現代軌道交通工程科技前沿與挑戰

摘 要：目前，隨著我國科技水平的不斷提升，我國軌道交通工程已經取得了快速發展。本文主要從高速鐵路、重載鐵路、城市軌道交通及磁懸浮交通四個重點領域出發，分析當前我國軌道交通行業發展的現狀，并探究軌道交通的前沿科技及面臨的挑戰，為同行業學者開展研究提供必要參考。

關鍵詞：軌道交通；科技前沿；技術挑戰；分析

一、引言

鐵路作為我國重要的基礎設施，也是國家交通運輸的動力來源。進入21世紀以來，我國在四大重點領域（高速鐵路、重載鐵路、城市軌道交通及磁懸浮交通）發展迅速，已經取得了重要成績。軌道交通工程的不斷發展，有效提升了社會經濟發展，也提升了人們生活的質量。截止到2016年底，我國單高速鐵路在建超過8000公里，運營總里程超過了25000公里[1]。但是，由于我國地域廣闊，高速鐵路線路跨越了沙漠、高原、凍脹土、軟土等區域，經常受到濕熱、高寒、大風及多雨等氣候的影響，這就給高鐵的運行及維護帶來了極大挑戰。因而，本文主要探究現代軌道交通工程前沿科技，并分析其面臨的挑戰。

二、現代軌道交通工程前沿科技與面臨的挑戰

本文主要從高速鐵路、重載鐵路、城市軌道交通及磁懸浮交通四個重點領域出發，分探究軌道交通的前沿科技及面臨的挑戰。

（1）高速鐵路

我國高鐵沿線的水文、地質、氣候及環境條件復雜，這就給高鐵后期運行及維護帶來挑戰，部分線路上已經明顯出現了基礎結構的裂化，損傷嚴重，同時，部分軌道板出現離縫、斷紋，這些問題都給機車安全行駛帶來影響[2]。

①基礎結構性能的演化。根據實際調查顯示，在很多無砟軌道都出現了破壞和結構性的損傷，主要有底座、軌道板裂紋，砂漿與軌道板之間的充填層的粘結性破壞等，并且長期抽到雨水等入侵，導致裂紋的急劇增大，對軌道產生嚴重的破壞。同時我國高鐵部分線段路基沉降變化較大，如圖1所示，武清段軌道發生了沉降，沉降量處于19.6mm～27.5mm，不僅嚴重影響了列車運行的平穩舒適性，同時也影響了列車行駛的安全。

②高鐵維護技術標準體系缺乏。由于我國高鐵起步較晚，目前還沒有形成完善的高鐵后期運行維護技術標準體系，高鐵基礎的維護包括多方面的內容，如軌道結構層面裂縫的維護、軌道表面剝離限值等，在未來仍舊需要投入更多的研究。

③環境保護技術。隨著高鐵技術的快速發展，其還面臨著嚴重的環境保護問題，主要包括環境振動、噪聲、電磁輻射等，其中噪聲是最為主要的影響因素。并且，噪聲控制難度大，且需要耗費大量的成本，雖然在預測方法、理論模型及控制技術等方面取得了不小成果，但是，仍舊需要投入更多研究，如干擾防護技術和電磁輻射評估技術等。

（2）重載鐵路前沿科技與挑戰

①輪軌磨耗問題。目前，在重載鐵路運行過程中，輪軌的疲勞傷損和磨耗是主要的問題，已經嚴重影響了軌道的結構安全性能。圖2位我國京九鐵路某線段的損傷照片。為了緩解該問題，需要充分了解重載輪軌的關系，處理好不同狀態對輪軌的作用，并且還應該研究將降低重載輪軌的作用，提升新技術的應用力度。

②列車縱向沖動問題。列車的縱向沖動問題也是重載鐵路面臨的問題，巨大的沖擊力嚴重影響了列車行駛的安全可靠性。在這個面臨的挑戰有：不同列車配置、不同編組、不同外界環境、不同線路條件下組成的列車，還要提高對車間聯接技術、操作技術等方面的研究。

③基礎結構損傷問題。我國重載鐵路基礎結構損傷問題主要發生在橋隧結構和軌道結構部件上，但是對于路基的強化技術和道床強化技術的研究還相對較少，應該提出新的方法和設計理論[3]。

（3）城市軌道前沿科技與挑戰

①復雜地質條件下的施工。城市軌道兼顧市政工程、隧道工程及公路工程的特點，受到周圍地質環境及工期的影響，施工安全問題十分突出。應該不斷提升施工的安全性，需要充分考慮地質條件，開展流固耦合輪、散體力學的研究。并且應該確定近接的要求和特點，構建細致的力學模型。

②地下結構的變形。受到臨近建筑、土層差異、地下水等因素的影響，很多城市軌道線路出現了變形，給列車運行的安全性帶來嚴重影響。為了有效解救這個問題，需要確定結構性能演化的機理，研發新的健康評估技術，并開展快速控制及修復技術。

③噪聲及振動的控制。應該從噪聲的源頭上入手，掌握其傳播的途徑和規律。此外，一些新的軌道交通，如跨座式單軌交通、直線電機軌道交通、空中懸掛式軌道交通等，其噪聲和環境振動較小，但是，也應該開展相應研究。

（4）磁懸浮交通的前沿科技與挑戰

①穩定性。當軌道梁、車輛及控制系統的一些參數不合理匹配時，就會容易導致列車出現耦合振動，給列車行駛的穩定性帶來嚴重影響。目前，該問題解決的突破點在于應該充分考慮軌道梁與車輛行駛的動態作用，尋找電磁懸浮控制技術。另外，應該開展結構創新和優化設計，提升軌道結構的整體性[4]。

②長壽命低振動磁浮道岔技術。常規的磁懸浮列車已經很好的解決了列車脫軌的問題，但是，也就提出了磁浮道岔結構設計的問題，不僅應該確保道岔的靈活性，同時還要保證列車在經過時的平穩性。應該不斷研究該技術，提升道岔梁-磁懸浮列車的耦合振動機理研究。

③基礎科學問題研究。通過構建室內真空管道測試平臺，開展實驗性的研究。但是，目前仍舊存在一些問題，如在超高速運動場中，超導體的力學和物理特征仍需探究，捕獲磁通的影響機制、超導體材料的物性關系等。其次，在實際運行中還應該確保乘坐的舒適及安全性。

三、結語

綜上所述，隨著我國科技水平的不斷發展，相關學科知識也在不斷進步，極大的推動了我國現代軌道交通工程的發展，全文主要介紹了四大重要領域的最新發展動態，分析了其中存在的問題，并對面臨的挑戰進行了概述。

參考文獻

[1]屠念潯.城市軌道交通工程線路設計方法研究[J/OL].交通世界，2017（36）：160-161.

[2]劉揚.淺談城市軌道交通工程中高性能混凝土質量控制[J/OL].中國戰略新興產業.

[3]翟婉明，趙春發.現代軌道交通工程科技前沿與挑戰[J].西南交通大學學報，2016，51（02）：209-226.

[4]胡文高.我國城市軌道交通工程監測發展現狀[J].江蘇科技信息，2015（25）：33-34.

（作者單位：北京交通大學海濱學院）