针对目前粤港澳大湾区多层次轨道交通发展存在的跨层次、跨制式、跨区域融合不足等问题,采用实证分析方法,从政策制度设计、规划建设、运营主体协同等方面对其深层次影响因素进行研究。在分析粤港澳大湾区多层次轨道交通发展现状与存在问题的基础上,探究国内外城市群多层次轨道交通发展成败得失与经验启示,提出进行一体化融合体制机制与政策规范建设、加强一体化规划建设管理、促进综合交通枢纽一体化融合、完善土地支持政策与投融资配套政策、建立大湾区多层次轨道交通运营企业联盟等对策。研究成果以期为粤港澳大湾区多层次轨道交通一体化融合决策提供参考。

针对国内轨道交通站点在应用 TOD 站城一体化开发模式过程中,存在与周边城市更新不匹配的问题,基于经典的节点场所(nodeplace,NP)模型以及引入客流量的节点场所客流(nodeplaceridership, NPR)模型,以西安地铁3号线为例,依托时空大数据,选取连续6个月的客流数据,计算26个站点的基础指标,并将站点分为6 类场所超前&低客流类、欠缺型&低客流类、匹配型&中低客流类、节点超前&中高客流类、节点超前&中低客流类和饱和型节点超前&高客流类。研究结果表明:西安地铁3号线整体呈现出节点价值偏高,场所价值偏低的特点;依据6类站点识别相同特征,按“场所超前型”站点、“协调型”站点和“超前型”站点精准匹配策略,“场所超前型”站点应重视与其他交通方式的接驳及步行可达性,“协调型”站点在优化配套设施基础上挖掘场所特征潜力,“超前型”站点应整合资源形成“轨道微中心”,这3大类流程化的改造措施也可应用于其他地区,以提升站点的功能和服务水平。

针对空气制动可控性较差和响应速度较慢导致的停车不准、舒适度较差以及损耗较大等问题,研究列车全电制动技术。首先以全电制动的发展历程为基础,阐述全电制动应用的现状以及需要克服的主要问题,然后从高速和低速两个角度切入,详细介绍实现全电制动的难点问题及其所对应的解决思路,并针对每一个难点问题进行分析与总结,最后对全电制动未来的发展进行展望。

为实时监测钢轨健康状态,实现对钢轨断裂损伤的早期预警,提出一种结合超声导波检测技术和变分模态分解信号处理技术的断轨检测方法。针对钢轨断裂检测需求,进行系统工作流程以及各模块硬件电路的设计与搭建;并在有限元仿真软件中建立钢轨三维模型,探究超声导波在钢轨中的传播速度与信号降噪方法的可行性。在苏州地铁5号线进行设备安装测试,通过人工模拟断轨缺陷的方法验证断轨监测系统的有效性,检测结果表明:钢轨出现断裂情况时,系统远程报警时间为3min,缺陷定位误差率为1.1%,为钢轨断裂监测提供有效手段。

为验证钢轨阻尼装置对减振轨道钢轨波磨的治理效果,选取北京地铁梯形轨枕、钢弹簧浮置板两种减振轨道结构,对试验段添加钢轨阻尼装置前后的轨道及隧道振动、轨旁噪声特性进行测试对比,并对钢轨波磨的发展进行跟踪调查。结果表明:在梯形轨枕轨道上安装钢轨阻尼装置可在较宽频域范围内获得良好的减振降噪效果,可将钢轨振动与轨旁噪声分别降低9.7 dB、11 dB(A);在钢弹簧浮置板轨道上安装钢轨阻尼装置,可使其工作频率范围内的钢轨振动与轨旁噪声分别降低8.3dB、3dB(A)。长期跟踪测试表明:钢轨阻尼装置可使减振轨道钢轨波磨的发展速率延长一倍以上。

