新疆克拉玛依至塔城铁路风雪灾害特征研究

风吹雪灾害是克塔铁路选线及设计中的重点和难点问题,研究风雪灾害特征,有效避免和减少灾害段落,对线路方案选择及雪害防治具有重要的理论与现实意义。利用既有气象资料,结合现场考察和数值天气预报模式、大气污染模式中气象模块的模拟结果,得出冬季的主导风向为东、东南风,夏季的主导风向为西、西北风,风向季节交替明显,东、西大风相继出现;冬季风普遍大于夏季风,风雪灾害防治的重点是冬季的风吹雪。利用卫星影像和区域气候模拟分析得出,南方案(老风口展线方案)可能发生风吹雪的段落比北方案(玛依塔斯走行方案)长24.2km,频次也较多。     

铁路沿线风吹雪灾害及其防治研究

新疆精—伊铁路经过的风吹雪灾害多发区最大风速平均值为14 0m·s-1,30年一遇的最大风速与最大积雪深度分别为20 3m·s-1和160cm,平均冬季降水量153 2mm。在风吹雪多发区,铁路风吹雪灾害的主要类型是路堑型风吹雪沉积,其次是低填路堤型风吹雪沉积。路堤低、路堤边坡平缓,路面上易发生风吹雪沉积;路堑边坡的角度越小、路堑越深、路堑走向与主导风向的夹角越小,风吹雪沉积越不易发生。在风吹雪害多发区,铁路路堤设计的适宜高度为200～1500cm。风吹雪的防治应以设防风吹雪走廊和下导风板为主,并辅以侧导板和挡雪墙等。     

基于WRF模式新疆铁路网大风灾害研究

大风灾害对铁路建设影响日益突显,为解决偏远地区铁路前期规划设计阶段常常遇到气象资料匮乏问题,使用高分辨率WRF模式模拟风速作为常规气象风速观测补充,分析研究新疆铁路网沿线日平均风速,为已建成铁路沿线防风工程和未来铁路规划提供基础数据。研究表明:通过对比站点实测风速与模拟风速,可以发现新疆北疆地区模拟风速在冬季呈现高估现象,而在夏季呈现低估现象;模拟风速在新疆南疆地区整体呈现高估现象。总体上,模式模拟风速可以模拟新疆复杂地形下风速变化。在1979~2013年间,多年平均大风日数反映出已建成的兰新铁路和南疆铁路仅在百里风区、三十里风区、南疆前三十里风区有较大值;规划中的克塔铁路、库格铁路、和罗铁路和哈将铁路在山区复杂地区大风日数有较大值。除兰新铁路三十里风区附近地区大风日数呈现减弱趋势,新疆其余地区大风日数呈现不同程度增加趋势。大风指数分析发现规划中和罗铁路、库格铁路、哈将铁路、克塔铁路大部分线路大风指数均处在高值区,且均以每10年8 m/s以上速率增加。     

路堤风吹雪灾害流场分析

研究目的:道路风吹雪灾害是雪害地区重要的灾害类型,对交通运输造成了很大的威胁,以路堤工程为例研究道路风吹雪灾害,对穿越雪害区的交通修建具有重要的理论意义与现实意义.研究结论:本文采用了大型有限元软件ANSYS模拟路堤工程风雪流场,分析了路堤高度、边坡坡率及入射风速的变化对路堤风速场的影响,确定了路堤断面的风速场模式.结果表明,风速模拟值与实际观测值基本吻合,当路堤高度处于一定高度范围内时,采用高路堤、小边坡坡率等提高路堤面风速措施可有效减轻路面风吹雪灾害.研究结果可为路堤工程设计提供科学依据.     

山区铁路风吹雪灾害的防治

风吹雪是风携带着雪粒在近地面空气中运动,将雪从一地搬运到另一地的自然现象。在山区,风吹雪常常影响铁路建设与运营。以精伊铁路为例,分析研究风吹雪的特征、类型、影响因素、发生机制、规模以及发生的规律等,计算了最大积雪深度、最大风速,并结合实际工程设计提出防治风吹雪灾害的工程措施。     

防风吹雪走廊挡风防雪构造物设置形式的研究分析

新疆精伊霍铁路横穿北天山,该区积雪期长达6个月,风力最大10级,起雪风速3.4 m/s,工点范围内风速最大可达24.8 m/s,对积雪的沉降及二次分配较大,山谷处风速较低,易形成山地沟谷的深厚积雪,当铁路开挖成路堑且风向与路堑斜交或垂直时,则能填埋铁路线,以至填平路堑,尤其是暴风雪更严重地影响了铁路运输的安全、畅通。为减小风吹雪对铁路的危害,精伊霍铁路在开工实施前便成立研究小组,通过多年研究实施采用了防风吹雪走廊、挡风墙、挡雪栅栏、防护林带等组成防风吹雪系统工程。建成后通过几年的运营观察该系统工程在防治风吹雪害方面技术先进、效果明显,有效降低了风吹雪对铁路的危害。     

