智慧建造背景下高速铁路工程建设技术技能人才培养的探索与实践——以陕西铁路工程职业技术学院为例

随着信息技术和人工智能技术的快速发展,高速铁路工程由传统建造向智慧建造快速转变。本文以高职建设工程管理(高速铁路工程方向)专业为载体,聚焦高速铁路建设产业和企业转型升级对技术技能人才培养提出的新要求,对接高速铁路工程生产一线核心岗位职业能力标准,从人才培养理念、产教融合平台、校企协同育人模式、专业建设标准、专业课程体系、教学资源平台、人才培养考评机制及专业自主动态诊改体系等方面进行系统研究和实践,在提升专业人才培养质量及社会服务能力等方面取得了显著的成效,专业建设经验对智慧建造背景下同类专业建设具有一定的参考和借鉴作用。

铁路地质灾害勘察识别与监测预警

地质灾害对铁路建设、安全运营构成了极大威胁,“天空地”一体化综合勘察技术有效解决了地质灾害勘察识别难题。“天”基多源立体卫星遥感技术实现艰险复杂山区地质灾害的大范围精准判识,长时序InSAR与高精度GPS实现高陡岸坡的稳定性监测分析;“空”基真实感大场景、机载倾斜摄影和机载LiDAR扫描技术实现高植被覆盖区隐蔽性地质灾害判识;“地”基三维立体勘探技术获取岩土体结构、属性、参数;共同构建沟谷山地灾害链风险评价方案,为建设工程合理选址和工程设置提供依据。介绍地质灾害监测预警的方法、内容、技术和预警模型,对监测预警技术发展方向进行展望。

基于铁路带状北斗CORS的网络RTK测量精度分析

为研究和拓展北斗导航系统在铁路工程测量中的应用,利用BDS系统技术优势解决山区铁路测量定位难题。基于某山区铁路建立带状北斗连续运行参考站系统(以下简称“北斗CORS系统”)和高精度位置服务云平台。采用国产多星多频测量型接收机进行控制点数据采集工作,分别对比基于北斗CORS系统的单BDS、单GPS以及GNSS混合星历网络RTK观测数据以及传统基站形式的RTK观测数据的测量精度。结果表明:(1)铁路带状北斗高精度位置服务云平台网络RTK定位功能稳定可靠;(2)基于北斗CORS系统的网络RTK测量方法仅需进行高程曲面拟合,按3s采集的成果精度即可满足铁路测量规范中网络RTK中线测量、断面测量、施工放样、像控测量的精度要求,测量时应尽量采用同类型的设备并采用同精度观测方法以保证重复测量精度,也可通过增加观测时长、在局部区域利用既有高程控制点做高程校正的方式提高测量精度;(3)基于北斗CORS系统的网络RTK测量平面和高程内符合精度限差可分别设定为1.7 cm和2 cm,外符合精度可分别设定为2.2 cm和5 cm。

风沙地区铁路选线中的主导风向与沙丘移动速度判别方法研究

风沙危害是影响沙区铁路选线设计的重要因素。为解决主导风向和沙丘移动数据获取的技术难题,通过分析沙丘空间形态与风况作用的内在关系,构建新月形沙丘、线性沙丘和金字塔沙丘等不同沙丘区域的主导风向判别方法;结合沙丘形态学参数,利用Google Earth历史影像和GIS空间分析,提出沙丘移动速度的测算模型。以和若铁路沿线区域为研究对象,对该方法进行验证。研究结果表明:基于沙丘形态分析的铁路沿线主导风向识别方法能快速地得到选线范围内的主导风向,判别结果与气象监测数据的误差不超过15°;利用卫星影像和GIS的测量方法可实现沙丘移动速度的计算,沙丘移动数据能对气象站观测的风沙数据进行有效补充,提高了铁路设计中沙害勘察的准确性与效率。研究成果可为风沙地区铁路减灾选线提供一定的技术支撑。

