Winding Function Theory Based Thrust Calculation on Nested-loop Secondary Linear Machine Adapted to Linear Metro

With advantages of strong drive capability,nested-loop secondary linear machine(NLS-LM)has great potentiality in linear metro.For its secondary structure with multiple loops,it is difficult to calculate the electromagnetic thrust of NLS-LM reasonably.Hence,in this paper,one thrust calculation method is proposed considering variable loop inductance and transient loop current.Firstly,to establish the secondary winding function,the modeling domain is confined to a limited range,and the equivalent loop span is employed by analyzing the coupling relationship between primary and secondary.Then,in order to obtain the secondary flux density,the transient secondary current is solved based on the loop impedance and induced voltage.Finally,the electromagnetic thrust can be calculated reasonably by the given primary current sheet and the calculated secondary flux density.Comprehensive simulations and experiments have demonstrated the effectiveness of the proposed method.

盾尾刷-油脂腔密封系统油脂逃逸规律研究

油脂逃逸导致油脂腔内压力降低,由此诱发的盾尾密封系统漏水、漏浆等安全责任事故屡屡发生。研制盾尾刷密封系统油脂逃逸的单元体试验装置,采用逐级加压将油脂注入盾尾密封系统油脂腔内,每级压力持续420 s,记录不同盾尾间隙及不同油脂锥入度工况下腔内的密封油脂开始逃逸时的油脂注入压力值、以及逃逸后储油装置中密封油脂的稳定损耗速率,最终获得了盾尾密封系统的油脂逃逸规律,并总结了盾尾油脂的逃逸模式。研究结果表明:1)油脂逃逸速率主要受油脂锥入度和油脂压力的影响,根据油脂逃逸规律变化曲线,油脂逃逸速率可以分为不逃逸、低速逃逸、快速逃逸3个阶段。油脂不逃逸至低速逃逸的油脂压力称为油脂逃逸压力,油脂低速逃逸与快速逃逸之间的油脂压力值为油脂腔内外压差控制值;2)建立了油脂逃逸速率和工程中油脂消耗量的对应关系,结合工程中每环盾尾油脂允许消耗量可实时判断盾尾刷密封性能;3)当油脂锥入度小于286.4(1/10 mm),盾构姿态与管片姿态控制良好时(盾尾平均间隙为75 mm),在水土压力及同步注浆压力基础上最大可增加0.3 MPa的油脂压力,提出的油脂腔内外压差控制值可指导实际工程盾尾油脂压力设定最大值;4)油脂逃逸模式可划分为无逃逸、非均匀逃逸和均匀逃逸3种模式并得出其发生条件。该研究对于指导盾尾密封性的设计及施工有着基础性的意义。

盾尾密封失效诱发砂土地基盾构管片环失稳坍塌研究

盾构管片环失稳坍塌案例时有发生,探究其失稳坍塌发生条件对于预防重大安全事故发生具有重要意义。基于Midas GTS建立30环考虑环缝螺栓作用的荷载−结构计算模型,从盾尾管片环地基掏空和盾尾姿态突变2个方面探讨盾构管片环结构失稳破坏过程及失稳坍塌的发生条件。结果表明:盾尾渗漏使盾尾壳体失去了周围地基的有效约束作用,盾尾发生前仰后俯的姿态变化,隧道结构发生横向“横鸭蛋”和纵向挠曲变形,最终导致部分管片环坍塌。盾尾下沉位移是诱发管片环失稳坍塌的主要因素,盾尾下沉导致隧道纵向变形快速发展,快于盾尾渗漏引起管片环周围地基掏空所导致的隧道纵向变形。当盾尾下沉位移大于0.50 m且掏空范围大于5环、盾尾下沉位移大于0.45 m且掏空范围大于10环、盾尾下沉位移大于0.40 m且掏空范围大于11环时,环缝最大张开量超过单根螺栓极限应力时的环缝张开量47.43 mm,部分纵向螺栓被拉断,管片外水土发生喷射,加快管片环外砂土快速流失。当盾尾下沉位移大于0.5 m且掏空范围大于9环时,环缝最大张开量超过65.2 mm,管片环椭圆率超过46.1‰,最终诱发多环管片环失稳坍塌。研究结果可为盾尾渗漏诱发的重大安全风险评判提供参考。

