城市轨道交通超长隧道双车追踪模式下火灾烟气控制与人员安全疏散研究

[目的]城市轨道交通发车间隔一般较短,在超长隧道内会出现同方向行驶两列列车的情况,一旦发生火灾容易造成重大财产损失和人员伤亡,因此需对超长隧道双车追踪模式下的火灾烟气蔓延规律和人员安全疏散策略进行研究。[方法]采用FDS(火灾动力学模拟)软件和Path-finder软件,建立超长隧道火灾模型和人员安全疏散模型,对双车追踪模式下的火灾烟气蔓延规律,以及人员疏散进行仿真分析。[结果及结论]双车追踪模式下,前车尾部着火,通过临界风速纵向通风可保证前车火灾安全;火源下游烟气前锋的蔓延速度为3.20 m/s,至600 s时烟气蔓延至后车,620 s时烟气可完全覆盖后车;烟气温度沿隧道纵向衰减很快,且温度衰减符合双指数模型规律。双车追踪模式下,减小联络通道间距可减少人员疏散总时间,对人员疏散时离开列车的时间影响不大;开启列车端门和疏散平台一侧车门,可显著减少人员疏散时间。在超长隧道双车追踪的最不利火灾场景下,人员疏散存在困难,可通过减小联络通道间距保障人员疏散安全。

城市轨道交通浮置板轨道纵向联板的动力效应分析

城市轨道交通浮置板轨道纵向联结处存在薄弱环节,轨道设计时对板与板纵向联结的动态效应考虑不足。通过引入等效密度及等效地基系数的方法对钢弹簧浮置板轨道系统板下基础进行合理的模型简化,建立了预制式和现浇式浮置板系统振动特性三维有限元分析模型,充分考虑了钢轨、剪力铰和板下基础对浮置板结构振动特性的影响,研究了浮置板轨道系统模态与谐响应特性,分析了浮置板纵向联结处的动力效应特性。结果表明:浮置板轨道在1~200 Hz低频段的模态振型变化主要表现为四种运动方式:刚体运动、弯曲、弯扭组合和扭转;对于预制板轨道系统,浮置板主导整个系统的振动特性表现的频段在系统模态分析和谐响应分析中表现出一致的规律;对于现浇板轨道系统,当频率为32.6~57.8 Hz时,浮置板对系统振动特性的主导作用弱化,表现为过渡频段;浮置板联板动力效应产生的低阶弯曲模态在预制板系统中表现为刚体运动模态;对于由Ns块板组成的浮置板系统,联板效应引起的单块板每阶弯曲模态频率附近的附加模态数为N_(s)/2-1。

新型装配式无砟轨道设计方案理论与试验研究

为适应城市轨道交通铺设装配式无砟轨道的发展趋势,克服传统现浇整体道床混凝土浇筑量较大等缺点,提出一种新型装配式无砟轨道结构设计方案,采用理论分析与试验测试相结合的方法,建立轨道系统有限元精细化分析模型和室内实尺试验模型,对城市轨道交通新型装配式无砟轨道力学响应开展理论分析和试验研究。研究表明:新型装配式无砟轨道在列车荷载作用下轨道板最大拉应力为0.696 MPa,最大位移为0.04 mm;静载试验中轨道结构应变随着垂向静荷载增大呈线性增加趋势,在510 kN垂向加载力作用下轨道板最大压应变为38.4με,卸载后残余变形很小,未出现明显塑性变形,结构承载能力满足要求;疲劳试验中随着疲劳加载次数增加,轨道板混凝土和钢筋应变在较小范围内变化,钢筋变化最大幅值为3με,混凝土最大变化幅值为10με,结构未见裂缝,抗疲劳性能良好;轨道结构加速度和位移峰值从上往下逐层递减,衰减效果显著;结构第一阶主频为70 Hz,与车辆系统频率相差较大,不会产生共振。