自动确定边角混合网独立闭合差的增量算法

为评定外业观测数据质量和发现粗差,提出了一种闭合差搜索的通用算法。首先,针对高速铁路隧道中的各类边角混合网,基于平差理论,计算由边角混合网中测站数、非测站数和观测数确定其独立闭合差的数目,给出最简闭合差构成原则,求出余弦和正弦闭合差,推导闭合差限差计算模型,建立由闭合差探测观测值粗差的方法;进而导出闭合差增量与测站递增产生的重叠观测点数之间的数学关系式,设计数据结构实现测站与结点间双向多对多的拓扑映射关系,并基于分治思想,提出队列-测站双循环的增量算法来自动搜索最简且独立的闭合差;最后,以西南某高速铁路隧道构建的边角混合网为例进行算法验证。结果表明:增量算法能够在混合网中自动确定100%数量的最简独立闭合差,对观测值中存在的粗差100%予以探测,验证了采用该算法搜索闭合差及检核粗差的有效性。

3种平差基准下高速铁路CPⅢ平面控制网的精度分析

针对工程实际CPⅢ网复测中以CPⅡ进行约束平差出现大量CPⅢ点坐标超限的情况,提出合理的CPⅢ网平差方法,设计总长为4020 m的标准网和加密网两种CPⅢ平面网。建立重心、一点一长方向和一点一短方向3种平差基准,分别计算各基准下两种网形600 m间距CPⅢ点间的相对中误差,并与CPⅡ点相对中误差8 mm的规范规定进行比较。研究结果表明:两种网形在3种基准下,测距精度对点位相对精度影响均非常小,方向精度是影响点位相对精度的主要因素。在重心、一点一长方向(CPⅠ的间距)基准下,两种网形600 m间距CPⅢ点间的相对中误差均显著小于8 mm,高于CPⅡ的相对精度。

崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链演化特征分析及防治对策研究

某沟谷两岸坡面陡峻,沟谷狭窄,纵坡降较大,在地震、降雨等不利因素影响下,其左岸堆积体上方的崩滑堵沟隐患点可能出现失稳,并发展为崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链。针对此灾害链不同阶段的演化特征,采用相应的数值模拟模型和数值计算方法进行模拟分析和计算,评价其对沟口桥梁工程的影响,并采取相应的防治对策。经分析计算,崩塌滑坡隐患点距沟底高程落差约1 km,岩体体积约8×10^(6)m^(3),平均厚度约26 m,崩塌滑坡堵河可形成最大水深为14.4 m、面积约为7.19×10^(4)m^(2)、方量约为2.74×10^(5)m^(3)的堰塞湖;堰塞湖溃决形成洪水过程中,桥梁处最大水深为4.43 m(不含原始水位),最大流速为7.54 m/s,峰值流量为807 m^(3)/s;在溃决洪水强烈揭底冲刷和侵蚀的条件下,溃决洪水引发的泥石流在桥梁处的最大水深为7.1 m、最大流速为8 m/s、峰值流量为1685.5 m^(3)/s、最大冲刷深度为16.58 m。为减少该灾害链对桥梁工程的影响,采取河道疏通、岸坡防护和监测预警等防治措施。

时速400 km高铁CPⅢ网形优化及其精度仿真计算分析

目前,正在建设的成渝中线高铁预留有时速400 km的条件,为研究具有自主知识产权且能够满足更高速度高铁轨道平顺性测控精度要求的CPⅢ平面网优化网形,提出4种优化CPⅢ测量网形,用以提高测量精度。为验证优化后网形相较于标准自由测站边角交会网的相对点位精度增益情况,设计仿真计算实验。模拟计算5种平面控制网(标准CPⅢ平面网+4种优化网)相邻点相对点位中误差和最弱点点位中误差。其中,对5种平面控制网分别模拟1 km、4 km两种长度各100组,并与对应的小范围实测结果进行对比分析。研究表明,提出的CPⅢ平面网Ⅱ类和Ⅳ类优化网形相邻点相对点位中误差较标准网提高约30%,Ⅰ类优化网形相邻点相对点位中误差较标准网提高约10%,前者可用于更高速度高铁的CPⅢ平面网测量,后者对于提高现行CPⅢ平面网的精度和可靠性效果显著。