区域轨道交通跨线站配线方案研究

“四网融合”发展背景下,区域轨道交通网络化运营成为重要发展趋势,而跨线站则是实现不同轨道交通线路互联互通的关键节点,因此有必要对跨线站设计进行探究。从优化车站运输组织出发,对跨线站配线方案进行研究,为实际配线布设提供参考。首先,以跨线运营模式为研究对象,根据跨线前后信号制式异同,将跨线分为同信号制式跨线和跨信号制式跨线,分析两种跨线模式列车作业种类及流程,并研究两种模式下行车组织、承载客流形式、应急管理等因素对于车站配线设置的相关需求。之后,结合配线需求,针对同信号制式和跨信号制式跨线站,分别提出了配线布置原则。最后,基于布置原则,在进一步分析两种跨线站列车作业特征基础上,研究并提出适用于不同车站构型、不同客流特征的典型配线设置方法,并进一步考虑运输组织适应性、建筑规模、工程量等因素提出适应不同实际运营场景的建议方案。通过研究,对于同信号制式跨线站,建议以在发车端设单渡线、交叉渡线等配线为主;对于跨信号制式跨线站,结合当前技术条件建议增设到发线,并根据实际需求设置折返线等其他配线。

富水环境下盾构隧道最小覆盖层厚度设计与计算方法综述

覆盖层厚度设计是建设水下盾构隧道的关键环节之一。覆盖层厚度过小,围岩在施工扰动下易发生失稳,引起塌方、突水等灾害;覆盖层厚度过大,则会对工程预算与工期提出更高的要求。通过文献调研,结合已有实际水下盾构隧道工程案例,对现有合理覆盖层厚度设计和计算方法进行研究与总结。得出:1)水下盾构隧道设计方法主要分为理论分析法和数值模拟法;2)根据隧道结构稳定分析侧重点不同,理论分析法可分为考虑抗浮稳定性设计方法和考虑掌子面稳定性设计方法;3)现阶段水下盾构隧道合理覆盖层厚度的设计方法多基于数值模拟和理论分析,对实际工程工况进行一定程度的简化,且未能全面考虑复杂建(构)筑物环境、施工工艺以及隧道自身结构特性的影响,覆盖层厚度的研究深度和设计方法的适用性仍需进一步提高;4)目前,富水环境下盾构隧道最小覆盖层厚度的研究内容已较为丰富,但与实际工程的结合较为困难。未来的研究应进一步考虑施工的经济性、施工流程、复杂环境条件、结构寿命及智慧建造平台等方面。

轨道交通列车新一代健康管理系统架构研究

科学维护运营车辆、保障列车运行安全一直以来都是轨道交通领域的核心问题。近年来,随着列车预测性维修和无人驾驶等重大需求的提出,迫切需要实现全息状态感知、精细诊断预测、及时反馈处置的列车健康管理功能。现有系统架构存在着感知低效、融合深度不足、模型优化动态差、计算协同弱、自主化决策水平低等问题,先进的物联网、大数据、人工智能、数字孪生等技术的发展,推动了列车健康管理系统架构向更高水平智能化演进。文章对列车健康管理系统技术发展阶段进行了梳理划分,在此基础上提出了基于泛在感知与协同计算的轨道交通列车健康管理系统4.0架构,详细阐述了其内涵概念、系统架构和关键技术,归纳出泛在感知、协同计算与健康管理深度融合的解决途径、技术手段和预期效果,明确了现阶段技术攻关的主要方向,进而支撑列车安全保障和运维品质的提升。

