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基于多源检测数据融合的高速铁路路基沉降诊断研究

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铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 396-405页

作者：赵文博杨飞支洋尤明熙胡伟松中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司工电部北京100844 中国铁路北京局集团有限公司工务部北京100086

高速铁路路基区段受环境变化、地下水开采等因素影响,可能会产生较大幅度的沉降,其中不均匀沉降对高速铁路运行安全、舒适和耐久性影响较大,因此,快速、有效地诊断运营高速铁路路基沉降非常重要。基于列车轨道动态检测数据、车载晃车仪... 详细信息

高速铁路路基区段受环境变化、地下水开采等因素影响,可能会产生较大幅度的沉降,其中不均匀沉降对高速铁路运行安全、舒适和耐久性影响较大,因此,快速、有效地诊断运营高速铁路路基沉降非常重要。基于列车轨道动态检测数据、车载晃车仪检测数据、台账信息等多源数据,研究不均匀沉降区段的轨道不平顺波长、幅值特征,建立轨道不平顺特征、列车运行速度和列车加速度之间的关联;同时,充分发挥不同数据源的优势,提取波长因子、幅值因子、车体动力响应因子、竖曲线因子、劣化率因子等能够反映路基不均匀沉降特征的指标。利用多源异构数据融合方法,统一各指标当量值,确定各指标融合权重,最终构建高速铁路路基沉降综合评价指标,建立相应计算公式。研究结果表明,路基不均匀沉降会引起较大幅值的轨道几何长波不平顺,进而导致车体加速度超限,并可以通过车载式晃车仪检测;同一区段轨道长波不平顺呈现趋势劣化时能侧面反映沉降的发生,但竖曲线是预先设计的坡度,对路基沉降诊断有一定干扰。路基沉降综合评价指标可以采用百分制,根据现场实践经验,以超过60分作为沉降发生的评判标准。通过3条高速铁路的实际验证,表明本方法能够有效发现路基沉降区段,及时提示工务部门精准维修。

关键词：路基沉降多源数据融合动态检测晃车仪

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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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给水厂典型工艺碳排放特征与影响因素

环境科学 2024年第1期45卷 123-130页

作者：张翔宇胡建坤马凯高欣慰魏月华韩宏大李克勋天津水务集团有限公司天津300042 南开大学环境科学与工程学院天津300350 天津市自来水集团有限公司天津300040 天津市自来水集团有限公司凌庄水厂天津300381

基于实际运行工况和数据监测基础,对天津市给水厂典型工艺的碳排放特征进行研究.给水厂总碳排放强度(以CO_(2)-eq计)为0.254 kg·m^(-3),其中电耗和药耗碳排放占比分别为81.76%和9.15%.给水厂的关键电耗碳排放环节为送水泵房、超滤膜工... 详细信息

基于实际运行工况和数据监测基础,对天津市给水厂典型工艺的碳排放特征进行研究.给水厂总碳排放强度(以CO_(2)-eq计)为0.254 kg·m^(-3),其中电耗和药耗碳排放占比分别为81.76%和9.15%.给水厂的关键电耗碳排放环节为送水泵房、超滤膜工艺和进水泵房,分别占总电耗碳排放的50.99%~73.51%、17.64%~20.70%和17.97%~22.40%.次氯酸钠对药耗碳排放的贡献率为89.12%~90.30%,其余依次为三氯化铁、聚合氯化铝和硫酸铵.传统净水工艺单元的电耗碳排放强度依次为:进水泵房>快滤池>沉淀池,在深度处理工艺线中依次为:进水泵房>超滤膜>机械混凝>澄清池.快滤池工艺线和超滤膜工艺线的碳排放强度分别为0.0709 kg·m^(-3)和0.1090 kg·m^(-3).超滤膜工艺能节约23%的药剂用量,而电耗碳排放是传统处理工艺的2倍.对关键环节的碳排放影响因素分析结果表明,浊度、pH、氨氮和温度等原水水质参数与次氯酸钠碳排放强度显著相关;出厂水压力、日送水量与送水泵房碳排放强度呈显著的线性回归关系,相关水质和水压调控措施可以有效减少给水厂碳排放.

