[01230187]城市轨道交通新型轨道系统设计建造与科学运维关键技术

1.研究目的 城市轨道建设是我国城市发展的重要组成部分,对改善城市交通结构、促进城市发展繁荣、减少城市大气污染和节约能源等方面具有重大贡献,是城市规划可持续发展战略理念的重要体现。近年来,城市轨道交通在我国取得了跨越式发展,建设规模和发展速度均位居世界前列。而轨道结构作为保证列车安全、平稳运行的基础,在城市轨道交通中起到了至关重要的作用。 而城市轨道交通越来越高的运营速度和行车密度,对轨道结构的平顺性、可靠性和耐久性提出了更高的要求。城市轨道交通轨道结构面临着四个方面的技术难题：（1）如何保证结构设计环节的科学合理。过去城市轨道交通多采用以现浇为主的轨道结构,存在施工标准较低、质量难以把握、维修不便捷、减振降噪效果较差等问题。（2）如何准确描述和控制线路的平顺状态。线路轨道的平顺状态对轮轨系统有着至关重要的影响,而轨道不平顺谱是描述全线轨道不平顺状态的最有效形式。而在项目实施前,我国城市轨道交通领域在这方面还处于起步阶段,尚未建立轨道不平顺谱。（3）如何实现服役状态的安全可控。轨道作为直接承受列车荷载作用的基础,在温度及车辆荷载等复杂恶劣环境影响下,随时可能出现病害,影响行车安全。既有的城市轨道交通运营安全保障体系利用夜间天窗进行人工检修及定期运行轨检车等,无法实时掌握白天运营条件下的轨道状态,一旦在运营过程中突发病害,将引发重大的安全事故。（4）如何从根源上整治病害问题。部分城市轨道交通轨道病害的机理不明确,导致整治措施多基于维修经验,缺少充分的理论指导,病害往往反复出现。 以上四个方面的技术难题直接影响了我国城市轨道交通的运营安全和快速发展。为此,本项目针对我国城市轨道交通的发展需求,以北京市轨道交通建设和运维为契机,对新型轨道结构设计理论及设计关键技术、轨道不平顺谱特征、轨道监测及数据挖掘技术、轨道结构病害机理及整治预防成套技术等开展了深入的理论和实验研究。项目形成了一整套的创新性成果,广泛应用于北京市城市轨道交通中,并在全国城市轨道交通中起到了良好的示范作用。 2.主要创新点 （1）研究提出了城市轨道交通新型轨道结构设计理论及设计关键技术。率先研究了直线电机轮轨交通系统,并成功指导了北京第一条直线电机线路和我国第一条直线电机线路广州地铁4号线的设计;深入研究了轨道交通轨道振动噪声的产生与传播机理,为浮置板轨道、梯子型轨枕轨道等减振降噪轨道结构的设计及改良提供了科学指导;建立了车辆-轨道桥上无缝线路分析理论,指导了多条城市轨道交通桥上无缝线路的设计。 （2）首次提出了城市轨道交通轨道不平顺谱,指导了城市轨道交通的设计与运维。确定了城市轨道交通不平顺管理波长范围,提出了轨道不平顺检测方法及轨道不平顺平稳性验证方法和检测数据预处理方法,明确了我国城市轨道交通轨道不平顺谱特征,建立了轨道不平顺功率谱密度函数,填补该领域空白,相关检测手段及评价方法在全国城市轨道交通得到广泛应用,为轨道不平顺的科学管理和控制提供了有力支撑。 （3） 构建了基于多手段智能融合的轨道监测技术,提出了多源数据融合分析及评估方法。建立了车辆-轨道-下部基础耦合分析模型,开展复杂荷载下轨道力学行为及服役状态劣化机理、规律研究,提出了监测区域与监测指标。对监测元器件和设备进行了优化设计,建立了基于光纤光栅的轨道安全综合监测技术。提出了轨道安全监测数据信息管理及轨道状态评估、预测、预警技术体系,揭示了轨道状态演变规律,成功指导了城市轨道交通的科学维护。 （4）揭示了城市轨道交通轨道结构状态演化规律,提出了科学维护及预防成套技术。建立了城市轨道结构及部件的精细化伤损劣化有限元模型,结合静、动态测试实验,明确了轨道板开裂、钢轨波磨以及扣件失效等方面的发生发展机理,并提出了具体的整治措施,为优化轨道结构设计、制定科学合理的养护维修方案具有重要的意义,潜在的经济效益显著。 3.成果产生的价值 项目获发明专利8项、其他知识产权12项;论文100余篇,三大检索论文60篇;著作2部。成果获XXXX、XXX、XXX奖。成果应用于北京市几乎所有城市轨道交通中。近三年产值达2.5亿元,利润0.5亿元。经专家委员会评审鉴定,“项目达到国际领先水平”。项目践行了“产学研用”的协同创新模式,为我国城市轨道交通快速发展提供了重要支撑。