兰新铁路思甜至了墩段沙害形成原因分析及防治研究

为解决兰新铁路思甜至了墩段风沙灾害问题,基于现场调研,掌握研究区沿线沙害现状和沙害形成原因,并提出防治措施。沿线风沙危害发生与当地干旱多风的气候条件、铁路沿线松散的路堑边坡、路堑堑顶弃土和路堑内形成弱风区有关。综合考虑工程造价和现场实际情况,研究区铁路防沙设计建议采用固化松散路堑边坡+堑顶弃土构筑挡沙堤+高立式阻沙沙障+大方格阻固沙障相结合的防沙模式,构建立体防沙体系。     

兰新铁路百里风区风沙灾害防治技术研究

在对新疆维吾尔自治区地理位置、地形特征、气候条件开展研究分析的基础上,结合乌鲁木齐铁路局管内兰新铁路的线路走向、地质分区、地形地貌特征等,探讨兰新铁路百里风区风沙灾害的成因及主要表现形式,有针对性地提出一些风沙防治对策及建议,为强风地区沙害严重地段列车的安全运行提供一定的借鉴。     

全风向梯度集沙仪的研制

兰新铁路风区防风沙工程的建设对保证列车风区安全行驶至关重要,而掌握风沙流规律是防沙工程设计的基础,为此,根据历史大风特征统计分析结果研制了全风向梯度集沙仪,对风沙流进行现场观测。全风向梯度集沙仪为兰新铁路第二双线防沙减灾工程的建设提供了基础数据依据。     

兰新铁路百里风区虱沙灾害防治技术研究

在对新疆维吾尔自治区地理位置、地形特征、气候条件开展研究分析的基础上,结合乌鲁木齐铁路局管内兰新铁路的线路走向、地质分区、地形地貌特征等,探讨兰新铁路百里风区凤沙灾害的成因及主要表现形式,有针对性地提出一些风沙防治对策及建议,为强风地区沙害严重地段列车的安全运行提供一定的借鉴。     

兰新铁路强风地区风沙成因及挡风墙防风效果分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"和南疆铁路前百公里强风地区风沙成因进行分析,研究挡风墙后不同高度、不同间距风速变化情况,现场实测挡风墙的"遮蔽效应",对挡风墙的防风效果进行评价.研究结论:兰新铁路强风地区风区大风主要为内陆寒潮性大风,受地形地貌引起的狭管效应、下坡风及局地大气对流效应的影响较大,具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定、起风速度快等特点.现场实测表明,挡风墙防风效果显著,3 m高挡风墙后在3 m高内风速较挡风墙外侧风速大大降低,风速20 m/s时有效遮蔽范围超过38 m,有效地减弱了列车的倾覆力矩.不同条件下挡风墙对沙害减弱的影响还需进一步加深研究,这些结论对于今后铁路防风沙具有一定的指导和借鉴作用.     

兰新铁路百里风区风沙流结构特性研究

通过对兰新铁路百里风区戈壁风沙流进行现场观测研究,提出风沙流密度的新概念,解决风沙流研究中如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化特点的重大技术难题。根据现场实测资料分析,揭示风沙流密度沿高度变化的特点,不同高度风沙流密度与风速的关系,阐明临界风速的概念,认为风区建(构)筑物所承受的压强为净风压与沙粒冲击压之和。在自然风速超过临界风速情况下,风区建(构)筑物所承受风沙流压强以沙粒与建(构)筑物碰撞压力为主,这与传统设计中以净风压作为风荷载设计完全不同,解决了风区工程设计中遇到的技术难题,避免由于对戈壁风沙流的认识不足而造成的损失,对即将修建的兰新二线提供一定的借鉴和参考,对戈壁地区风沙流科学的完善也具有一定的意义。     

兰新铁路十三间房段的戈壁风沙流特征分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"风沙成因进行分析,研究戈壁砾漠地区风沙流密度沿高度变化的特点,不同高度风沙流密度与风速的关系及大风携沙的粒径分布特征。研究结论:戈壁地区大风携沙主要集中在3 m以下,约占总携沙量的87%左右;在同一高度条件下,风沙流密度随着风速的增加显现e的指数增加;而当风速条件一致时,风沙流密度随着高度的增加显现下降趋势。集沙颗粒分析则指出:在不大于3 m的高度范围内百里风区的风沙流运动形式是以跃移为主;超过3 m以后,则以悬移为主。     