关键词：碳排放给水厂超滤膜快滤池电耗药耗

深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 52-64页

作者：李伟孙希奎山东能源集团有限公司山东济南250101

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动... 详细信息

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动强度的关键。山东能源集团聚焦千米深井智能化开采围岩控制理论,提出了以强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合为核心的支架-围岩智能耦合关系,并形成与之相适应的智能耦合控制逻辑;为突破超大采高智能综采开采工艺及超高煤壁围岩控制技术瓶颈,提出了超大采高液压支架工作阻力“双因素控制法”,发明了三滚筒采煤机及其配套开采方法,研制了与超大采高智能综采相匹配的液压支架及配套系统;针对超大采高综放开采智能化放煤理论与围岩控制难题,提出超大采高综放支架-围岩耦合协调采放空间控制方法,创新了超大采高综放“马鞍形”开采工艺,研制了7 m超大采高智能综放开采液压支架及配套系统;研发了无反复支撑、快速循环自移的单元式超前支架,解决了回采巷道超前支护距离长、支护技术与装备适应性差的问题;开发了基于惯导和精准地质模型的智能采煤控制系统,解决了深部矿井工作面设备智能控制及困扰连续生产的难题;搭建了千米深井智能化开采综合管控平台,实现了千米深井重大灾害多源异构数据融合与管控。上述核心技术在山东能源集团赵楼煤矿7302工作面、东滩煤矿3308工作面等多个工作面进行了智能化开采示范建设,取得了良好的应用效果,所获成果整体推动了我国深地煤炭资源安全高效智能化开采水平,可以为类似矿井智能化工作面建设提供理论与技术借鉴。

关键词：千米深井智能化开采支架-围岩关系超大采高液压支架智能采煤控制系统多元灾害

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旋挤钻法在软土及砂土地层施工灌注桩的研究

铁道工程学报 2024年第4期41卷 54-59页

作者：朱正余陶涛陈珣王玉波顾乡常聚友侯龙中铁十局集团有限公司济南250000 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 中铁四局集团有限公司合肥230000

研究目的:采用常规旋挖钻法在地下水丰富的黏土地层和软土及砂土地层施工的灌注桩,部分灌注桩因坍孔出现扩径和缩径,扩径浪费混凝土,缩径使灌注桩不合格,由此提出把旋挖钻法改进为旋挤钻法,达到灌注桩轻微扩径不缩径不浪费混凝土的完整... 详细信息

研究目的:采用常规旋挖钻法在地下水丰富的黏土地层和软土及砂土地层施工的灌注桩,部分灌注桩因坍孔出现扩径和缩径,扩径浪费混凝土,缩径使灌注桩不合格,由此提出把旋挖钻法改进为旋挤钻法,达到灌注桩轻微扩径不缩径不浪费混凝土的完整合格桩,本文对其展开研究。研究结论:(1)把旋挖钻法钻斗的慢速重钻改进为旋挤钻法钻斗的快速轻钻可行,可减小振动,挤密孔壁土,预防孔壁坍孔;(2)旋挤钻法成孔对于地表浅部极易坍孔地层用长护筒护壁,且护筒长度要大于极易坍孔地层厚度,对于易坍孔和不易坍孔地层用比重1.25和1.15等指标的泥浆护壁,且泥浆护壁是以垂直式的可控泥浆和离心力水平式的扰动土混合泥浆共同作用于护壁,迫使孔内部分扰动土与泥浆粘黏旋挤进入孔壁内,孔壁得到加固稳定不坍孔;(3)采用旋挤钻法在地下水丰富的黏土地层和软土及砂土地层施工的灌注桩,灌注混凝土充盈系数为1.02~1.03和1.04~1.05,均达到轻微扩径不缩径不浪费混凝土的完整合格桩;且成孔效率高,可减少污染、节约成本;(4)本研究成果可为铁路、公路等领域提高混凝土灌注桩施工质量提供参考。

关键词：旋挖钻法旋挤钻法慢速重钻快速轻钻护壁质量

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单元式无砟轨道周期性变形敏感因素分析

铁道工程学报 2024年第1期41卷 26-31,38页

作者：赵磊杨国涛刘伟斌施成中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081 中国国家铁路集团有限公司北京100844

研究目的:单元式无砟轨道应用过程中检测出波长与板长相近的周期性不平顺问题,影响了列车运营舒适性。为研究周期性变形的敏感影响因素,以CRTSⅢ型板式无砟轨道为例,建立考虑层间非线性接触关系的无砟轨道多物理场耦合分析模型,分析轨... 详细信息

