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基于分步-协同粒子群算法的纵断面线路-电分相布设综合优化

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铁道科学与工程学报 2025年

作者：陈燕平中铁第四勘察设计院集团有限公司线站院

电分相布设是否合理对于列车的安全运行有着重要影响。以往铁路设计中，会考虑纵断面设计对于控制因素、重要征拆、工程造价、施工工艺等的影响，由于站前与站后设计不同步，较少考虑纵断面设计对于电分相的决定性影响，当前电分相的设... 详细信息

电分相布设是否合理对于列车的安全运行有着重要影响。以往铁路设计中，会考虑纵断面设计对于控制因素、重要征拆、工程造价、施工工艺等的影响，由于站前与站后设计不同步，较少考虑纵断面设计对于电分相的决定性影响，当前电分相的设置通常后置于铁路选线设计工作，基于既定的线路方案而展开，导致电分相与线路匹配困难，甚至一旦后期运营面临极端天气无法达速时，易发生列车掉电分相等情况而危及行车安全。针对这一问题，本研究在纵断面线路设计过程中预先考虑了电分相布设的影响，基于列车牵引运行仿真分析，建立了铁路线路纵断面与电分相布设的协同优化模型，该优化模型以里程与标高为设计变量，以铁路综合费用为目标函数，以最大坡度、最小坡段长、最大坡度代数差等为约束条件；本研究提出了分步-协同粒子群算法用于优化模型的解算，采用元启发式群智能优化方法，将优化问题的解决方案抽象为超维设计空间中的粒子，先分步生成初始群体，再协同进化线路-电分相综合方案的粒子群优化算法，实现了纵断面线路-电分相布设的综合方案智能优化。本研究成果已成功应用于某重大高速铁路线路车站的上行联络线工程，指导了该段纵断面线路设计过程，通过分步-协同粒子群算法解决了传统设计列车掉电分相的难题，从源头上降低了铁路运营期间沿线的电分相的相关风险。

关键词：铁路纵断面设计电分相粒子群算法最优化列车运行模拟

地震作用下小半径弯梁桥梁-轨系统的敏感性分析

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铁道建筑 2025年第1期65卷 79-86页

作者：汤周中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

以某高速铁路联络线中400 m半径圆曲线段上一多联小半径弯梁桥作为研究对象,通过合成既可兼顾低频与高频两种频段成分影响,又可调整单项脉冲参数的近断层脉冲型地震动人工波,研究小半径弯梁桥上梁-轨系统对近断层脉冲型地震的脉冲类型... 详细信息

以某高速铁路联络线中400 m半径圆曲线段上一多联小半径弯梁桥作为研究对象,通过合成既可兼顾低频与高频两种频段成分影响,又可调整单项脉冲参数的近断层脉冲型地震动人工波,研究小半径弯梁桥上梁-轨系统对近断层脉冲型地震的脉冲类型、脉冲峰值、脉冲周期、脉冲数量和脉冲叠加效应等参数的敏感性。结果表明:小半径弯梁桥沿切线方向的纵向梁轨作用和因钢轨侧向分力引起的横向梁轨作用相互耦合,且滑冲脉冲型地震引起的梁轨作用最强烈,破裂前方脉冲型次之,无脉冲型最小;提高脉冲峰值和脉冲数量使得梁轨作用增强,原梁-轨系统受力不利处增幅最显著;脉冲周期接近结构自振周期时,原敏感性较低的活动墩受力出现较大增幅;两类脉冲峰值重合时的叠加效应所引起的梁-轨系统响应增幅较大,增幅低于20%;五项脉冲参数的敏感性由强到弱依次为脉冲类型、脉冲周期、脉冲峰值、脉冲数量和脉冲叠加效应。