基于GIS的风沙地区铁路选线不良地质环境建模及线路优化设计研究

风沙地区铁路选线主要受制于地质因素、环境因素，实现沿线区域地质环境建模是减灾选线及线路优化设计的基础。为提高沙害区线路方案设计的效率与水平，借助遥感技术实现铁路沿线风沙灾害信息识别与提取，设计多源异构地质数据的入库规则与存储方式，建立基于GIS的风沙地区铁路选线不良地质信息库，实现灾害数据的统一管理；利用获取的选线区域矢量、栅格、专题数据，基于GIS建模功能构建风沙区选线地质环境模型，实现不良地质信息的多维表达与空间分析，通过可视化的立体选线方法进行线路方案的优化设计。以格库铁路某沙害区选线为例，建立线路三维地质环境实体模型，通过分析风沙流对平面穿越和立体绕避2个线路方案的危害程度，得到了较为合理的设计结果。研究表明，本方法能够为今后风沙地区铁路选线设计提供一定的技术支撑。     

兰新高速铁路风沙区段挡沙墙设计参数试验研究

兰新二线风沙路基主要集中于烟墩风区及百里风区,大风条件下极易形成风沙流,挡沙墙是解决风沙对铁路危害的主要措施。为充分发挥挡沙墙的防风沙作用,针对兰新高速铁路沿线风沙流成因及规律进行分析,对挡沙墙高宽比、孔隙率和高度3个参数分别进行对比试验,提出适合该地区铁路防沙的挡沙墙优化设计思路。结果表明:当挡沙墙高度一定时,风沙防护效果与挡沙墙的宽度显现出一定的负相关变化;对于均匀结构的网状沙障来说,孔隙率为40%的防沙效果最优,30%的次之,50%的相对最差;从不同高度挡沙墙的风沙防护效果来看,高度为2.0 m的挡沙墙的风沙防护效果相对较好,高度为2.5 m和1.5 m挡沙墙防沙效果略差。     

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。     

接触网参数对接触网风致响应的影响及风洞试验验证

大风作用会使接触网发生更大更复杂的振动与风偏,为给大风区接触网的防风设计提供科学依据,采用有限元计算与风洞试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS软件建立包括支撑结构和悬挂部分的有限元耦合模型;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;通过计算不同接触网参数组合方案在风荷载下的风致响应位移,定量分析得出悬挂类型、张力组合、跨距对接触网风致响应的影响。接触网气动弹性风洞试验结果表明,接触网参数对风致响应的影响的研究结果正确。研究成果应用于兰新铁路第二双线大风区接触网系统方案设计和技术参数选择,并作为主要理论支撑之一,形成了首个国内外铁路电化行业的风区接触网装备技术条件。     

风沙地区铁路施工增加费用研究

随着我国铁路网的延伸,穿越大风地区、沙漠地区或风沙地区的铁路项目越来越多,现行的相关标准表现出明显的不适用性,针对风沙地区铁路施工增加费需要进一步研究完善。以新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线新疆段四大风区为研究样本,根据现场测定的不同风力等级条件下人工、机械降效幅度,结合各风区的施工月份大风资料,确定各风区的降效系数,并与原标准、其他行业分别进行水平测算分析。研究结论:(1)铁路工程风沙地区施工增加费的计算基数宜由人工费调整为人工费与施工机械使用费之和;(2)通过水平测算分析,提出风沙地区铁路施工增加费标准建议,可为《铁路基本建设工程设计概(预)算编制办法》的修订提供参考依据。     

风沙流对戈壁地区挡风墙响应规律的数值模拟分析

基于FLUENT欧拉双流体模型,对兰新铁路沿线既有挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟,得到挡风墙背风侧的流场分布特点以及积沙情况。结果表明:挡风墙背风侧风速廓线变化规律呈指数增长趋势,在0.5 m至挡风墙自身高度区间内变化较为复杂,呈先减小后增加的趋势;挡风墙背风侧近地表气流速度反向增大后沿着初始速度的方向减小为0且继续增大至初始速度大小,风速最大值增加的幅度保持在50%左右,风速越大,气流的削弱作用越明显;当初始气流速度为较小时,线路上积沙较少,沙粒多数堆积在挡风墙背风侧墙角处;随着风速的增加,单位时间内通过挡风墙的沙粒增多,由于过流断面减小,气流扩散,更多沙粒沉积在线路上;在强风地区,布设挡风墙时应考察线路上风向的地表情况,沙源比较丰富时应采用工程治沙措施来减小风沙流密度,达到防沙的目的。     