城市轨道交通参数可调覆盖式轨道吸尘装置研究

[目的]针对城市轨道交通钢轨打磨后产生的铁屑粉尘难以清除的问题,需结合铁屑粉尘的特性,设计一套能够进行参数调整的覆盖式轨道吸尘装置。[方法]通过分析钢轨打磨铁屑的特性与道床结构,确定轨道吸尘装置设计的可行性与必要性;对该吸尘装置的吸口进行设计,采用流体仿真分析吸口宽度和离地间隙对吸尘系统风压、风量及功率的影响,并对比不同参数下的风量与风压;根据灰尘的运动模型和有效沉降因素对集尘箱结构进行优化,提高其集尘效果,并通过流体仿真验证其有效性;根据设计参数建立轨道吸尘小模型装置,并通过不同尺寸试验物料、不同离地间隙进行对比试验。[结果及结论]吸口宽度的变化对吸尘系统的影响不大,在其小范围变化的情况下可以忽略;吸口离地间隙越大,吸尘系统中的风压逐渐减小,风量逐渐变大,功率也逐渐变大,吸尘率也随之下降;试验装置吸口离地间隙小于20 mm时,对钢轨打磨铁屑的吸除率达到90%以上,对粒径5 mm的砂石的吸除率达到92%以上,对粒径1 mm的沙尘的吸除率达到96%以上。设计的参数可调式轨道吸尘装置具有较好的吸尘效果。

城市轨道交通铺轨基地设置研究

铺轨施工是城市轨道交通建设的重要工序,铺轨基地的合理设置是决定铺轨工期的关键。结合多年城市轨道交通工程设计及施工经验,从铺轨基地设置原则、位置、数量、基地布局等方面进行了系统研究,分析了铺轨基地设置需考虑的各种因素,并对轨排井设置、铺轨基地建设等进行了深入探讨。

一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法

不同线路之间工程条件的差异导致18导则半经验模型环境振动源强预测准确度较低,致使后续减振工作浪费大量时间、经济成本。为了提高预测准确度,实现环境振动敏感点的精准筛选,节约减振成本。建立了可以反映隧道壁振动的车辆-轨道-盾构隧道耦合振动模型,基于蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法提出了一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法,以半经验模型中的3个修正项C_(W)、C_(R)及C_(T)为例,分析了导致修正项预测准确度具有随机不确定性的主要因素并提出了相应的标准化管理建议。主要研究结论如下:所建模型具有较高的计算效率和计算精度,单个工况计算时间为90 s,可弥补MC法耗时的缺点,时域幅值误差在12%以内,源强误差在1 dB以内;同种扣件不同弹性垫板之间非线性载频变刚度的差异是导致C_(W)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-1~+3 dB的误差;不同线路之间钢轨磨耗等级的差异是导致C_(R)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-3~+3 dB的误差;不同中硬土之间弹性模量的差异过大是导致C_(T)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,当土体剪切波速在250~375 m/s时C_(T)的准确度较高,当在375~500 m/s时,C_(T)的准确性较低,预测误差可达3 dB;当同时考虑多个修正项带来的误差时,源强预测误差范围可达-4~+9 dB,设计时极有可能采取不符合断面实际要求的减振措施,从而浪费大量减振成本,因此建议严格控制扣件弹性垫板非线性载频变刚度、钢轨磨耗等级等因素的随机性,并以剪切波速375 m/s为界将中硬土划为两类并给出相应的修正项。

虚拟编组条件下列车区间解耦和耦合适用性分析

列车在区间进行虚拟解耦和耦合作业实现编组数量的动态变化,进一步提高城市轨道交通运营组织的灵活性。将列车区间虚拟解耦和耦合作业与传统快慢车、大小交路和Y型线的运输组织模式相结合,基于相对制动距离的安全防护方法提出虚拟编组下列车最小安全追踪距离的计算公式,考虑列车参数、区间长度、区间限速和安全间隔等影响因素,分析列车区间虚拟解耦和耦合作业的运动过程及适用性。仿真结果表明,虚拟编组相较于常规移动闭塞情况列车最小安全追踪距离缩短了69%以上;市区线由于站间距较短,区间耦合目标速度需低于30 km/h,宜在车站进行静态作业,而市郊线和城际线站间距较长,区间解耦目标速度和耦合目标速度分别能达到160 km/h和80 km/h,宜在车站和区间进行作业;区间动态作业相比于车站静态作业能力提高了40.9%。