关键词：小半径弯梁桥梁-轨系统数值模拟近断层脉冲型地震人工合成地震波

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铁路工程装配化重力式生态挡土墙关键技术研究与应用

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铁道建筑 2025年第1期65卷 136-141页

作者：李巍中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

针对传统重力式挡土墙采用现浇施工存在施工周期长、受外部环境影响大、可绿化性差、预制化程度低等缺点,依托某铁路工程项目提出了一种装配化重力式生态挡土墙。该挡土墙由钢筋混凝土预制墙体及回填填料组成,钢筋混凝土预制墙体承装压... 详细信息

针对传统重力式挡土墙采用现浇施工存在施工周期长、受外部环境影响大、可绿化性差、预制化程度低等缺点,依托某铁路工程项目提出了一种装配化重力式生态挡土墙。该挡土墙由钢筋混凝土预制墙体及回填填料组成,钢筋混凝土预制墙体承装压重材料,预制钢筋混凝土墙体和墙体空腔内回填填料组成重力式挡墙共同抵抗墙后土压力。本文采用理论计算、数值模拟分析和工程应用,研究了装配化重力式生态挡土墙的结构设计、受力计算分析、施工流程与技术要求等关键问题,发现:稳定性验算方法与传统重力式挡土墙一致,可采用有限元法进行墙体结构强度、配筋计算以及最大裂缝宽度验算;工程案例表明装配化重力式生态挡土墙结构强度高、质量可靠、回填材料成本低、绿化效果好,可为类似的装配化挡土墙工程的设计和施工提供参考。

关键词：铁路路基装配化理论计算数值模拟分析重力式挡土墙稳定性内力

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高铁成网条件下城际铁路网规划研究

铁道标准设计 2025年第2期69卷 1-8+16页

作者：陈旭中铁第四勘察设计院集团有限公司线路站场设计研究院

随着2004版、2008版、2016版《中长期铁路网规划》的深入实施，我国高速铁路网规模已经达到4.2万km,“八纵八横”高铁主通道已建成约80%。在此背景下，如何高质量规划城市群城际铁路网是亟待解决的关键问题。本文落实交通强国建设要求... 详细信息

随着2004版、2008版、2016版《中长期铁路网规划》的深入实施，我国高速铁路网规模已经达到4.2万km,“八纵八横”高铁主通道已建成约80%。在此背景下，如何高质量规划城市群城际铁路网是亟待解决的关键问题。本文落实交通强国建设要求，以高质量发展为导向，以融合发展为重点，首次提出“城际客运网”的概念；按照“空间—需求—供给”的规划思路，结合城市群空间格局、运输需求分布特征确定“城际客运网”;优先利用高铁承担城际客流，在高铁能力不足或线路不能覆盖的地方规划新建城际铁路，形成“城际铁路网”;以中原城市群为例进行研究，分析中原城市群社会经济、高速铁路网规划和上一轮城际铁路网规划；结合中原城市群及河南省国土空间规划、融合多源数据的综合交通需求预测，构建了“十字主轴、象限放射、相连成环、区域多联”的城际客运网；针对客运网中的通道逐一开展客运需求与高铁网供给的互适性分析，构建了“十字、一环、多联”的城际铁路网；规划实现了城际铁路与高速铁路融合发展，避免了通道内线路的重复建设，推动了轨道交通的高质量发展；规划构建了中原城市群“1-2-3-4-5 h”交通圈，基本覆盖20万以上人口城市，轨道交通分担率由11.7%提升至18.5%。

关键词：高速铁路交通强国城市群城际客运网城际铁路网路网规划

钢轨焊接区激扰下400 km/h高铁有砟轨道动力响应分析

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铁道标准设计 2025年第1期69卷 36-42,49页

作者：付琪璋中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

高速列车运行速度增加将引起车辆通过钢轨焊接接头时产生更强烈的冲击作用,影响行车稳定性。分析高速列车过焊接区时不平顺动力响应特征,对高速铁路的设计和运维至关重要。建立含柔性轮对的三维车辆-有砟轨道-基础耦合动力学模型,选取... 详细信息