为综合探究城市特殊地形背景下出行者的出行行为,以典型的河谷型城市兰州市为例,建立 SEMLogit 的整合模型,基于问卷数据探究河谷型城市出行者的空间感知对轨道交通出行方式选择的影响。结果表明:①相较于不考虑出行空间感知的 Logit 模型,通过 SEM考虑出行空间感知的 Logit 模型拟合优度提高了 0.234,预测准确率提高了 7.75%;②河谷型城市出行者的空间感知对选择轨道交通出行意向以及出行行为均有显著的正向影响;③5个方面的河谷型城市出行者的空间感知,均会显著影响河谷型城市出行者选择轨道交通出行。

为探究武汉市高架地铁车站热环境与热舒适性,确定乘客热舒适区间,了解高架车站建筑形态对乘客热舒适的影响,使用仪器测量和主观问卷相结合的方法,在夏季典型日对5个典型高架车站进行研究。通过对2个车站的标准有效溫度(standard effective temperature,SET*)和平均热感觉投票(mean thermal voting, MTS)进行线性拟合,并与预测热感觉(predicted thermal sensation,PTS)进行对比,获得乘客的热感觉区间,为提供健康、舒适、节能的地铁环境,提出夏热冬冷地区改善热环境的措施。研究结果表明:多数时刻车站并不能满足《地铁设计规范》GB 50157—2013的要求,站内空气温度过高,车站相对湿度基本满足标准,大部分车站空气流速较低;车站形态与乘客热舒适有较大关系,夏季乘客更偏好开敞站台;PTS曲线始终高于 SET*MTS曲线,乘客夏季热适应能力超过预期。研究成果可以为该地区高架地铁车站热舒适提升及绿色转型提供理论参考。

为了快速、合理地预测地铁沿线建筑振动响应,基于机械导纳理论,将建筑结构系统分解为传播结构和响应结构两部分。承重结构假定为杆单元模型,楼板结构考虑为板单元模型,推导各单元模型的导纳公式及其相应的矩阵表达式,进而构建车致结构振动响应模型,并结合现场测试验证模型的正确性。研究表明:基于导纳理论预测的结构响应与现场实测振动在时域及频域上均具有较高的吻合度;在时域上,模型计算的振动幅值和实测幅值趋于一致;在频域上,各1/3倍频程中心频率的最大误差不超过5dB,表明所提出的车致结构振动响应模型可快速有效地预测结构振动响应,成果可为地铁沿线车致结构振动预测提供理论依据。

为了研究掘进速度和浆液凝胶时间对盾构隧道管片上浮的影响,依托苏州地铁5号线通园路站——星港街站盾构区间,采用Winkler 弹性地基梁建立盾构管片三维有限元荷载结构模型,考虑同步注浆和二次补浆对管片产生的动(静)上浮力,分析掘进速度和注浆凝胶时间对管片上浮和错台的影响。研究结果表明:管片上浮和错台随着盾构掘进速度的增加而增大,上浮主要出现在浆液未凝固段管片底部,错台主要出现在浆液未凝固段与盾尾段和浆液凝固段的交界处,为避免管片上浮量和错台量超过规范要求,盾构掘进速度不能超过10环/d;随着浆液凝胶时间的延长,管片上浮量和错台量逐渐增大,选用速凝早强的双液浆进行背后注浆有利于控制盾构隧道上浮。

针对轨道高架桥梁的设计时速越来越高,对桥梁平顺性要求也越来越严格的问题,以设计时速160 km/h的北京地铁22号线高架桥梁为工程依托,研发设计基于低熔点合金为调高介质的新型可调高装置,并开展该装置的构造设计、室内升温承压试验、压剪机足尺加压调高性能试验及现场架梁试验等系列试验研究。研究结果表明:该新型可调高装置可实现无级双向调高功能,其调高速度快,30s内可完成高度调整,且调高精度可达毫米级,并在合金冷却固化后具有良好的无极调高性能和受压稳定性。这种可调高装置的精度和稳定性不仅是高架桥梁平顺性的重要保障,而且为病害支座更换、桥梁差异沉降调整等方面的工程应用提供指导。