橡胶混凝土道床车致振动能量俘获研究

随着城市轨道交通运营里程的不断增加,为保证运营安全,需对轨道等结构进行健康监测。目前,既有监测传感器的供电方式主要采用外部市电或蓄电池。如何将列车运行产生的振动能量俘获并用于监测传感器供电,已经成为近些年的研究热点。针对橡胶混凝土道床,设计了一种全新的球型俘能器。通过构建列车荷载作用下橡胶混凝土道床的计算模型,对垂向位移、应力、电压、总电能等指标进行分析。主要结论如下:(1)采用阵列形式将球型俘能器埋入橡胶混凝土道床,最优位置在轨枕之下5 mm;(2)在6 m长橡胶混凝土道床范围内布设10个俘能器,一辆8节编组A型列车驶过可产生毫焦级别的电能,若按照5 min发车间隔估算,1 h俘获总电能122.4 mJ;(3)橡胶混凝土道床较普通混凝土道床更有利于能量俘获,当橡胶含量为10%时,道床内部俘能器阵列所俘获的总电能较普通混凝土提高5%,应力等力学性能指标也在安全范围内。

城市轨道交通装配式轨道板自密实混凝土施工质量影响因素分析

[目的]针对地铁施工空间狭窄、装配式轨道板道床施工质量难控制、自密实混凝土施工质量要求高等问题,通过现场试验方式,分析自密实混凝土施工质量的影响因素。[方法]通过试验分析了不同配合比、施工工装、施工技术、混凝土运输时长和施工环境等对自密实混凝土质量的影响。[结果及结论]自密实混凝土配合比黏度改性剂用量宜为30 kg/m 3,砂率控制在50%左右,粉煤灰用量控制在15%~25%;观察孔灌注高度宜保持在20~30 cm,宜采用“慢-快-慢”的灌注工艺,灌注时间宜为3 min以上;灌注漏斗材料宜采用2 mm以上钢板材质;中转料斗宜采用闸刀阀门。

基于改进YOLOv5s算法的钢轨扣件状态检测方法

[目的]为提高轨道巡检效率以及优化巡检策略,有效避免漏巡、漏检等问题的发生,提出了一种基于改进YOLOv5s算法的钢轨扣件状态检测方法。[方法]介绍了YOLOv5算法的网络结构。在YOLOv5s算法的骨干网络中融入C3-CBAM(卷积注意力)模块以获取更多细节特征,然后采用BiFPN(加权双向特征金字塔)网络进行多尺度特征融合,形成改进YOLOv5算法。针对弹条断裂、弹条缺失、弹条移位和螺栓缺失4种状态进行了试验验证。[结果及结论]采用改进后的YOLOv5s算法比原YOLOv5s算法在测试精度、召回率、平均精度上都有所提高,表明该方法对钢轨故障扣件分类检测具有很好的工程应用价值。

基于双目定位和同步触发的城市轨道交通工务综合检测车

[目的]目前城市轨道交通隧道及轨道的工务巡检大多仍采用传统的人工巡检方式,亟需有效提升巡检效率及准确率。[方法]提出了一种基于双目定位和同步触发技术的城市轨道交通工务综合检测车(以下简称“综合检测车”),阐述了该综合检测车的系统架构,并介绍了同步定位模块、供电模块及人机交互模块的功能,以及工务病害故障检测所采用的识别算法。介绍了该综合检测车的定位计算和同步控制技术,并对其在城市轨道交通工程中的实际应用效果进行了分析,对其技术优势进行了总结。[结果及结论]该综合检测车可在2 h内完成城市轨道交通线路隧道及轨道的巡检工作,实现对多类病害故障的智能综合检测。与人工检测相比,其准确率提升了60%,巡检成本降低了30%。

