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關鍵詞：水泥改良土；動力特性；高速鐵路；路基填料
Key words： cement improved soil；dynamic characteristics；high-speed railway；roadbed filler
中圖分類號：U213.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）19-0100-02
0 引言
鐵路路基基床而言，除了承受上部結構的靜荷載外，還要受到列車東荷載的反復作用，因此，在高速鐵路路基基床底層改良土的設計中，不應局限于傳統的準靜態設計，只分析靜態指標，還應考慮其在列車動載荷作用下的動態特性。本論文研究了水泥改良土作為高速鐵路路基填料時，其在列車動荷載作用下的動態特性，探討了水泥改良土作為鐵路路基基床填料的可行性。
1 試驗方案
1.1 試驗設備和工作原理 本試驗儀器為DDS-70型振動三軸儀，實驗系統包括壓力室、激振設備和量測設備三個部分組成。
動三軸試驗原理是將一定密度和含水率的試樣在固結穩定后在不排水條件下作振動試驗。設定某一等幅動應力作用于試樣進行持續振動，直到試樣的應變值或孔壓值達到預定的破壞標準，試驗終止。記錄試驗中的動應力、動應變和孔壓值隨振動周次的變化過程線。采用多個試樣得到動應力和破壞周數的關系曲線，即動強度曲線。
1.2 試驗參數選擇 鐵路荷載是一種動荷載，我們在試驗中用正弦波來模擬，加載的頻率與列車的長度、軸距及運行速度有關，本次試驗正弦波的頻率取5HZ，即按列車時速為160km/h考慮。
1.3 試驗材料 試驗土樣取自洛湛鐵路永州至岑溪段，土樣深度為地表以下2～5m。土樣定名為粉砂，填料類型為C類。對土樣加入5%的水泥進行改良。改良土的干密度為1.68g/cm3，含水量為17.6%，黏聚力151KPa，內摩擦角35.5°。
1.4 試驗方法
1.4.1 試樣的制備和養護 試樣按照《鐵路工程土工試驗規程》（TB10102-2010）制備，試樣直徑39.1mm，高度80mm，具體方法按照該規程第18.3.3條的規定進行。
1.4.2 試驗過程 試樣在儀器內安裝固定后，先向壓力室內施加一等向圍壓σ3，然后再在軸向施加靜壓力σ1，待試樣固結穩定后，軸向施加等幅正弦動荷載±σd。本次試驗加載的正弦波頻率為5HZ。本試驗是在不排水條件下進行的。實驗結果見表1。
1.4.3 試驗結果分析 水泥土的動應力（σd）-動應變（εd）關系，見圖1。
如圖1所示，水泥混合土的動應變隨動應力的增大而增加，開始時，動應變隨動應力的增加，增大的幅度較大，隨著動應力的增加，動應變增加的幅度變小。隨圍壓的增加，臨界動應力值的增加幅度較大，相應的應變值減小。初始變形以彈性變形為主，后塑性應變逐漸累積，曲線斜率逐漸增大，動應力愈大，同一圍壓下，動應變也愈大。根據實驗，σ3為50KPa時，臨界動應力值約為140KPa；σ3為100KPa時，臨界動應力值約為210KPa；σ3為150KPa時，臨界動應力值為約400KPa。
2 結論
高速鐵路路基基床表層頂面動荷載幅值的大小為100KPa，根據國內外既有鐵路的實測結果表明，基床底層頂面的動應力幅值為50～85KPa。
從試驗結果可以看出，即使是在圍壓為50KPa的時候，水泥改良土土的臨界動應力達到140KPa，可以滿足路基基床表層及路基基床底層及以下路堤填土的強度要求。而且本次試驗采用的試件養護期為7d，水泥土后期強度增長緩慢，但增長量很大，所以臨界動強度還有提高的空間，約為30%～40%。所以對于摻入5%水泥的改良土，從動力學方面來說，完全可以滿足設計要求。