基于区间数模型的沙漠铁路站位方案优选方法

为解决沙漠铁路站位方案优选的多属性决策问题及其定性、定量因素综合量化评价与指标权重确定的技术难题,建立适用于沙漠铁路站位方案优选的评价指标体系,通过引入区间数理论对定性指标进行量化转换,得到站位方案的区间数决策矩阵;利用G1法和离差法的基本原理,设计基于离差-G1法的区间数指标综合权重计算方法,根据决策矩阵和指标权重构建站位方案的加权规一化决策矩阵;利用灰色关联度法改进区间数模型,通过计算备选方案与理想方案的综合距离来对沙漠铁路站位方案进行评价优选。以某新建铁路站位方案选择为例,进行方法验证。研究结果表明:利用区间数的定性指标量化方式能较为准确地反映指标的属性信息,通过离差-G1法计算的指标综合权重更为可靠,减少主观因素对决策结果的影响;通过综合距离对方案进行排序使各方案的优劣性得以更好地呈现,提高沙漠铁路站位方案优选的效率和准确性。研究成果可为沙漠铁路站位方案优化设计提供决策依据。

三维地理信息数据模型在铁路建设中的应用探索

三维地理信息数据模型是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术。该技术在市政、建筑、地质灾害监测等领域中已有较多应用,在铁路行业中已逐步运用于方案竞选、抢险救灾等。将该项技术在铁路建设项目中推广应用是将铁路建设工程三维数字化的一项重要手段。一、三维地理信息数据模型技术概况三维地理信息数据模型技术是为适应新时期铁路勘察设计对三维数字化勘测成果的需求,充分利用激光雷达、倾斜摄影、北斗导航等新兴测绘技术快速获取大范围三维空间数据。

复杂艰险山区高速铁路慢行病害特征与治理

针对我国西南复杂艰险山区高速铁路建设与运营中路基、桥梁和隧道出现导致列车运行速度减慢的病害(慢行病害),依托南昆、沪昆、西成高铁3条复杂艰险山区高速铁路运营期间监测与补充勘察资料,分析不同慢行病害的危害方式与变形破坏特征,研究高速铁路慢行病害产生的原因,提出治理方案。研究得出结论:地层岩性、地形地貌、构造应力环境、气候降雨、岩体结构条件等多重因素造成复杂艰险山区高速铁路出现路基基底上拱、斜坡桥梁位移、隧道基底上拱、隧道混凝土腐蚀等慢行病害,针对不同慢行病害提出多种治理方案。研究成果可为复杂艰险山区高速铁路工程建设、运营维护提供借鉴。

红层地区高铁路堑基底上拱等级预测研究

轨面平顺性是高速铁路安全运行的重要保证。近年来,四川红层部分高速铁路(客运专线)出现路基上拱病害,致使轨面不平顺并影响高铁正常运营。对于高速铁路无砟轨道线路,基底上拱整治十分困难,如能在铺轨前进行上拱预测,就可采取相应措施以减缓路基上拱,因此高铁路基上拱预测研究势在必行。以成渝客运专线为研究对象,在综合分析路基上拱主要影响因素的基础上,选取路基中心开挖深度、岩层倾角、砂泥岩互层关系、泥岩饱和单轴抗压强度、泥岩膨胀性5个评价指标,采用熵权法确定各指标权重,运用功效系数法建立高铁红层路基上拱等级预测模型。将该模型应用于成渝客专和沪渝蓉高铁建设前期主要上拱段及上拱等级预测,验证了该模型的可行性与实用性。

