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高铁|助力中国高铁“走出去”：高速铁路无砟轨道精细化分析理论及应用

铁路是国民经济发展的大动脉 ， 而高速铁路已成为拉动社会经济发展的重要引擎 。 目前 ， 我国已成为世界上高速铁路投产运营速度最快、运营里程最长、在建规模最大的国家 。 高速铁路技术主要集中于列车和下部基础两大方面 。 下部基础中轨道是与车轮直接接触、制约列车安全平稳运行的核心 。 无砟轨道因平顺性高、耐久性好、维修工作量小等优点 ， 成为近年来我国高速铁路主要的轨道形式 。
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▲ 无砟轨道是我国高速铁路主要的轨道形式
例如 ， 京津城际正线无砟轨道占全线比例高达95% ， 京沪高速铁路无砟轨道占全线比例高达96. 8% ， 同时 ， 国内其他高铁线路中无砟轨道也占较高比例 。 目前 ， 中国投入应用的无砟轨道形式主要有CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道和CRTSⅠ型、CRTSⅡ型双块式无砟轨道等 。
目前 ， 我国无砟轨道的应用范围已初具规模并仍处于快速发展阶段 。 气候、地质环境条件的多样性以及自身结构的复杂性对无砟轨道的建造及安全服役不断提出新的挑战 。 传统的无砟轨道分析方法对轨道结构及外部荷载简化较多 ， 无法满足复杂气候、地质条件下高速铁路安全建造及长期运营的需要 。
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▲ 无砟轨道常见病害示意图
随着高速铁路线路运营时间的加长 ， 无砟轨道的病害呈现出群发、突发、反复发等特征 ， 给高速铁路的安全运营带来隐患 。 因此 ， 针对高速铁路建造及运营各个阶段开展无砟轨道精细化分析理论及应用技术研究具有重要的科学价值及现实意义 。
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▲ 无砟轨道精细化分析理论体系
作为国内外知名轨道工程研究团队 ， 北京交通大学高亮教授及其团队为满足无砟轨道设计、检算和运营维护各阶段研究的需要 ， 建立了无砟轨道空间精细化模型、预应力配筋检算模型以及层间病害精细化分析模型 ， 提出了一整套贯穿于建造及运营的无砟轨道精细化分析理论体系及应用技术 。 他们作为无砟轨道再创新联合攻关组重要成员 ， 为我国无砟轨道再创新提供了重要的理论支撑；作为主要理论支撑方 ， 成功指导设计的具有完全自主知识产权的Ⅲ型板式轨道作为我国高速铁路的核心技术及主型产品推广至海外 。 研究成果填补了多项无砟轨道技术的空白 ， 达到了国际领先水平 ， 为我国高速铁路的大规模建设、安全运营及“走出去”提供了重要的理论及技术支撑 。
中国工程院院士
《高速铁路无砟轨道空间精细化分析方法及其应用》（高亮著. 北京：科学出版社 ， 2020. 6）在充分吸收国内外无砟轨道相关研究成果的基础上 ， 对高速铁路无砟轨道关键参数、精细化分析模型群、关键设计参数影响规律、配筋检算、层间病害产生机理与整治措施以及检测与监测技术等进行深入的理论与试验研究 ， 建立以无砟轨道空间实体设计模型、配筋检算模型、病害分析模型及动力仿真模型为主的精细化模型群 ， 系统地提出无砟轨道精细化分析理念和方法 ， 形成一套贯穿无砟轨道设计、建造及运营的无砟轨道空间精细化设计理论体系 。
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▲ 无砟轨道整体设计思路
研究成果已成功应用于京沪、郑西、哈大等高速铁路 ， 支撑了我国高速铁路无砟轨道再创新工作；成功指导设计的Ⅲ型板式轨道作为我国高速铁路的核心技术及主型产品推广至海外 ， 是我国高速铁路“走出去”的重要技术组成部分 。
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▲ CRTSⅢ型板式无砟轨道主要检算思路
高亮教授长期从事轨道结构设计理论与应用的研究 ， 在高速铁路无砟轨道、无缝线路的设计中取得了众多创新性的研究成果 ， 治学严谨 ， 得到了国内外同行的充分肯定 。 该书行文流畅 ， 内容翔实 ， 结构严谨 ， 图文并茂 ， 是一部极具学术价值和应用价值的优秀专著 。
中国工程院院士
本书主要针对高速铁路无砟轨道建造及运营中的关键技术问题 ， 阐述作者及研究团队在高速铁路无砟轨道空间精细化分析方法及其应用研究方面所取得的系统性成果 。 全书共9 章：
第1 章在系统分析国内外高速铁路无砟轨道发展与研究概况的基础上 ， 提出无砟轨道精细化设计及维护理念；
第2 章研究高速铁路无砟轨道结构细部参数取值及相关荷载组合；
第3 章建立无砟轨道空间实体设计模型、配筋检算模型、病害分析模型及动力仿真分析模型并分别进行验证 ， 提出精细化分析模型群；
第4 章为面向无砟轨道设计需求 ， 基于高速铁路无砟轨道空间精细化分析模型与方法 ， 以我国具有自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道为例 ， 对无砟轨道关键设计参数影响规律及结构选型展开深入研究；
第5 章以CRTSⅢ型板式无砟轨道普通钢筋、预应力钢筋及门型筋配置方案为例 ， 介绍精细化分析方法在无砟轨道检算中的应用；
第6 章与第7 章针对运营阶段无砟轨道出现的病害问题 ， 基于精细化分析方法对无砟轨道典型病害的发生机理及其影响进行研究 ， 并提出病害养护时机和合理维修措施；
第8 章则依托作者在无砟轨道现场测试与监测方面的大量工作 ， 对无砟轨道相关静动态测试及长期监测技术展开研究；
第9 章简要总结了本书的主要研究成果 ， 并对无砟轨道未来的研究方向进行了展望 。
该书是关于无砟轨道空间精细化分析方法理论及应用研究的学术专著 ， 见解独到 ， 内容丰富 ， 其理论性、创新性和实用性等都得到充分体现 。 该书的出版对无砟轨道领域的科学研究意义重大且具有较高的工程应用价值 ， 为从事高速铁路无砟轨道研究、设计及运营维护的学者、专家、技术人员提供了重要的参考 。
中国国家铁路集团有限公司科技和信息化部主任
本文摘编自《高速铁路无砟轨道空间精细化分析方法及其应用》（高亮著． 北京：科学出版社 ， 2020. 6）一书“前言”“序” ， 有删减 ， 标题为编者所加 。
ISBN 978-7-03-060165-0
责任编辑：周　炜　罗　娟
本书重点阐述作者及其研究团队在高速铁路无砟轨道空间精细化分析方法及其应用研究方面所取得的系统性成果 。 本书可供从事高速铁路无砟轨道研究、设计及运营维护等相关工作的学者、专家、技术人员等参考 。
（本文编辑：刘四旦）
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