參考文獻：
中圖分類號：U412文獻標識碼： A
1引言
鐵路的發展必須以安全性、可靠性、舒適性等為前提，以線路的高平順性和軌下基礎的穩定性作保證。高速鐵路的建設不可避免地會遇到不同軌下基礎連接處的過渡段，這些地段恰恰是高速鐵路線路的薄弱環節，由于強度、剛度、沉降等差異的存在必然會引起鋼軌的彎折變形，致使不平順的產生。為了保證高速鐵路線路的高平順性，必須對線路剛度有突變的區域進行過渡段的設置。
2國外軌道過渡段的研究現狀
隨著高速鐵路的修建并成功投入運營，國外在高速鐵路的修建過程中，一直非常注重過渡段部位，并對過渡段的處理措施做過專門的研究。90年代初德國Gobel和Weisemann等人在室內模擬時速160km的列車作用下，由土工格柵加固后路堤承載力的增加和沉降量減小的問題。意大利國家鐵路公司曾經應用雙向土工格柵加固鐵路路堤，在不同的橫斷面上安裝測試原件，以確定不同類型車輛經過時產生的動應力場。美國TTCI研究人員CharityD.Sasaoka和David Davis為解決大軸重對軌道過渡段的影響，利用NUCARSTM和GeotrackTM軟件模擬軌道剛度和阻尼對過渡段的影響分析，得出提高過渡段區域軌道結構的阻尼可以使車輪對軌過渡段的作用衰減30%，此外還認為減小橋梁剛度的最好方法是調整橋上枕下剛度；美國TTCI研究人員Dingqing Li和David Davis對引起和加速路橋過渡段及軌道過渡段破壞的因素進行了研究并得出評估過渡段和一些減緩過渡段破壞的措施。
對于路基與橋梁、涵洞、隧道、隧道與橋梁等過渡段的研究國外己有不少，日本在路基與橋梁過渡段設置碎石填筑段；德國則是加寬路基與橋梁過渡段中路基的寬度，道柞厚度沿橋梁至路基方向逐漸遞減，以使線路剛度逐漸變化；法國是在路基與橋梁過渡段設置過渡橋臺等。
3國內軌道過渡段的研究現狀
在國內，我國鐵道部科學研究院、西南交通大學、原上海鐵道大學等有關研究者也先后通過模擬試驗研究了在列車重復荷載作用下路基基床的動應力響應特性，但這些試驗和研究一般都是針對路基而言,而非針對過渡段。另外，我國在秦沈客運專線、遂渝客運專線等對路基與橋梁、涵洞、隧道等過渡段都進行過大量試驗研究,對于路基與樁板結構過渡段的研究，我國也己在遂渝線進行過研究。石家莊鐵道學院楊廣慶等進行了高速鐵路路基與橋梁過渡段的技術措施分析,并指出設置鋼筋混凝土過渡板對路橋間的剛度平順過渡非常有利,但必須配以其他級配粗粒料或加筋土路堤結構等處理措施才`能解決路橋間沉降差引起的軌面彎折對行車的影響。西南交通大學羅強、蔡英等間等運用車輛一軌道一路基相互作用的動力學理論,全面分析了路橋過渡段的軌面彎折變形、軌道基礎剛度的變化、不同的行車速度、車輛進出過渡段等情況對車輛垂向加速度和輪軌垂向力等動力學性能指標的影響規律，并指出路橋結構的工后沉降差引起過渡段軌面彎折變形是影響行車安全與舒適的主要因素,而路橋間的剛度差、列車的行車方向對行車的動力學性能指標影響不顯著，并對過渡段的變形限值和過渡段長度的確定方法進行了一些研究。
西南交通大學王于等以有碎和無碎軌道的過渡段為例，進行了車輛一軌道垂向動態相互作用的仿真研究，指出了在確定軌道過渡段長度時，應考慮動力學性能評價指標，并提出了確定軌道過渡段長度的“臨界長度法”。西南交通大學王其昌、蔡成標等對高速鐵路路橋過渡段的軌道折角限值進行了分析，試提出了高速鐵路路橋過渡段軌道折角容許的限值，確定了一套軌道過渡段動力特性的評價指標，分析了由基礎沉降差引起的鋼軌初始變形及行車方向、行車速度對輪軌系統動力性能的影響，提出了確定路橋過渡段長度應根據最高行車速度、基礎沉降差，由動力學評判指標來確定。西南交通大學翟婉明等應用動力學理論建立了車輛一軌道禍合模型，詳細研究了過渡段長度對高速列車與過渡段軌道動態相互作用性能的影響情況，確定了高速鐵路不同類型過渡段在不同速度等級下的最小長度理論建議值。華東交通大學雷曉燕等建立軌道過渡段基礎剛度突變的軌道振動微分方程，進行了軌道剛突變對軌道振動的影響性分析，提出了軌道過渡段的整治原則。