三模式掘进机选型及模式转换技术研究——以广州市地铁7号线为例

为解决复杂多变地层条件下单一模式或双模式掘进机适应性不足的问题,依托广州地铁7号线萝岗站—水西站区间三模式掘进机施工案例,开展三模式掘进机选型及模式转换技术研究。该区间包含软土、富水砂层、硬岩等复杂多变的地质,通过对区间地质特征、掘进风险、模式适应性等方面的综合分析,结合三模式掘进机工程应用效果的反馈和进一步探究,确定三模式掘进机选型及模式转换方案。结果表明:1)长距离、高强度硬岩地层适合采用敞开式硬岩模式,沉降要求高的富水砂层适合采用泥水平衡模式,带孤石的软土地层适合采用土压平衡模式;2)集3种模式于一体的三模式掘进机能有效解决地铁盾构区间穿越多种复杂地层(软土地层、沉降控制要求高的地层以及硬岩地层)时的盾构选型和地层适应性问题,实现掘进机多模式一体、一键切换、一机多用;3)掘进模式转换流程、工艺的工程应用,形成了掘进模式快速、安全转换技术;4)硬岩掘进的双排渣方案能有效解决一般硬岩条件下的高效排渣(硬岩掘进螺旋输送机出渣模式)和硬岩富水条件下的防喷涌(硬岩掘进泥水出渣模式)问题。

高富水复合砂层盾构隧道渗透破坏原因分析

特殊的地层条件及水力条件是事故发生的关键因素。本文通过砂土流失模型试验,发现单一砂层、复合砂层的渗流破坏特征存在显著不同。单一砂层和“上粗下细”复合砂层的侵蚀空洞呈漏斗形,而“上细下粗”复合砂层的侵蚀空洞呈碗形。当渗流出口处于粗细交界面时,上细下粗的复合砂层,使大部分的水头损失消耗在上部的细砂层中。相同条件下,“上细下粗”复合砂层中的渗流破坏最为强烈。广东某地铁区间突发涌水涌砂导致地面坍塌。事发地为珠三角河网地带,盾构机处于由下层中粗砂和上粉细砂组合而成的复合砂层中,同时邻近河涌强供水,两种结合极易发生涌水涌砂,引发周围地层砂水快速流失,造成上覆土层的大面积塌陷。试验结果与现场现象相吻合,揭示了高富水复合砂层中容易导致事故的地层和水力方面原因及上述多种因素组合致灾的机理。在类似工程勘察设计阶段,需重视复合砂层的识别,并做好盾构的“密封”措施,防止渗流出口的出现。

地铁车辆段不同区域振动传递特性分析

为了降低地铁车辆段上盖物业建筑的环境振动和二次噪声,很有必要研究地铁上盖物业下方车辆段不同区域的振动特性。对国内某城市地铁车辆段上盖物业振动测试结果进行分析,对比分析特征区域包括车辆段库内区线路、咽喉区线路和试车线的钢轨、轨旁结构柱及距离轨道中心7.5m地面振动源强的垂向和横向振动频谱,同时对不同频段的衰减量进行分析,获得车辆段在不同区域的振动特性。研究表明:试车线的总振级最大,其次是咽喉区,总振级最小的是库内区,钢轨垂向的总振级分别为123.1、113.0和94.1dB。虽然已经对咽喉区和试车线区部分线路实施部分减振措施,相较于库内区,其仍然是车辆段产生振动噪声问题的主要区域;在关注上盖建筑振动时,尤其需要对6至63Hz频带的振动进行控制。根据此研究结果可对不同区域的振动进行针对性控制,更有效减小振动噪声影响。