针对跨座式单轨交通直流牵引系统正极回路与列车车身发生短路故障危及城市轨道交通的安全运营问题,基于跨座式单轨交通直流牵引系统双边供电等值模型,分析正极回路与车体发生短路时故障列车和正常列车接地电流和负极受电电流幅值的特征差异,提出一种基于接地电流和负极受电电流幅值比较的故障列车识别方法,并通过 MATLAB 仿真和现场试验对所提方法进行测试。研究结果表明:即使正常列车的车体接地继电器 GR 等值电阻由750 Ω大幅降至0.75Ω时,故障列车的接地电流幅值始终大于整定值和负极受电电流幅值,本文所提方法能够准确地识别出故障列车,验证了方法的有效性。

为降低富水软土地层盾构穿越施工对既有运营地铁车站的扰动风险,以某T型换乘站盾构穿越运营站施工为工程背景,采用理论分析和现场实测等方法,研究盾构切割未预留玻璃纤维筋地连墙的刀具配置及推进参数,并提出下穿运营站的重点风险控制措施。结果表明:采用不同刀高配合的高强度贝壳刀、降低推进速度与盾构推力,加大刀盘扭矩,能实现盾构安全穿越地连墙;将运营站底板与地层的相互作用力作为下穿施工时的附加荷载,以盾构中心处的静止土压力提高1.2倍作为土仓压力设定值可减少对底板的扰动;采用克泥效充填盾壳与地层的空隙,以及同步注浆、二次注浆与径向注浆组合方式充填管片背后的建筑空隙,可有效控制既有结构沉降;盾构下穿运营站施工引起的变形以沉降为主,盾构切割地连墙施工以水平变形为主,水平变形占总水平位移的75%以上。

常规工法在长距离联络通道建造过程中存在风险大、工期长等诸多负面问题,为解决此问题,拟在华南复合地层首次采用机械法联络通道建造方案,为此从整体方案、工法选择、设备设计及管片设计等方面进行研究,结果表明:机械法联络通道工法在复合地层具有适用性,可解决长距离、大夹角、大倾角的工程难题;通过修改管片设计方案,将机械法联络通道中管片拼装方式由径向插入修改为先纵向插入后径向插入是可行的。

针对轨道交通深圆形工作井基坑尺寸效应的相关问题,以深大城际圆形工作井基坑工程为依托,基于荷载结构法,系统分析不同直径条件下圆形基坑围护结构的受力变形特点,对比分析三维空间结构模型和二维弹性地基梁模型的计算结果,并讨论基坑尺寸效应对圆形围护结构工作性能的影响。研究结果表明:圆形地下连续墙实际为类圆形结构,在水土压力作用下也产生一定的竖向弯矩,处于多向受力状态;采用简化的二维等效模型进行圆形基坑围护结构设计是可行的,且该计算结果较三维模型更为保守;空间尺寸效应对圆形基坑围护结构的工作性能具有显著影响,深圆形工作井基坑直径<30m时环向效应十分明显。

针对既有地铁附属结构在临近深基坑一侧,支护结构施作难的问题,提出“护坡桩+对拉锚杆+斜拉锚索”配合注浆联合支护体系。采用 Midas 软件建模,从对拉锚杆间距与直径、斜拉锚索锚固段长度与道数4个方面设计单因素优化方案,并通过工程实例验证方案的合理性。研究结果表明:桩顶最大水平位移随对拉锚杆间距的减小而减小,随对拉锚杆直径、斜拉锚索锚固段长度与道数的减小而增大;护坡桩桩顶水平、竖向位移的模拟结果与监测结果趋势吻合,竖向位移呈抛物线型,水平位移呈弓型;基坑在施工过程中,地铁附属结构的变形控制较好,远低于近接深基坑桩顶位移;基坑顶部沉降位移呈波动上升趋势,深层水平位移在不同开挖阶段的变形趋势均为中间大两端小,且随着开挖深度的增加,地铁附属结构的最大水平变形位置沿井壁逐渐向下移动。