孔祥仲、劉偉平等從靜力學角度對板式軌道與普通軌道之間設置軌道剛度漸變的板式軌道過渡段提出了剛度設計方法,并建議采用不同厚度的瀝青混凝土道床寬軌枕軌道結構作為有柞與無柞軌道過渡段型式。中南大學陳雪華[28]基于無柞軌道路一橋一隧過渡段禍合動力學理論，應用高速鐵路路一橋一隧過渡段與無柞軌道相互作用的動力學模型，研究了輪重、車速、不平順和材料特性對無柞軌道過渡段結構系統相互作用的響應特征。施光夏運用動力學分析程序ANSYS/LS-DYNA在二維模型里面模擬了直結式軌道與普通有柞軌道過渡段中鋼軌和軌床(道床板)的動態響應,既而討論了軌下膠墊剛度對過渡段的影響,認為適當提高軌下膠墊的剛度可以有效地降低鋼軌的變形,最后討論了軌枕共振、軌枕間距、支承剛度與行車速度之間的關系，認為軌枕間距越大、支承剛度越大則列車的臨界速度越高。
綜上所述,目前路橋過渡段的分析是高速鐵路過渡段分析的重點，分析的方法仍是基于車輛與線路相互作用的動力學理論，一般采用理論建模、數值求解與試驗驗證相結合的方法。首先對車輛一軌道相互作用中的具體問題建立適當的數學物理模型，進而尋求有效的數學分析方法以獲取系統響應，再將動力學關鍵指標(如輪軌力、車體加速度等)的試驗測量結果與理論分析結果進行對比，從而驗證并改進理論模型。
4結論
從國內外的過渡段研究現狀可以知道，目前研究的工作大多數集中在路橋、路隧過渡段上,絕大多數針對的是路基、橋梁或者隧道，可以說以往研究的過渡段包括秦沈客運專線上有碎與無柞軌道(線路上部結構)的過渡段都是放在了基礎(線路下部結構)的過渡段上，由此不論是從施工設計還是實際運營來看都帶來了許多問題,而系統研究路基上有柞軌道與無碎軌道過渡段的幾乎空白。
參考文獻：
1. 干料團現象
高速鐵路板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿(Cement and emulsified asphalt mortar, CA 砂漿)是由乳化瀝青、水泥、細骨料、水和外加劑經特定工藝攪拌制得的具有特定性能的砂漿，分為CRTS（ChinaRailway Track System, 中國軌道系統）Ⅰ型和Ⅱ型兩種[1, 2]。水泥乳化瀝青砂漿采用灌注施工的方法，厚度為30~60mm，起支撐、調節、吸振等作用，是高速鐵路系統的關鍵功能材料之一[3-7]。
新拌CA砂漿為具有較強流動能力、均勻分散的介穩懸浮體[8]。論文格式。其原料采用乳化瀝青加干料的雙組分模式，即液相原材料均添加于乳化瀝青中，而固相的原料均添加于干粉砂漿中，此外，需加入一定量的水以調節砂漿的流動度。由于其含氣量、分離度、工作時間等方面的要求，CA砂漿需用特定的攪拌裝置并采用特定的攪拌工藝進行拌制。
CA砂漿一般的攪拌工藝為：先加入液料和水，攪拌一定時間；再加入干料；干料加完后高速攪拌一定時間；然后再慢速攪拌一定時間；再取樣檢測；檢測合格后卸料?？晒P者在施工過程中發現，施工一段時間之后，原先均勻砂漿中出現了一些小“疙瘩”，將“疙瘩”破碎后可看到灰白色未被潤濕的干料，如圖1所示。
圖1 新拌CA砂漿中出現的干料團