城市轨道交通乘客画像构建方法及应用策略研究

用户画像广泛应用于个性化推荐、广告精准投放等领域,但目前轨道交通领域的相关研究尚不完善,存在乘客画像的信息少、维度单一、指标设计和挖掘不充分等问题。通过从运营管理者和乘客服务多角度系统梳理互联网+城市轨道交通乘客画像的新需求,进而结合AFC和土地等多源数据,构建满足新需求下的轨道交通乘客画像指标体系,并给出关键性指标的计算和推断方法。以北京地铁为例,构建并验证轨道交通乘客画像构建方法的有效性,分析了乘客画像在辅助精细化客流预测方面的应用效果。结果表明,将反映乘客个体出行特征的返程客流加入到S-ARIMA模型中,相比S-ARIMA模型均方根误差(RMSE)下降9.02,对称平均绝对百分比误差(SMAPE)下降0.16%,有效提高客流预测精度。乘客画像未来还能应用在更多的场景,支撑轨道交通的智慧化、一体化出行服务。

铁路至城市轨道单向免安检条件下换乘效率提升评价

安检互认能够兼顾保障站厅运行安全与提升疏散通行效率的优点,为有效提升铁路与城市轨道交通二者之间的换乘效率,定量研究了铁路至城市轨道单向免安检实践中的换乘效率提升情况。以广州南站为例,首先,根据高铁单向安检客流要求,重新优化站内功能区布局并梳理构建客流进出流线;其次,通过Anylogic微观动态仿真软件标定好模型参数,输入实际调查客流数据,基于社会力模型对乘客真实的高铁至城市轨道交通换乘行为构建行人仿真模型模拟研究;最后,通过确定评语集、建立因素集,选取时间效率、速度效率、拥挤程度三方面指标构建模糊综合评价方法,对实施单向免安检前后的交通组织方案换乘效率进行定量评价。实验结果表明,在实施单向免安检后,铁路至城市轨道换乘平均时间下降约16s,安检平均排队人数减少28人,铁路站厅内平均人数下降110人。方案评价得分由2.16上升至2.93,增加0.77,实施单向免安检后效率评价由“一般”上升至“较高”。

中国盾构隧道工程关键技术的新进展综述

从研究背景与思路、机制/原理、材料/装备、技术论证、试验研究、工程应用等方面介绍中国大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面关键技术的最新进展情况。认为:1)自主研制的超大型盾构机用直径8.01 m主轴承大型套圈纯净度、大型滚子纯净度、大型套圈疲劳性能、大型滚子硬度均匀性、套圈材料淬透性和淬硬层深度、保持架焊缝疲劳寿命和拉断力均优于进口水平;构建了真实对数曲线大型滚子设计方法,突破了高精度大型滚子加工技术,处于国际先进水平,高精度加工和装配保证了零件尺寸精度及形位公差均满足设计要求;通过产品验收、装机应用论证和工程应用,表明应用该大直径主轴承不会产生接触疲劳强度不足和微动引起的疲劳磨损,可用于超大直径盾构隧道工程建设。2)针对黏性、富水砂性和硬岩等复杂地层,以改善岩土环境为核心,研发出了高配向密度的聚合型泡沫剂、高分子抗黏剂、喷涌防止剂和耐磨抑尘剂等环保型系列渣土改良剂,形成了盾构泥饼、喷涌和磨损原位改良主动防控技术,建立了通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系,保障了盾构安全高效掘进。3)针对盾构掘进过程中的盾尾密封失效难题,研发了“黏-稠-流”有机统一的新型盾尾密封油脂,温度敏感性低(黏温系数0.4)、抗水压能力强(最高抗水压3.5 MPa),整体性能提高1.3倍,为盾尾安全提供了有力保障;针对盾构同步注浆浆液泌水、离析和地层沉降难题,研发出了同步注浆充填剂,优化了惰性充填浆液配比,30 min零泌水,实现了壁后惰性充填,保障了管片壁后注浆质量和地层沉降精细化控制。4)新型管片连接技术采用环缝插入+纵缝滑入的连接形式,可以高标准地控制隧道接缝张开量和错台量,管片制作及拼装精度高,可降低接缝防水难度,提升成型隧道的质量,无需设置手孔,无需人工紧固作业,自动化程度高,施工效率高,可节约施工成本及改善洞内拼装作业环境。5)研制出的土压+泥水+TBM三模掘进机能够满足复杂多变、软硬不均复合地层等几乎所有地层的掘进施工,且可在不停机、不拆装设备的前提下实现掘进模式的快速转换,在TBM掘进模式下螺旋输送机+泥浆管道可协同排渣,解决了富水硬岩地层掘进排渣难的问题,机械化和智能化程度高,安全可靠,施工效率高,可改善工人作业环境,节省工期和成本。中国盾构隧道建设取得的巨大成就,推动了中国乃至世界盾构隧道技术的发展和进步,但仍时有安全事故发生,需从装备、材料、技术、管理等方面进一步研究和突破。在今后较长的时间内,中国盾构隧道(尤其是大直径盾构隧道)仍将处于高速建设发展期,面临的建设条件将越来越复杂,技术难度和挑战也将越来越大。要实现盾构隧道建设的快速、安全、健康,需处理好盾构隧道技术领域的关键问题,实现盾构隧道关键核心技术的突破。上述关键技术仍需不断完善并加强推广和应用,以促进中国盾构隧道建设向高适应性、高智能、高可靠性、高效益、高质量、高安全性和低能耗方向发展,形成适合于中国“土壤”的盾构隧道新技术。

