来说,在500 m连续轨道区段上2处局部不平顺潜在病害也被准确识别,其历史最大幅值约为3 mm、3.3 mm,潜在病害定位结果与实际里程基本吻合;(3)本研究成果可与大机捣固作业、人工精调作业相结合,为预防修策略下的潜在病害整治提供辅助参考。

关键词：轨道不平顺潜在病害特征聚类 k-means++ 辨识

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高速地铁隧道洞口及风井对压力波的影响研究

铁道工程学报 2024年第4期41卷 90-95,101页

作者：那艳玲牟野叶天震卜永和江崇旭中国铁路设计集团有限公司天津300308 天津大学天津300350

研究目的:地铁车辆由明线高速驶入隧道洞口和经过中间风井时,由于断面突变引起车厢内部压力剧烈波动,导致乘客不舒适,为解决该问题,本文使用三维可压缩黏性流体N-S方程和RNG k-ε两方程模型,研究不同中间风井位置和采取不同形式洞口缓... 详细信息

研究目的:地铁车辆由明线高速驶入隧道洞口和经过中间风井时,由于断面突变引起车厢内部压力剧烈波动,导致乘客不舒适,为解决该问题,本文使用三维可压缩黏性流体N-S方程和RNG k-ε两方程模型,研究不同中间风井位置和采取不同形式洞口缓冲结构工况对地铁隧道的空气动力学效应的影响。研究结论:(1)中间风井位置的不合理设置会导致膨胀波叠加使车厢内压力梯度不满足要求,可根据列车长度、列车运行速度等因素计算出中间风井的合理位置;(2)隧道洞口采取断面扩大型和喇叭型缓冲结构分别能使车厢表面压力梯度最大值下降29.3%和38.2%;(3)按照现行标准中人体舒适性的考核指标进行评价,140 km/h高速磁浮列车系统隧道口缓冲结构缓压段的长度设置为2倍的隧道断面水力直径更合理;(4)本文研究可以为优化高速地铁列车驶入隧道洞口时的气动效应问题提供参考。

关键词：高速地铁列车空气动力学压力波风井位置缓冲结构

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高速铁路竖曲线平顺性优化及工程应用

铁道工程学报 2024年第1期41卷 13-19页

作者：谭社会时瑾张雨潇中国铁路上海局集团有限公司上海200071 北京交通大学北京100044

研究目的:高速行车条件下线路空间线形与旅客乘坐舒适度之间的关系更加紧密,纵断面竖曲线半径的合理设置对提升线路平顺性具有重要意义。本文基于高速铁路动静态检测数据,分析引起竖曲线地段动态检测数据超限的主要影响因素不是轨道几... 详细信息

研究目的:高速行车条件下线路空间线形与旅客乘坐舒适度之间的关系更加紧密,纵断面竖曲线半径的合理设置对提升线路平顺性具有重要意义。本文基于高速铁路动静态检测数据,分析引起竖曲线地段动态检测数据超限的主要影响因素不是轨道几何形位,而是与竖曲线参数设置有关,结合高速铁路竖曲线设计原则提出以合理增大竖曲线半径改善轨道平顺性的竖曲线优化方法,应用该竖曲线优化方法制定某高速铁路竖曲线超限地段精调作业方案并验证作业效果。研究结论:(1)通过动力仿真得到250 km/h、300 km/h、350 km/h速度对应的精调作业竖曲线半径建议值,分别为22 500 m、29 500 m和35 000 m;(2)作业方案实施效果表明,超限地段42 m短波高低不平顺降幅48.21%,120 m长波高低不平顺降幅30.62%;车载式线路检查仪垂加Ⅱ级超限报警由日均11.4次降至2.0次;(3)本研究成果可为高速铁路竖曲线的轨道精调及标准设置提供参考。

关键词：高速铁路线形控制竖曲线轨道不平顺无砟轨道

超大型地下结构系统地震响应高性能弹塑性流固耦合分析

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土木工程学报 2024年第6期57卷 190-199页

作者：余嘉轲王荣鑫王睿张建民孙俊岭王永成清华大学北京100084 中国铁路设计集团有限公司天津300142

随着城市地下空间开发进行加快,地下结构的抗震安全问题日益受到重视。为了研究饱和土层,尤其是可液化场地中超大型地下结构的地震响应,必须解决高性能计算、弹塑性本构模型、流固耦合等关键问题。该文基于高性能数值仿真平台GEOSX,开... 详细信息

随着城市地下空间开发进行加快,地下结构的抗震安全问题日益受到重视。为了研究饱和土层,尤其是可液化场地中超大型地下结构的地震响应,必须解决高性能计算、弹塑性本构模型、流固耦合等关键问题。该文基于高性能数值仿真平台GEOSX,开发一套高性能弹塑性流固耦合分析方法。以北京城市副中心站综合交通枢纽为例,采用砂土液化大变形模型进行动力弹塑性流固耦合分析,计算规模超千万自由度。计算结果表明,所开发的分析方法具有较高的并行计算效率,可以实现可液化场地地下结构系统的大规模高效弹塑性流固耦合模拟。对于这一主要处于饱和砂土地层中的超大型地下结构系统,在基本地震作用下,饱和砂土层的最大超静孔压比达到约0.5,产生较为明显的弱化;结构地震层间位移角和内力均满足规范要求,由于存在开洞等断面变化,结构响应三维效应明显;由于与地下结构相连的地上结构相对较小,地上结构对地下结构地震响应影响有限。

关键词：地下结构可液化场地动力分析高性能计算流固耦合弹塑性模型