城市轨道交通预制轨道板尺寸与线路线型适应性研究

[目的]通过研究预制轨道板尺寸与线路线型的适应性关系,并根据相应的限制条件提出合理的预制板尺寸,为预制轨道板的工程设计及标准化提供依据。[方法]依据预制轨道板通过以直代曲和扣件横向调整实现平面曲线线型,通过扣件竖向调整以实现缓和曲线及竖曲线线型的施工,由几何关系得到扣件横向允许调整量和竖向允许调整量与板长的关系表达式。通过几何关系,根据板缝的允许值得出预制板长度与宽度间的关系表达式。[结果及结论]研究表明,轨道板长度限值与扣件横向允许调整量及扣件竖向允许调整量关系密切,线型不是预制板宽度的限制因素。建议扣件横向允许调整量取值2 mm,竖向允许调整量取值15 mm;建议同一条线预制板长度的规格不大于两种,当线路曲线半径R≥950 m时采用长度为5.9 m板,当300 m≤R<950 m时采用长度为3.5 m板,当R<300 m时采用横向大调整量扣件。

城市轨道交通线网检测车路径优化

针对目前轨道检测车作业路径缺乏系统规划方法的弊端,以城市轨道交通线网为背景,构建成网条件下多约束地铁大型检测车辆路径优化模型(urban track inspection vehicle routing problem,UTIVRP)。针对地铁线网的特点,设计具有特殊编码方式的文化基因算法,并通过北京地铁实际算例予以验证。计算结果表明,在满足既定检测要求的情况下,优化方案不仅能够减少车辆48.88%的空走里程,而且能够将线网的检测间隔最大偏差率降低93.33%。

城市轨道交通减振轨道DI型弹条断裂原因分析及治理效果

[目的]弹条是减振轨道扣件中的关键部件,其力学性能及承受疲劳载荷性能关系到城市轨道交通列车运行安全及轨道使用寿命。针对目前弹条失效破坏频发的情况,有必要对其断裂原因进行分析并制定合理治理措施。[方法]以某城市轨道交通线路某区段出现弹条集中断裂的情况为依托,通过弹条断口分析确定弹条的断裂类型为疲劳断裂,通过分析弹条的化学成分和物理性能未发现异常状态,通过仿真分析和试验分析得到弹条的固有频率。结合弹条断裂区段轨道动态测试得到轨道和弹条的振动特性,由此确定轨道波磨可能是引起弹条出现反复断裂的主要原因。针对该原因制定了合理的治理措施,对治理前后的弹条断裂数量进行了统计。[结果及结论]钢轨打磨措施有效抑制了轨道波磨,大大减少了弹条断裂情况的发生,进一步佐证了轨道波磨是引起弹条断裂的主要原因。

城市轨道交通高精度装配式轨道关键技术及应用成效

[目的]为深入贯彻国家交通强国战略与标准化、智慧化和精细化等低碳装配建造理念,针对当前城市轨道交通轨道结构以现浇道床为主带来的施工精度不足、施工装备落后、维修手段欠缺及全寿命周期系统性差等问题,需对城市轨道交通高精度装配式轨道技术进行研究。[方法]按照标准化设计、工厂化制作、机械化施工、高精度控制、全寿命管理的总体研发技术路线,依托上海轨道交通二期、三期建设项目,对装配式轨道理论研究以及方案设计、效果试验和验证、轨道状态在线监测等进行了研究,并简述了高精度装配式轨道技术的应用成效。[结果及结论]形成了高精度预制装配技术、节能施工装备技术、绿色建造技术和智能监测技术等城市轨道交通装配式轨道关键技术,显著提升了轨道建设与运维品质。高精度装配式轨道技术的应用,有效提高了轨道结构的建造精度;较大幅度提高了轨道结构的优良几何形位状态以及稳定性、平顺性等指标;无轨系列施工装备节省了施工期间的大量人力、物力及时间成本;轨道状态在线监测系统及管理平台的应用,使得人工巡检工作量减少30%~40%,维保工作效率提升20%~30%,设备病害检出率提高30%~40%;减少了城市轨道交通列车运行的环境影响。