基于CFD-DEM的盾构泥浆管道排渣特性参数影响规律研究

盾构用泥水循环系统排渣时,其排渣特性直接影响排渣效率,进而影响盾构的施工效率。针对实际工程施工中,泥浆管道的排渣过程不能直接观察,内部泥浆和岩渣的运动规律也不明确的问题,以广州地铁7号线三模式盾构地铁隧道施工为背景,采用CFD-DEM耦合方法建立管道泥浆和岩渣耦合的数值仿真模型,通过单因素影响实验方法,分析泥浆流速、密度、黏度及管道直径等泥水循环系统关键参数对泥浆管道排渣特性的影响规律。结果表明:岩渣颗粒在管道中的运动形态大部分为在管道底部做推移运动,经过弯管部分时会对弯管外侧造成冲击,泥浆经过弯管时在内弯管处流速增大;随着泥浆流速、泥浆黏度的增加与管道直径的减小,泥浆压力损失以二次方的形式增加,泥浆压力损失随着泥浆密度的增加而线性增加。

城市轨道交通安检系统智能判图模式研究与设计

为提升城市轨道交通安检系统判图效率及准确率,设计一种新颖的判图模式,将AI(人工智能)图像识别技术与人工集中判图技术有效结合。首先针对逢液必检现状引入液体检测算法,避免对安全液体的开包查验,其次按安检品风险等级进行分类处理,最后结合AI置信度判断、人工抽检或必检判图对安检品进行判定。本判图模式可根据不同阶段下AI图像识别准确度和判图需求灵活调节AI介入深度,随着AI图像识别准确度的不断提升,逐渐从AI为辅、人工为主判图模式向AI为主、人工为辅的判图模式平滑渐进迭代,最终实现完全智能判图模式。通过案例分析可知,在不降低城市轨道交通车站安检水平的前提下,本判图模式可以进一步达到前端过检增速、后端降本增效的目的。

广州都市圈城际新线动车组设计与选型研究

在广州都市圈“城际+地铁”一体化运营模式背景下,基于城际新线的线路规划和运营需求提出了动车组的顶层技术要求,动车组不仅需满足城市内部大客流量的便捷出行和人性化服务,还需与既有城际线网互联互通,实现线网一体化运营。结合既有和规划城际线网,并考虑到技术引领和示范作用,论文提出了动车组速度等级、运能、车长、车门、旅客服务设施、智能化新技术、绿色环保顶层技术指标建议,为广州都市圈城际新线动车组的设计与选型提供技术依据。