基于北斗CORS的铁路快速静态测量方法研究

复杂环境下由于卫星信号质量差等原因,常规地区的测量技术标准不具有适用性。为研究复杂环境下快速静态测量的技术方案,利用某铁路带状稀疏卫星导航定位基准站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)综合服务系统,开展一系列快速静态测量实验,通过箱形图等方式,分析不同星座、不同观测时长下的测量精度。与铁路控制网的成果比较后发现,观测时长为5~25min且解算成功的前提下,基于CORS的GPS+BDS、单GPS与单BDS的快速静态测量成果计算的外符合精度差异较小,平面和高程中误差整体优于16 mm和45 mm,均可满足像控点测量精度要求;存在解算失败的情况,解算失败的像控点与其距CORS站的距离无显著联系,随着观测时长的增加,解算失败的时段数明显减少。此外,在相同观测时长下,基于CORS的GPS+BDS与单BDS模式测量精度较高,单GPS相对较差。对于复杂环境,北斗CORS系统在铁路快速静态测量方面替代GPS是可行的,建议快速静态测量时长在25 min以上为宜。

城际铁路岩溶综合勘察方法研究

灰岩地区岩溶发育情况对城际铁路的施工及安全运营有重要影响,因此针对性进行高精度地质勘察十分重要。为降低复杂城区环境的影响、提高城际铁路岩溶勘察的精度与效率,依托某城际铁路,通过理论与实际探测效果对比,统计分析实际探测溶洞的大小并对比分析200 m长度试验区域跨孔地震CT、钻孔、等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)与微动4种方法的岩溶探测效果,研究不同孔间距对跨孔地震CT的探测效果,跨孔地震CT探测溶洞的分辨率,特定区域跨孔地震CT波速解释原则以及OCTEM、微动在不具备开展跨孔地震CT条件时的勘察效果。研究结果表明,跨孔地震CT工作中15 m孔间距相对30 m孔间距原始数据质量更高,岩溶识别率、分辨率更高,岩溶发育规模、空间位置形态的确定更准确,后期施工注浆及注浆用量的估算更可靠;15 m孔间距跨孔地震CT能够对2 m以上的溶洞进行精准揭示;在特定区域可以根据地震波速大小,将灰岩地区岩溶发育情况定量解释为风化层、溶蚀裂隙、溶洞以及较完整灰岩;在不具备跨孔地震CT工作条件时开展OCTEM和微动进行补充勘察,可以探明较大的溶洞,定性查明灰岩地区岩溶发育的程度。勘察方法具有勘察精度高以及不易受城际铁路沿线环境影响的特点,对城际铁路工程岩溶勘察具有重要意义,可在其他城际铁路岩溶勘察中推广使用。

三维激光扫描技术在既有轨道检测中的应用

在既有轨道检测中,传统接触式测量的检测方法存在速度慢、影响列车运营、威胁测量人员人身安全等缺陷。该文采用三维激光扫描技术与传统检测方法相结合的形式,利用万能道尺、RTK技术、水准仪和全站仪等仪器对测区内长480 m轨道进行接触式测量;同时结合三维激光扫描技术进行全景扫描,基于三维激光扫描仪获取的目标线路点云数据进行点云处理,对线路进行封装并提取目标线路特征值。经对所有现场采集的数据做后期处理及比对发现,扫描仪获取的点云数据经切片可以得到的轨道特征值均与传统勘测方法获取的数值相差,而且勘测速度、质量都有所提高,降低劳动强度和周期,完全可以满足现代既有轨道检测要求。