基于滑模和径向基函数神经网络的城市轨道交通列车速度跟踪控制算法

[目的]针对城市轨道交通列车运行控制系统中传统ATO(列车自动运行)速度控制算法在速度跟踪控制方面存在的控制精度不高和抗扰动性差的问题,提出了一种新的速度控制算法来提高控制精度。[方法]首先,建立了列车运行的单质点动力学方程,针对牵引和制动系统在执行指令时存在的时滞现象设计了时延补偿模块;其次,在控制器设计部分采集速度和位置误差建立滑模切换函数,并通过微分方程推导建立滑模控制器;最后,为了抑制滑模控制器固有的抖振现象,将其输出的切换控制量采用径向基神经网络进行目标训练从而优化控制器。[结果及结论]基于徐州地铁3号线二期改造列车参数在Matlab软件上进行仿真试验,其仿真结果证明该算法保证了列车在运行过程中,控制器输出的速度可以更高效精确地跟踪给定的推荐速度曲线。

城市轨道交通不同道床形式下轨道病害分析及经验总结

现阶段,我国城市轨道交通不断发展,城市地铁建设中越来越离不开道床的建设,不同的道床形式得到了广泛应用,文章以城轨交通中不同道床形式下的轨道病害为主要研究对象,总结养护经验,为相关工作提供参考。

城市轨道交通工程铺轨施工技术要点分析

城市轨道交通工程铺轨施工是轨道交通建设过程中至关重要的一环,直接关系工程质量和运营安全。轨道交通工程铺轨施工建设不仅要确保轨道交通建设顺利进行,更要保障广大乘客的出行安全。文章围绕城市轨道交通工程铺轨施工进行研究,重点阐述了城市轨道交通工程铺轨施工技术要点,包括施工准备、合理选择铺轨方式及道床混凝土浇筑等,旨在提升城市轨道交通施工工艺和质量,更好地促进城市轨道交通工程的建设发展。

GCY-450型轨道工程车停放制动失效分析及预防措施

针对GCY-450型轨道工程车停放制动时出现的溜逸问题,在介绍停放制动和单元制动器的工作原理基础上,从换向阀故障、减压阀压力值偏低等方面,分析轨道工程车停放制动失效原因,确定是由于减压阀压力值低于标准值导致停放制动失效。针对失效原因,提出在维护保养中增加减压阀压力值检查,以及定期校验压力开关、减压阀和压力表等预防措施。

CBTC系统中计轴失效处理的研究

[目的]CBTC系统多采用计轴来提供列车辅助定位功能。然而,在计轴出现故障时,如果一律按“占用”处理,将会显著影响系统运营效率;而如果选择在实际无车时按“空闲”处理,则该处理方式不应降低系统安全性。因此,有必要研究CBTC系统在计轴失效时应如何处理。[方法]基于IEEE 1474系列国际标准和CZJS/T 0033—2015《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统(CBTC)接口规范-互联互通接口规范互联互通系统总体要求》,分析了CBTC系统内部计轴区段的状态处理,提出了CBTC系统内部计轴区段的状态机模型,并给出了CBTC系统内部处理计轴故障报告占用的方法。同时,还探讨了CBTC系统直接对实际空闲的计轴故障占用区段进行复位的可行性,并对两种提高计轴系统可用性的方法进行了比较。[结果及结论]IEEE 1474系列标准并不强制在CBTC系统中装备计轴。然而,考虑到CBTC系统的降级模式,通常在CBTC系统中装备计轴。在计轴出现故障并永久报告占用时,可采取的处理方法包括:人工复位以清除计轴故障、通过CBTC处理使CBTC列车正常运行,以及配置计轴监督区段以规避单一计轴区段失效对系统功能的影响。