高速列车运行速度增加将引起车辆通过钢轨焊接接头时产生更强烈的冲击作用,影响行车稳定性。分析高速列车过焊接区时不平顺动力响应特征,对高速铁路的设计和运维至关重要。建立含柔性轮对的三维车辆-有砟轨道-基础耦合动力学模型,选取较不利情况模拟焊接不平顺,研究焊接区不平顺激扰下400 km/h高速铁路有砟轨道的结构动力响应特征,对比动力学结果与规范限值的差异,分析扣件刚度、道床支撑刚度、基础类型的变化对轮轨动力学的影响。结果表明,列车以400 km/h通过焊接接头不平顺时,各评价指标均满足现行规范相关指标要求,尤其是脱轨系数、钢轨横向位移指标远小于规范容许限值;扣件支承刚度显著影响钢轨位移及道床加速度,钢轨位移可减少0.8 mm,道床加速度可增大0.8倍;道床支承刚度主要影响钢轨位移及道床加速度,道床加速度可增大8.9%;基础类型对车辆、轨道动力学性能影响不大,但会使道床振动加速度增至2.57倍;相比350 km/h、400 km/h过焊缝时显著增加车辆、轨道动力学相互作用,轮轨力增加46 kN。高速列车运行条件下,轮重减载率、轮轨垂向力表现为不超限但接近限值的特点。因此,项目运营管理应重点核查轮重减载率和轮轨垂向力,针对焊接不平顺应严格监控、重点管理。

关键词：高速铁路有砟轨道钢轨焊接区动力学模型动力响应

低碳视角下城市轨道交通列车交路运行方案优化研究

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铁道运输与经济 2025年第2期47卷 110-118,160页

作者：杨安玉中铁第四勘察设计院集团有限公司通信信号设计研究院湖北武汉430063

从低碳视角出发,针对城市轨道交通列车交路运行方案进行优化研究。考虑到城市轨道交通客流分布不均衡性,提出采用大小交路运营模式,以缓解中心城区运力紧张、提高服务质量,并减少碳排放,促进城市低碳发展。以全线乘客总候车时间、列车... 详细信息

从低碳视角出发,针对城市轨道交通列车交路运行方案进行优化研究。考虑到城市轨道交通客流分布不均衡性,提出采用大小交路运营模式,以缓解中心城区运力紧张、提高服务质量,并减少碳排放,促进城市低碳发展。以全线乘客总候车时间、列车的行车公里以及碳排放量最小化为目标,建立多目标优化模型;通过假设和约束条件的设定,综合考虑了乘客出行体验、列车运营成本、碳排放量和列车满载率等因素,采用麻雀优化算法求解模型;通过案例分析,对比了大小交路方案与单一交路方案的运营效果。结果表明,优化发车频率和起始站点得出的运营方案,最多减少总候车时间45197.5 s,最多减少碳排放量601192 kg,运输效率略有下降,最大断面满载率最多下降15%。

关键词：城市轨道交通列车运行交路方案大小交路麻雀优化算法低碳

不同地铁区间联络通道布置对防火门活塞风作用影响对比研究

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铁道标准设计 2025年

作者：刘剑春中铁第一勘察设计院集团有限公司

为了寻找减小隧道列车活塞风对地铁联络通道防火门的风压作用效应的方法，提高防火门的使用寿命，提出设置智能闭合窗的地铁区间联络通道布置形式。以西安地铁为例，采用OpenFOAM软件，建立地铁隧道三维非稳态流动模拟模型，采用动网格... 详细信息

为了寻找减小隧道列车活塞风对地铁联络通道防火门的风压作用效应的方法，提高防火门的使用寿命，提出设置智能闭合窗的地铁区间联络通道布置形式。以西安地铁为例，采用OpenFOAM软件，建立地铁隧道三维非稳态流动模拟模型，采用动网格方法模拟地铁列车在隧道内的实时运动，分析不同列车行车速度下增设智能闭合窗的地铁区间联络通道防火门表面风压及周边的活塞风流动特征。在此基础上，分析不同的智能闭合窗布置组合的区间联络通道防火门表面平均风压和峰值风压时联络通道内的流场风速。结果表明：智能自动闭合窗的设置改变了联络通道内的风流的路径，减缓了风压差的形成，延长了联络通道内防火门正压与负压之间突变时间达2s以上，减小了作用于防火门表面的瞬时力；当列车速度为50m/s时，防火门所受的最大正压力和负压力可降低89.4%和77.3%；区间联络通道一侧内布置2扇智能闭合窗比布置1扇时，防火门表面正压减弱最大可达85.8%，负压减弱最大可达45.9%。设置智能闭合窗是一种有效减小防火门受活塞风作用效应的技术措施。