为探究斜螺栓接头在小直径盾构隧道中的适用性,明晰斜螺栓接头的力学特性及破坏机理,本文以外径6.2m、厚度350mm的管片结构为原型,开展4种水平轴力工况下钢纤维混凝土管片斜螺栓接头抗弯性能试验,分析不同轴力水平下管片接头的变形特征及抗弯性能,研究破坏工况下管片接头的承载特性和破坏机理。研究结果表明:管片接头承受的轴力越高,则接头抗弯刚度越高,接缝张开所需弯矩越大,即可通过提高螺栓预紧力或施加环向预应力主动提高接头轴力,以提高接头刚度;密封垫压缩后会造成密封槽处应力集中,设计中应选取匹配的密封垫或优化密封槽构造;破坏工况下,λ达到0.89时接缝顶部产生初始裂纹,最终因接缝顶部混凝土压溃而突然破坏,但斜螺栓未屈服,表明增强顶部混凝土抗压强度和降低斜螺栓插入角对接头承载力的提高是有利的。研究结论可用于指导管片接头设计。

针对目前地铁车辆各系统各自配置速度传感器,导致车辆速度传感器型号不一、数量众多的问题,构建了一种车辆测速平台。本文提出测速平台的总体设计原则,在分析车辆牵引、制动、信号、走行部等系统车速需求的基础上,提出测速平台的技术方案。该平台提出对车辆各系统测速传感器进行统型,综合速度传感器和加速度计信息提出计算车速的方法,结合地面应答器设备信息提出计算参考轮径值的方法。测速平台提出硬线和网络两种灵活传输车速信息的方式。研究结果表明:与传统测速方式相比,该测速平台为各系统提供统一且更准确的车速信息,能够满足牵引、制动、信号、走行部等系统使用需求。

针对整车与设备和转向架的模态不合理匹配,轨道车辆可能出现异常振动和噪声,甚至发生结构疲劳失效等问题,对转向架模态参数进行试验与仿真分析研究。首先,采用车辆在运行状态环境激励下模态识别方法,通过构架输出振动响应信号的互相关函数替换频响函数,再结合模态识别 PolyMax方法,有效辨识出构架在运行状态下易被激发出的模态。然后,探究转向架车轮进行镟修或车辆载重发生变化时对构架运行模态产生的影响,以便于全面掌握转向架构架的模态参数。最后,采用有限元仿真方法计算转向架构架在自由状态和约束状态下的模态频率。研究结果表明:镟轮前后基本不影响构架的模态参数,但随着载重增大,各阶模态频率普遍升高,这与车辆载重增大使转向架空气弹簧刚度变大,即使构架的边界约束状态发生改变有关;对比自由状态和约束状态下的转向架构架的仿真分析结果可知,不同约束条件下,有限元模态计算结果存在较大的差异,为保证有限元模型的准确性,应尽可能模拟实际的边界条件约束状态。研究成果以期为模态错频设计提供参考。

针对目前地铁车站站厅层公共区排烟模式较为单一、排烟效率低下的问题,以郑州市城市轨道交通车站站厅层公共区为例,设置了8种不同的排烟工况,着重研究开启不同位置排烟口的排烟效率,通过模拟,得到了不同工况下能见度、温度、CO浓度随时间的变化关系。研究结果表明:地铁车站站厅层公共区发生火灾时,并非开启的排烟口越多越好,而是要根据排烟风口的开启位置来确定;开启烟气水平蔓延阶段的排烟口会对烟气水平分层流动造成干扰,加剧上层烟气与下层冷空气的热交换与物质交换,导致温度为60℃的高度层及能见度为10m的高度层降低,不利于人员疏散;当火源处于站厅层公共区中部排烟系统最不利点时,站厅层公共区中部挡烟垂壁附近的排烟风口需正常打开,以便顺利排出该处聚集的火灾烟气。

针对当前我国建设意愿与融资情况矛盾愈发激烈的问题,采用案例研究法对伦敦市郊铁路的投融资模式进行研究。首先对市郊铁路 Crossrail 线路概况、开通历程、社会经济效益进行介绍,其次重点分析探讨“央地共同出资+受益主体出资”模式中央地出资比例及金额、不同受益主体出资比例及金额,最后从央地共担、吸引社会受益主体、以公共交通为导向的开发(transitoriented development,TOD)一体化、吸引其他交通运输企业参与等方面归纳总结 Crossrail 线路投融资经验。研究成果以期为我国市郊铁路乃至整个城市轨道交通行业的投融资提供借鉴。