精伊霍铁路建成全国首个铁路防风吹雪走廊

全国首个铁路防风吹雪走廊工程在新疆精伊霍铁路（精河一伊宁一霍尔果斯口岸）建设完成，成为这条横穿天山山脉的铁路大动脉一道抵御风雪的屏障。这条铁路防风吹雪走廊全长约54km，分布于精伊霍铁路雪害严重的路段，由防风吹雪走廊、挡雪栅栏、防护林带、砖砌挡风墙、桩板墙等多个子工程构成。桩板墙是我国首次在铁路防风雪应用中的科技项目。走廊采用网架结构，上部铺设复合材料，能有效改善风吹雪带来的危害。精伊霍铁路横穿天山山脉南麓丘陵区，当地气候复杂，冬季严寒多雪，风速较大。     

路堑风吹雪的观测与研究

研究目的:铁路风吹雪灾害中路堑是最易引起雪害的断面型式,有效避免和减轻路堑遭受风吹雪灾害,研究路堑断面型式与风吹雪的关系,对铁路雪害防治具有重要的理论意义与现实意义。研究结论:本文结合现场观测和有限元模拟分析结果,得出路堑内风速总是较小,最易产生风吹雪堆积,路堑越深,在上风向堑坡坡脚处形成的涡旋减速区规模和范围越大,边坡上的临界储雪量越大,风雪流灾害发生的进程相对越慢,边坡越缓,形成的涡旋减速区规模和范围就越小,较缓的边坡有利于减轻路基面风吹雪积雪灾害,但较缓的边坡相应的工程量成倍增大,从工程灾害安全与经济效益两方面来考虑,边坡坡率的选择应同时考虑其他雪害防治措施等因素。     

铁路风屏障的气动绕流及风吹雪特性研究

为进一步了解高寒地区铁路沿线针对西部强风设置的铁路风屏障,本文以空气动力学原理及气固两相流理论为基础,采用CFD数值模拟技术对铁路风屏障的气动绕流现象及风吹雪特性进行研究。分别考察不同透孔率条件下不同类型风屏障对线上车辆气动绕流特性的影响,并以透孔率30%轻型风屏障为代表研究不同风屏障高度、设置位置,不同来流风速及雪粒子粒径下的风屏障风吹雪特性。研究结果表明:透孔率30%轻型风屏障的设置对列车气动力改善效果最优;高度4.5m、距线路4m、透孔率30%轻型屏障引起的后方风吹雪灾害相对最小,来流风速及雪粒子粒径分别对线路附近区域积雪厚度有不同程度影响。     

兰新线嘉乌段接触网设计风速探讨

本文主要阐述了改建铁路兰新线嘉峪关至乌鲁木齐西段百里风区内的接触网设计风速及接触网结构校验等效风速的确定;提出了在接触网设计过程中,根据具体的分析来确定何时采用风偏设计风速,何时采用结构校验等效风速,在设计中二者不能等同;通过对当地气象资料的分析,确定在风灾害地区结构设计风速的取值;另一方面分析了风效应的影响程度,从静力学及动力学角度分析,在现实工程设计中如何考虑横向风振即脉动风对接触网的影响。     

铁路防风雪走廊复合材料结构设计与研究

精伊霍铁路新疆段所经沿线是雪灾发生严重地区之一,该地区风吹雪灾害给铁路的安全运行带来了极大的隐患。为设置挡风结构以保障列车行驶安全,充分利用复合材料的比强度和比模量高、重量轻、耐疲劳性能优异、耐环境性能和可设计性好等优点,采用MSC.Nastran有限元软件对铁道防风雪走廊复合材料结构进行设计,使其满足结构承载要求,并以此为指导制造出复合材料防风雪走廊。该结构已在精伊霍铁路部分区段成功应用,这将为我国铁路路基防风技术的研究提供良好的参考。     