未被攪散的干料團將對CA砂漿的質量產生嚴重影響。首先，它使砂漿實際的配合比受到影響，因為干料的局部集中將導致其他漿體中干料數量過少；另外，它將影響砂漿的力學性能，其力學的均勻性將因干料局部集中而改變，整體力學性能也將受到影響；此外，它將嚴重影響砂漿的體積穩定性和耐久性，未被分散的干料團在后期水化導致的體積變化將嚴重砂漿的體積穩定性，進而對砂漿耐久性產生影響。
2. 原因分析
由于此前并未出現過該現象，基本可以排除這是因攪拌時間不夠導致的；另外，通過對原材料進行篩分和肉眼觀察等，發現原材料中干料并沒有因受潮而出現成團現象。在將這些因素排除后，筆者對砂漿攪拌車進行了觀察，發現干料加料口粘料和攪拌機攪拌臂粘料是導致出現干料團的原因，如圖2、3所示。
在圖2中，干料加料口位于攪拌主機上方，當攪拌機載高速攪拌時，所飛濺起來的漿體將落至干料的加料口，并附在加料口表面。當攪拌下一盤CA砂漿，已通過計量的干粉被螺旋輸送至加料口，粘在飛濺起來的CA砂漿表面，并沒有完全落入攪拌主機內。隨后，隨著攪拌導致的振動等，部分干料才落入攪拌主機，但由于這部分干料攪拌時間不夠，因此呈干料團狀態。在早期，由于加料口較為潔凈、平滑，口直徑也較大，干料即使被粘住也很快落入攪拌主機中，但隨著干料的越積越多，表面變粗糙，口直徑也變小（圖2），干料將很難短時間掉入攪拌機內。
在圖3中，攪拌機采用三加一的葉片模式，葉片在繞攪拌中間的葉片軸轉動外，還有主機的中心軸公轉。論文格式。在加料時，由于葉片經過干料的加料口，部分料粘在攪拌臂上，隨著攪拌臂的轉動，部分干料才逐漸落入攪拌機內，而導致分散不均勻，出現干料團。同樣在早期，由于攪拌臂較為潔凈、平滑，且直徑較小，不會出現干料團現象，但隨著砂漿在攪拌上的積累與粘附，攪拌臂變粗、變粗糙，而導致了干料團現象。論文格式。
3. 防治措施
在經過干料團出現的原因進行分析后，我們對砂漿攪拌機的加料口和攪拌工藝進行了改進，有效的防止了新拌CA砂漿中干料團，如圖4、5所示。
在圖4中，筆者對加料口用橡皮套進行了延長，這樣做有三個好處，首先，可以避免砂漿飛濺入加料口，而使加料干料結塊，粘料甚至堵塞加料口（現場時有發生）；另外橡皮套伸至剛好與攪拌臂保持一定的接觸，這樣攪拌臂轉至橡皮套時，可以拍打橡皮套，而使橡皮套的粘料落下，而不是在攪拌快完成時落下；此外，當橡皮套的永久性結料至一定厚度而影響使用時，只需將其換掉即可，不耽誤工期，而不像原先的加料口，當料積至一定厚度必須全部清除才能繼續生產。
圖5為筆者進行二次高壓進水改進后的攪拌臂，從圖5可看出，改進后的攪拌臂上已經看不到會灰白色的干料。所謂二次高壓進水，是指開始只加入少許水進行拌合，當干料加料完成后，再次加入一定量的水（已通過計量），并以高壓的形式加入，以對攪拌主機葉片等進行清洗，這樣可以有效地避免攪拌臂、葉片等部位粘料，起到了較好的效果。
此外，當干料因受潮等原因出現結塊時，也會出現干料團現象，但此時以上的改進措施將很難防止干料團的出現。在結塊程度較輕的情況下，可考慮降低加料速率、延長攪拌時間的方法。若結塊程度較嚴重，廢料或將干料過篩，也可起到防止干料團出現的作用。但最好的辦法還是應對CA砂漿的原材料進行嚴格的存放，并縮短干料的存放時間，以防止干料受潮。
4. 結語
CA砂漿是高速鐵路的關鍵功能材料，其好壞關系到高速鐵路的成敗，盡管目前我國的研究機構和施工單位已對其有較為深入的了解，但由于其復雜性、和敏感性，對其在實際工程的應用尚不能完全掌握，因此應在應用中不斷的積累經驗并加以改進。
參考文獻
[1] 鐵道部科學技術司. 客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件[S].