关键词：地铁区间联络通道防火门活塞风智能自动闭合窗

多病害耦合作用下地铁盾构隧道单环管片健康度评价方法研究

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铁道标准设计 2025年第1期69卷 111-119页

作者：豆海涛吕延豪孙雪兵刘学增李振中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 同济大学地下建筑与工程系上海200092

传统的单环管片健康度评价方法未考虑多病害耦合作用对结构性能的影响,造成评价结果偏乐观。基于某城市地铁病害统计数据,探讨城市地铁病害主要类型及内在关联,借助数值模拟,提出考虑病害耦合的单环管片承载力预测模型及健康度评价方法... 详细信息

传统的单环管片健康度评价方法未考虑多病害耦合作用对结构性能的影响,造成评价结果偏乐观。基于某城市地铁病害统计数据,探讨城市地铁病害主要类型及内在关联,借助数值模拟,提出考虑病害耦合的单环管片承载力预测模型及健康度评价方法,并通过现场应用验证其合理性。主要结论如下:(1)渗漏水、错台、开裂、结构劣化(锈蚀、剥落等)和隧道变形是城市地铁的主要病害类型且各病害关联密切,结构服役性能受多病害耦合影响;(2)不同类型病害耦合影响的管片衬砌在加载条件下的承载性能演化规律、损伤特征以及对各类病害的敏感性存在差异;(3)基于钢筋截面损失率α、裂缝深度与管片厚度比β、剥落区域深度与管片厚度比γ、背后空洞范围m,分别建立钢筋锈蚀-管片开裂、钢筋锈蚀-剥落掉块、背后空洞-管片开裂、管片开裂-剥落掉块共4种病害耦合类型的单环管片承载力预测模型以及健康度评价方法。

关键词：地铁盾构隧道管片健康度分级有限元分析预测模型承载力

铁路碎石类盐渍土路基填料可用性及处理措施研究

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铁道勘察 2025年

作者：邹波新疆铁道勘察设计院有限公司

现行铁路规范在盐渍土试验与设计方面仅适用于粉质黏土、粉土和砂类土，而对于细圆砾土等级以上的碎石类土，其易溶盐含量测定及相应路基处理措施尚待深入研究。结合罗布泊—若羌铁路沿线取土场填料特征，参考现行有关盐渍土的规范，开... 详细信息

现行铁路规范在盐渍土试验与设计方面仅适用于粉质黏土、粉土和砂类土，而对于细圆砾土等级以上的碎石类土，其易溶盐含量测定及相应路基处理措施尚待深入研究。结合罗布泊—若羌铁路沿线取土场填料特征，参考现行有关盐渍土的规范，开展一系列考虑填料颗粒级配及过筛孔径等影响因素的碎石类土填料易溶盐含量测定试验。结果表明，按铁路现行规范进行试验得出的碎石类土易溶盐含量偏高，难以反映实际情况，会降低其作为基床填料的可用性。过5mm筛和全级配的试验结果最为接近，根据其易溶盐含量试验值判定盐渍土，能够更好地体现碎石类土作为路基基床填料的可用性。在干旱戈壁荒漠区，铁路工程采用碎石类盐渍土填筑路基，对隔断层、路堤边坡坡率、路基面加宽、坡脚护道的设计措施，可根据自然特征、颗粒级配、易溶盐含量等因素进行适当调整。

关键词：铁路盐渍土碎石类土易溶盐试验路基填料处理措施