连镇铁路引入连云港地区方案研究

研究目的:连云港地区现仅有陇海铁路,2013年底已开工建设的青连、连盐铁路将构建沿海铁路通道,2015年拟建连镇铁路,规划徐连客运专线也提上建设日程,届时连云港将成为衔接徐州、盐城、淮安、日照、连云港东五个方向的关键地区。通过对连云港地区铁路现状分析,统筹考虑该地区在建项目和规划项目,对接轨方案和区间走向方案进行系统研究,从经济技术合理性和建设时机进行比选,提出连镇铁路引入连云港地区的最佳方案,以完善地区总图。研究结论:通过研究得出以下结论:(1)连镇铁路可采用直接引入连云港站方案或利用连盐线董集站接轨共线引入连云港站两个方案;(2)综合比较后,最终采用连盐线董集站接轨共线引入连云港站方案,并对该方案远期连云港~连云港东段能力不足的情况采取了增设反向发车线等措施,使方案更加经济、合理;(3)本研究成果可应用于地区总图规划研究领域。     

高原与戈壁地区风沙流结构特性差异研究

研究目的:通过现场实测及室内试验等研究手段,分析研究了青藏高原和新疆戈壁强风地区风沙流运动变化规律,探讨了二者风沙流结构差异及具体表现形式,为上述地区风沙灾害防护工程的设计施工提供一定的基础数据及理论支撑。研究结论:(1)受风力筛选作用的影响,风沙流中沙粒粒径组成呈现正态分布,都以小于0.25 mm粒径段的沙粒为主;(2)青藏高原和戈壁强风地区的起沙风速存在明显的差异,戈壁地区起沙风速约为11.0~20.0 m/s,远大于青藏高原地区7.0 m/s的起沙风速;(3)大风携沙量与高度呈现e的幂指数变化,随着高度的增加,大风携沙量呈下降的趋势;(4)在近地表0.5 m高度范围内,青藏高原地区的集沙量为总集沙量的90%左右,而戈壁强风地区仅为76%;(5)本研究成果可以为类似环境条件下风沙灾害防护工程的设计修建提供一定的参考。     

风沙流与铁路涵洞的响应规律研究

研究目的:在风沙灾害多发地区,携沙气流途经铁路涵洞时,受边界效应和狭管加速效应影响,气流会出现明显的扰动,在涵洞周边出现一系列的沙物质蚀积变化,严重时会堵塞桥涵,危及线路安全。针对上述问题,本文采用数值模拟和现场试验相结合的研究方法,研究涵洞风沙灾害形成的机理,对于减缓既有铁路涵洞沙害和新线设计具有重要意义。研究结论:(1)风沙流途经涵洞时,在涵洞进口内侧会形成一个局部高速涡旋区,之后随着气流的推进,涵洞内的风速开始逐渐消减,但其数值依然略高于来流风速;(2)受狭管加速效应影响,涵洞内风速的垂直梯度差会被放大,出现明显的速度分层现象;(3)风沙流沿导流堤向涵洞口行进过程中,风速呈现缓慢降低的变化趋势,易出现沙粒沉降现象;(4)受构筑物形态影响,涵洞进出口的风速曲线呈现开阔的拱形,涵洞口两侧为明显的低速沉沙区,易发生风沙堆积现象;(5)本研究成果可为铁路沿线涵洞风沙灾害防治提供一定的理论支撑。     

结合GIS技术的雄商铁路功能定位研究

研究目的:雄商铁路的建设将促使区域高速铁路网形成新的格局,其在路网中的作用和功能定位将直接影响与相邻线路的分工、客流需求预测、线路速度目标值的选择、线路建设方案等,对项目的建设及主要技术标准的确定起到至关重要的作用。为此,本次研究从区域路网现状及规划格局入手,结合GIS技术,全方位剖析项目在国民经济和路网中的作用,综合确定项目的功能定位。研究结论:(1)雄商铁路是纵贯国家战略版块的桥梁、推动沿线城市群协调共享发展的载体、京港台综合交通走廊中的绿色骨干交通方式,意义作用突出;(2)雄商铁路是高铁网南北通道的骨干、中部地区旅客运输的主通道和区域铁路网的脊梁;(3)雄商铁路是串联三大城市群,兼顾城际客运功能的重要线路;(4)雄商铁路是以中长途路网功能为主,兼顾城际客流的高速铁路骨干线路;(5)本项目功能定位可为确定其合理建设方案及技术标准提供依据。     

基于大地震风险的川藏铁路线路方案评价模型

研究目的:川藏铁路途经的道孚、甘孜地区是我国著名的高地震烈度区,区内地震活动强烈,频次高、震级大。因此,开展针对川藏铁路的基于大地震风险分析的线路方案评价研究,对于川藏铁路的选线设计和安全运营具有重要作用。研究结论:(1)提出了铁路大地震风险的定义及计算方法,并通过改进铁路传统的评价方法,建立了大地震风险区铁路线路方案评价模型;(2)利用ALARP准则将风险分为可接受风险、可容忍风险及不可容忍风险三类,通过利用改进的方案评价方法和汶川大地震实震统计数据提出了相应铁路大地震风险的分类标准,并建立了通过方案比选作业从宏观层面实施铁路大地震风险调控的技术体系;(3)最后的实例分析表明:桥隧比例低的线路方案,考虑了大地震风险后的年换算工程-期望运营费增加不多,这应是具有普适性的现象;(4)该研究成果可为川藏铁路及其他高烈度地震区铁路的线路方案研究提供参考。     