[2] 鐵道部科學技術司. 客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件[S].
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[4] SHIGERU M., HIDEYUKI T.,MASAO U., et al. The mechanism of railway tracks [J]. Japan Railway andTransportation Review, 1998, 3:38-45.
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[6] MURATA O. Overview of recentstructure technology R&D at RTRI[J]. Quarterly Report of RITI (RailwayTechnical Research Institute), 2003, 44 (4):133-135.
[7] KATSUOSHI A. Developmentof slab tracks for Hokuriku Shinkansen line [J]. Quarterly Report of RITI(Railway Technical Research Institute), 2001, 42 (1):35-41.
京滬高速鐵路是我國《中長期鐵路網規劃》中投資規模最大、技術含量最高的一項工程。為實現京滬高速鐵路建設“五個一流”、“六個確保”的目標，2008年開工之初項目部按照鐵道部鐵建設〔2008〕51號《關于積極倡導架子隊管理模式的指導意見》、建設部建市[2005]131號《關于建立和完善勞務分包制度發展建筑勞務企業的意見》等文件精神進行架子隊的組建工作，做法如下。
1. 建立管理組織機構，制定管理制度
根據鐵道部鐵建設〔2008〕51號《關于積極倡導架子隊管理模式的指導意見》，項目部成立了架子隊管理領導機構。領導機構負責架子隊建設發展方向、管理機制、體制建設等重大事項的研究和決策。具體實施由項目部計財部進行，負責架子隊的選擇、成立、建設和管理及日常業務的指導、監督、檢查等。項目部編制了《勞務用工管理制度》、《勞務隊伍管理標準》、《合同管理規定》及《勞務用工合同》范本，下發各工區，使架子隊各項管理制度和合同文本標準化、規范化。
項目部所轄各工區相應成立架子隊管理機構，項目經理親自掛帥，相關業務部門共同參與，貫徹、落實、執行局項目部制定的相關管理辦法、實施細則，切實抓好本工區的架子隊建設及勞務用工管理工作。論文大全。
2. 嚴把入口關，重視勞務公司的選擇
要推行真正意義上的勞務用工和架子隊管理模式，就必須從勞務隊伍選擇的源頭把關，用制度管理。項目部根據《勞務用工管理制度》，明確要求在京滬項目使用的必須是“勞務公司”，這一點也是建設部建市[2005]131號文件所要求的，并且勞務公司必須持有合法有效的營業執照、資質證書、安全許可證、稅務登記證、組織機構代碼等資質證明文件。
首先，由各工區將無不良記錄擬選的勞務公司的相關法律文件在初步審查后上報二標項目部計財部，計財部對各工區上報的資料予以核實，對手續合法符合要求的勞務公司給予批復，準許工區使用該勞務公司，未經批準不得擅自使用。其次，經過審批的勞務公司與使用工區簽訂經項目部制定的統一格式的勞務合同。勞務合同范本中明確了雙方的權利義務責任，規定了勞務人員的工作內容、工資領取發放、勞動保險等條款。第三，簽訂勞務合同后，要求勞務公司必須提供勞務公司與每一個勞務作業人員簽訂的個人勞動合同復印件，以保障每一位勞務作業人員的合法權益；同時勞務公司提供每一位勞務作業人員的身份證明（含姓名、性別、年齡、籍貫、身份證號等）等資料，據此，各工區按規定對勞務作業人員進行了登記造冊，記錄相關內容。