青藏铁路沿线断裂活动的灾害效应

青藏铁路沿线发育大量不同方向、不同性质、不同类型和不同规模的活动断裂。这些活动断裂对地震分布具有显著的控制作用,形成了12条区域性地震构造带。一些重要的活动断裂的平均运动速度达4～15mm/a,能够孕育6～7级以上的强烈地震,导致严重的地震灾害。在青藏高原北部常年冻土区,断裂活动不仅导致路基变形、路面破裂和工程破坏,还诱发不均匀冻胀、构造裂缝和移动冰丘等地质灾害,对青藏铁路、青藏公路和输油管道等线路的工程安全产生不良影响。断裂蠕滑运动与地下水活动、不均匀冻胀的耦合效应使青藏公路安多段路基松动和路面强烈变形,对青藏铁路的工程安全造成潜在威胁。

青藏高原昆仑山和羊八井现今地应力测量及其工程意义

对青藏高原昆仑山和羊八井的地应力实测结果表明 ,昆仑山的最大水平主应力量值为 6 .8～ 12 .9MPa ;羊八井的最大水平主应力值为 3.3～ 10 .4MPa ,总体来看 ,昆仑山的应力值比羊八井高。与中国其他地区表层地应力测量结果比较 ,从区域应力分析角度来看是属于高应力区。它们的最大主应力方向为NE和NEE。这与青藏高原大陆动力学研究的结论是一致的。此外 ,结合工程地质调查结果 。

高速行车条件下轨道几何不平顺敏感波长研究

应用车辆-轨道耦合动力学理论及分析软件TTISIM,研究轨道几何不平顺波长变化对高速车辆系统动力响应影响,探讨高速行车条件下轨道几何不平顺敏感波长问题。结果表明:在250～400km/h行车速度域,高速列车系统动力响应指标随轨道不平顺波长变化存在一个幅值相对较大区间;轨道不平顺类型和行车速度不同,敏感区间对应轨道不平顺波长范围亦不相同。综合对比发现:在250～400km/h行车速度域,轨道高低、方向和水平不平顺在长波段敏感波长范围分别约为80～160m、40～120m和50～160m;在相同行车速度条件下,轨道扭曲不平顺在长波段敏感波长范围约为40～100m。

重载铁路穿越老窑采空区综合勘察技术研究

受周边多个控制点因素限制,某重载铁路小半径曲线改造工程不可避免地通过煤矿老窑采空区。为了确定煤层开采分布及塌陷影响范围,评价其对铁路工程的影响,采用采空区资料收集与分析、区域地质调绘、工程物探(瞬变电磁、微动、高密度电法、孔内电视)及钻探验证等综合勘察方法,查明采空区分布边界及高程,并通过相关规范及周边工程经验综合确定合理岩土参数。研究表明,2#煤层基本在1530~1546 m高程范围,采出率为50%~60%;5#煤层基本在1480~1506 m高程范围,采出率为40%左右,煤层采空基本在这两段高程范围内,开采残留和垮落带迹象明显。拟建隧道正穿2#煤层采空区,上跨5#煤层采空区,线位平面绕避较为困难,该煤矿采空区整体上处于基本稳定状态,局部存在不稳定状态,对拟建重载铁路将产生较大危害,必须采取相应工程治理措施。

高速铁路轨道不平顺管理标准的对比分析

总结分析日本、法国、德国、欧洲标准委员会（CEN）以及中国高速铁路轨道不平顺管理标准,根据各国管理方式、检测方法的不同,提出一种将不同波长范围轨道不平顺管理标准转换至相近测量弦长管理值的方法,并将中国高速铁路250（不含）~350km/h速度等级的轨道高低、方向、水平、轨距和扭曲不平顺管理值与日本、法国、德国及CEN高速铁路相近速度等级、相同管理等级下的管理标准进行对比。结果表明,中国高速铁路轨道不平顺管理标准与日本新干线轨道不平顺管理标准较为接近,但明显严于法国、德国及CEN相应等级的管理标准,尤其是限速管理标准。我国高速铁路轨道不平顺管理标准的严格程度已达到甚至超过世界高速铁路发达国家,个别等级和类型的轨道不平顺管理值的经济合理性尚需进一步论证。