潮汐水变化条件下深厚淤泥质砂层地铁车站深基坑渗流特性研究

近年来,我国城市化发展规模日益壮大,地铁成为城市交通的主要方式,而地铁车站建设难度受所在位置的地层条件影响,在富水条件下进行地铁深基坑的施工存在较大的安全风险。本文以广州市某地铁车站工程为例,采用有限元方法模拟分析潮汐水变化条件下深厚淤泥质砂层地铁车站深基坑渗流特性,通过监测岛上地下水位变化情况,并与模拟数据对比,分析涨、落潮过程渗流场变化情况,根据数据发展趋势,对变形较大位置,提前增加钢支撑进行干预,降低变形速率,调整土方开挖分层厚度,加快支撑施工时间,有效的控制了基坑变形。在基坑开挖的全过程中,坑外地表沉降、地下水位变化、围护结构墙体水平位移等检测数据均处于设计控制值以内,施工效果及安全管控达到预期。

地下连续工字钢接头混凝土绕流机理研究

在地下连续墙施工过程中,由于工字钢与槽壁之间存在较大的空隙,混凝土的浇筑容易绕流至地连墙两侧工字钢处,在工字钢表面形成凝结块,影响下一幅地连墙的施工质量,导致接缝位置发生渗漏,不利于施工安全。本文以广州市某地铁车站工程为例,采用有限元方法模拟分析富水条件下地下连续墙在不同接头箱情况下的绕流机理,为地下连续墙的安全施工提供理论指导,并将含翼缘接头箱进行工程应用,提高了施工质量,减少混凝土绕流。

基于可信性的城市轨道交通质量基础体系研究

城市轨道交通以其快速、便捷、安全、大运量和高效率等优势,成为解决我国城市交通问题的首选。城市轨道交通是国家重点发展战略新兴产业,我国在建设速度和运营规模方面引领世界,但快速发展的同时,运维成本与质量安全控制能力不足之间的矛盾日益凸显,缺乏系统研究,国家质量基础设施(NQI)技术协同难以发挥效能。开展城市轨道交通可信性研究是破局之道,通过建立全生命周期可信性要求的NQI协同技术体系,提出智能化时代NQI综合技术应用解决方案十分必要。

基于Workbench的地铁CSB接触器安装座裂纹分析及优化

为分析某地铁CSB接触器安装座的裂纹原因,基于Workbench有限元方法,对该地铁CSB接触器安装座进行了模态分析,并以GB/T 21563—2018标准中的车体安装部件加速度谱为激励,对CSB接触器安装座进行随机振动分析。根据有限元分析结果,不仅得出了CSB接触器原安装座结构的机械特性,也从结构的应力状态和振动特性得出:原安装座结构裂纹正处于结构受力薄弱处,为车辆长期运行振动下出现的疲劳裂纹。同时,也对CSB接触器安装座优化结构的振动变形量和应力与原结构进行了对比,优化改进后的结构应力及振动特性明显好于原接触器安装座结构,其结构可靠性进一步提升。

地铁列车正线故障处置智能辅助系统应用实践

当地铁车辆在正线运行发生故障时,若不能迅速排除故障,将可能导致列车晚点,造成不良社会影响。现行故障处置模式只能对正线已经发生的故障进行处置,属于事后被动处置,缺乏对正线故障关联因素的预警,不能防患于未然。针对地铁列车正线故障处置存在的效率低及事后被动问题,文章提出一种正线故障处置智能辅助系统及方法,即通过正线列车实时监测预警,基于列车正线故障历史数据进行深度学习,在实际故障未发生之前提前对各系统隐患进行预警,降低故障影响;通过列车HMI显示屏智能故障指引,将故障处理措施显示到列车HMI显示屏上,屏幕自动出现故障处理指引提示,便于司机现场处理故障,提升处置效率。