研究目的:单元式无砟轨道应用过程中检测出波长与板长相近的周期性不平顺问题,影响了列车运营舒适性。为研究周期性变形的敏感影响因素,以CRTSⅢ型板式无砟轨道为例,建立考虑层间非线性接触关系的无砟轨道多物理场耦合分析模型,分析轨道板内温度梯度和自密实混凝土收缩对轨道板翘曲变形和轨面周期性不平顺的影响程度,获取了两种荷载与周期性变形间传递关系。研究结论:(1)温度梯度、混凝土收缩等效降温量越大,轨道竖向变形差越大且传递比越大,+90℃/m、-45℃/m温度梯度时,钢轨垂向变形差分别为0.72 mm、0.32 mm,传递比分别为0.0158 mm/(℃·m^(-1))、0.0183 mm/(℃·m^(-1));(2)等效降温-10℃时,钢轨垂向变形差0.39mm,传递比为0.0739 mm/℃;(3)与混凝土收缩组合时,正温度梯度变形效应叠加,负温度梯度变形效应抵消,-45℃/m温度梯度与混凝土收缩-10℃间引起的变形效应相当,可基本抵消;(4)通过控制轨道精调时机,合理预设初始不平顺可减小运营期单元式无砟轨道周期性不平顺;(5)本研究结论可为控制目前广泛存在的无砟轨道周期性变形问题提供理论指导。

关键词：高速铁路单元式无砟轨道温度梯度混凝土收缩周期性变形

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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

市域铁路60 kg/m钢轨12号可动心轨无砟道岔设计

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铁道工程学报 2024年第5期41卷 6-10页

作者：严安宁王阿利中铁宝桥集团有限公司宝鸡721006

研究目的:市域铁路对城市和区域发展起着重要的支撑和带动作用,多个城市已建或正建。道岔是轨道线路的薄弱环节,是影响列车安全平稳通过的关键因素。为保障高密度运营和减少日常维修,市域铁路轨下基础以无砟轨道为主,但配套的无砟道岔较... 详细信息

研究目的:市域铁路对城市和区域发展起着重要的支撑和带动作用,多个城市已建或正建。道岔是轨道线路的薄弱环节,是影响列车安全平稳通过的关键因素。为保障高密度运营和减少日常维修,市域铁路轨下基础以无砟轨道为主,但配套的无砟道岔较少,有必要为正线设计60 kg/m钢轨12号可动心轨无砟道岔。研究结论:(1)通过采用复曲线道岔平面线型,提升了列车侧向通行的平顺性;(2)通过优化尖端结构,延长了曲线尖轨服役寿命;(3)通过采用可动心轨辙叉,解决了轮轨噪声扰民问题;(4)通过设置防跳机构,避免了列车高速过岔时尖轨、心轨跳动;(5)通过研究尖轨和辙叉跟端传力机构,保障了岔区无缝线路的实现;(6)通过优化滑床板和护轨垫板结构,增强了钢轨扣压稳定性;(7)通过研发三元乙丙橡胶扣件系统,满足了无砟道床低刚度要求;(8)本文研究成果对铁路科研单位及道岔制造厂家在市域铁路道岔设计研究方面具有参考作用。

关键词：市域铁路无砟道岔结构设计可动心轨辙叉

融合轨面短波不平顺的全波段高低不平顺谱表征及影响分析

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铁道学报 2024年第3期46卷 32-40页

作者：杨飞魏子龙孙宪夫郭战伟杨国涛熊凯舟中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司工电部北京100844 中国国家铁路集团有限公司科技和信息化部北京100844 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

轨道不平顺谱是表征轨道不平顺幅频特性的有效工具。目前,高速铁路轨道不平顺谱的研究主要聚焦在波长2 m及以上成分,甚少涉及轨面短波不平顺谱。基于大量无砟轨道高速铁路实测数据,研究轨面短波不平顺谱的表达函数及其与中长波轨道不平... 详细信息

轨道不平顺谱是表征轨道不平顺幅频特性的有效工具。目前,高速铁路轨道不平顺谱的研究主要聚焦在波长2 m及以上成分,甚少涉及轨面短波不平顺谱。基于大量无砟轨道高速铁路实测数据,研究轨面短波不平顺谱的表达函数及其与中长波轨道不平顺谱衔接的适应性。结果表明:两段幂函数能够很好地表征轨面短波不平顺谱。采用对数坐标系下的5阶多项式拟合全波段高低不平顺谱,实现中长波和短波成分在波长1~2 m范围内的平缓过渡。实测数据表明高速行车条件下,短波高低不平顺对轮轨垂向力及轴箱、构架和车体垂向加速度等指标均存在显著影响,全波段高低不平顺谱的建立对轮轨振动仿真分析、车辆和轨道结构设计以及轨道状态评估具有重要意义。

关键词：高速铁路短波不平顺全波段高低不平顺车辆动力学响应功率谱密度