城际铁路设计理念研究

研究目的:城际铁路的国民经济和社会效益巨大,但建设投资大,其运营具有准公共性的特点,决定了其运营经济效益不佳的客观情况。如何确保城际铁路可持续运营,成为城际铁路可持续发展的关键。研究结论:(1)确保城际铁路可持续发展是城际铁路设计的总目标;(2)要确保城际铁路可持续发展,应从扩大项目收入来源、节约项目建设成本两条技术路线着手;(3)应按照"五网合一"的理念优化城际铁路线网规划,落实好经济选线、交通衔接、站点周边综合开发等提高项目客流吸引能力;(4)应拓展物业开发、广告等多渠道扩大项目收入来源;(5)应选择适宜的项目技术标准、优化工程技术方案、采用安全且具备可实施性的工程措施、临时用地与永久用地统筹研究、采取适宜的投融资方案以及强化建设阶段投资控制等措施节约项目的建设成本;(6)本研究成果对城际铁路线网规划、勘测设计和建设管理具有指导意义。     

“丝绸之路经济带”铁路通道发展战略研究

研究目的:"丝绸之路经济带"是在古丝绸之路概念基础上形成的一个新的经济发展区域。为了加快推进经济带有关国家的互联互通,通过对铁路在交通走廊中核心作用的研究,从战略层面提出国际、国内铁路通道的布局方案,并对国内通道路网构成及重要节点的规划方案进行深入研究,为"丝绸之路经济带"铁路通道的规划建设提供决策意见和建议。研究结论:(1)根据"丝绸之路经济带"的辐射方向,构筑六大国际通道、四大边境口岸、"两主两辅"国内通道的路网格局;(2)提出当前应充分利用既有设施,解决通关难题、加强货源组织、统一运价,开行国际货运班列,尽快形成通道效应;(3)建议加快推进中吉乌、中巴、格尔木至库尔勒、南疆环线等铁路项目建设,早日形成"两主两辅"国内通道;(4)加快实施西安、兰州、乌鲁木齐等铁路枢纽(地区)及相关铁路口岸配套工程建设;(5)研究成果可为"丝绸之路经济带"相关区域的铁路项目实施方案、建设时机等提供重要参考依据。     

国铁与城轨列控系统互联互通的技术方案研究

研究目的:近年来,随着我国铁路运输网的不断发展和城市群一体化轨道交通网的建设,为实现资源共享、提升旅客出行效率,干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通存在融合发展的需求。作为保证行车安全的关键系统——列控系统的互通性是一个重要的研究方向。本文通过归纳总结国内外铁路列控系统互联互通的方案,提出我国国铁与城轨列控系统互通性的方案。研究结论:(1)归纳总结国内外铁路列控系统互联互通技术方案,分析各自采用的技术路线;(2)提出了国铁和城轨线路衔接处设置共管区域,车载设备通过地面应答器完成控制权切换的互联互通方案;(3)提出了车载设备分散式和集成式的两种集成方式,建议前期按分散式方案实施;(4)提出了国铁不同CTCS等级线路与城轨CBTC互联互联的地面应答器布置方案;(5)本研究成果可为国铁和城轨交通列控系统的融合提供参考和借鉴。     

郑万铁路引入郑州地区方案研究

研究目的:设计方案比选是一个多目标、多因素、多层次的系统工程。本文以郑万铁路引入郑州地区为工程背景,为引入多条铁路布局,构建郑州地区"米"字形高速客运系统,现有的客运系统已无法适应,在规划研究成果基础上,客运系统考虑新增线路的引入方案,深化系统补强措施,合理选择设站方案。研究结论:(1)通过对城市总体规划、航空港经济综合试验区和综合交通规划等诸多方面的研究,结合郑州站、郑州东站、郑州北站三站的功能定位,从客运站设置条件、吸引客流条件、线路顺直性、与城市规划的配合、空铁联运便捷程度、对外交通疏解、征地拆迁、工程实施技术条件、对铁路运输系统(含既有和规划)影响等方面分析各方案的优缺点,推荐机场东站址方案;(2)合理选择空港新区设站方案,并对地区总图、客运系统分工和车站设计进行了论证;(3)该研究成果可为类似项目的方案比选提供参考。