大风地区施工降效增加费用测定与研究

根据《铁路基本建设工程设计概(预)算编制办法》风沙地区施工增加费的相关规定,大风高发月风力及其累计时间达到标准规定的数值时,可根据调查资料另行分析计算相关费用。为研究不同风力条件下施工降效程度,合理确定施工增加费提供数据支撑,以西北地区某新建铁路工程为依托,通过对现场风力监测,以及不同风力条件下各施工工序人工和机械消耗量现场测定,研究分析施工降效程度和增加的费用。可为其他项目风沙施工增加费的分析提供技术参考。     

太中银铁路典型地段沙害治理效果研究

通过对太中银铁路梅花井段的沙害调查及对当地气候特点等分析,建立"因地制宜,因害设防,就地取材,远阻近固,固阻结合,工程措施与植物措施相结合,植物措施为根本"的防沙治沙原则。采取玉米秸秆高立式阻沙栅栏的阻沙措施及其与尼龙格状防沙网相结合的固阻结合措施,以及草障植物固沙带措施治理沙害。通过含水率、风速、粗糙度、输沙量、蚀积量等观测,以及对植物生长状况调查,分析评价了该区段防沙体系的防沙效果。测试结果表明,实施治理措施后沙地地表粗糙度有所提高、风速有所降低、风蚀减弱,形成了较为稳定的植物生长环境,为植物生长提供了较好的条件,植被覆盖度明显提高,沙害治理效果显著。     

兰新高铁大风区接触网正馈线悬挂结构适应性分析

试验和运行经验表明,兰新高铁大风区接触网正馈线(AF线)疲劳磨损问题非常突出。通过理论结合实际的方法,利用有限元三维流体场仿真辅助手段,分析百里、三十里风区挡风墙后方大风运动特征及AF线风场内受挡风墙结构增速影响的运动特点,提出AF线受激励源干扰产生大幅振动的机理。利用现场样本空间数据累计及AF线V形悬挂铰接零部件的运动频次,提出AF线V形悬挂结构合理性设计的关键点及结构匹配重要性,以及限制零部件间磨损的有效措施。     

流场能量牵引在铁路桥梁防风设计中的应用

南疆铁路至兰新高铁枢纽位于新疆著名的三十里风区,当地多次发生大风导致列车倾覆事件。本段桥梁是高铁与普铁联络线,针对高铁及普速铁路梁的特点综合分析,选用适宜梁型,结合挡风结构受力特点,运用流场数值计算、风洞试验、动力学仿真等方法展开研究,对梁体局部改造加强。通过分析强风场中列车受力特点,以及挡风屏结构高度等对风场影响的规律,在挡风屏设圆形及椭圆形交错开孔,通过紊乱气流自身损耗风能。人行道步板改用透风结构,减弱桥面顶板气流反冲力,改变列车附近的局部风场,降低横向风力对列车的冲击作用,对列车的安全运营提供了有力的保障。研究结论:(1)挡风结构制造紊流消耗有害风向,防护作用明显好于靠加强结构自身强度来抵抗风害;(2)对于气流进行疏导,对风场势能进行牵引,改变风荷载影响作用显著;(3)铁路桥梁结构防风设计,应该以风场势能的研究为主方向,局限于平面的受力关系研究势必会影响防风设计的思路。     

基于灾害风险评估模型的铁路灾害监测预警系统研究

通过分析铁路事故统计数据,采用回归分析和灰色关联分析方法建立降雨量、风速和能见度等气象因素与事故发生概率的关系式;选取岩土类型、松散物质储量、流域面积、平均坡度和植被覆盖程度5个地质因素作为评价指标,建立基于层次分析法和多维标度法的铁路地质状况风险评估体系;借鉴风险矩阵表达方式,整合地质因素和气象因素,给出事故概率—危险度矩阵,建立铁路灾害风险评估模型。以铁路灾害风险评估模型为核心,构建由网络层、系统硬件层、数据资源层、信息处理层、应用层、业务层和访问层组成的铁路灾害监测预警系统,并接入铁路安全监控信息系统和中国气象科学数据共享服务网以及铁路局的相关信息系统,以很高、高、中和低4级风险强度表示方式将灾害风险评估的结果显示于铁路GIS地图上,能够提供直观、形象的铁路灾害预警信息。