通過上述措施，杜絕了不良勞務公司進入施工現場，保證了進場勞務隊基本素質。
3. 組建架子隊，推行架子隊管理模式
作業層建設是建筑施工企業最根本、最基礎的工作，所有工程從圖紙落實到實物都需要作業層具體操作來實現，因此作業層建設是完成施工任務的關鍵因素，而架子隊建設的的好壞關系著作業層的能力高低，直接影響著工程實體的質量。
3.1 架子隊的組建
根據文件規定每只架子隊要有以下主要管理技術人員組成，架子隊專職隊長、技術負責人，以及技術、質量、安全、試驗、材料、領工員、工班長等“九大員”。以上人員與選擇好的一個或幾個勞務公司的一定數量勞務人員組成架子隊；工區根據需要可以分工序、分區段組建多個相同人員構成的架子隊。并且以文件的形式明確工區各業務部門及架子隊“九大員”在架子隊管理運行中的工作職責。
3.2 架子隊與工區的關系
根據需要分工序、分區段組建的架子隊在實際施工過程中是受工區統一管理和指揮的，與工區是內部經濟關系，組成架子隊的勞務公司負責勞務人員的勞動關系和日常管理職責。施工現場所有勞務作業人員納入架子隊統一集中管理，由架子隊按照施工組織安排統籌勞務作業任務。工區對架子隊統一進行技術交底、物資供應、設備配置等，從根本上保證原材料的材質，從而保證工程質量，同時杜絕了過去管理工作中的管理不到位、勞務作業偷工減料的現象。
3.3 落實檢查防止架子隊流于形式
為了杜絕文件、現場兩張皮，管理和實際兩回事的問題，對每一個工區成立的架子隊項目部加強日常檢查，首先:審,看是否滿足51號文件精神；第二：查，看架子隊專職隊長、技術負責人、技術、質量、安全、試驗、材料、領工員、工班長等九大員是不是工區有相應資質和作業技能的正式職工；第三：驗，看架子隊九大員和工區相關部門責任是否清晰。從而最大限度的推行架子隊管理模式。
3.4 做好培訓工作，提高勞務人員工作技能
高效的學習培訓是在短時間內提高參建勞務工的素質和技能的最有效手段。為確保勞務工素質、技能符合京滬高速鐵路建設施工需要，項目部依托技術業校，開展大培訓工程，做到全員參與，過程覆蓋。重點圍繞高速鐵路標準、規范和分部分項工程施工要求、安全生產培訓等，以推進標準化建設為主線，將培訓與施工生產緊密結合。達到全員100%培訓，特殊崗位100%持證上崗。
3.5 對架子隊及勞務工實行動態管理
為了及時掌握架子隊的勞務人員信息，項目部要求對架子隊的勞務人員實行動態化管理。論文大全。要求各工區建立架子隊勞務人員管理臺帳，并且每月都要及時更新，對離場勞務人員辦理退場手續，完工勞務公司簽定離場協議，完善相關手續，減少法律風險。
4. 用制度保證架子隊勞務人員的權益
4.1 項目部在濟南建設銀行開設勞務工工資專用賬戶，設立300萬勞務工資保證金，以保證勞務工的利益不受侵害。
4.2 工區按照進場勞務作業人員花名冊和每一位勞務作業人員身份證辦理銀行工資卡。根據合同約定，每月編制勞務工工資結算單，按時足額將勞務工工資劃撥到銀行，由銀行直接為勞務工發放工資，并由銀行返回發放工資對賬單（結算單），以保證勞務作業人員工資的及時足額發放。
4.3 為了解決廣大勞務工的后顧之憂，改善勞務工的待遇，項目部為參建勞務人員購買了《建筑工程施工人員團體人身意外傷害綜合保險》，維護了廣大勞務工的切身利益，為勞務人員的穩定奠定了有力的基礎。
5. 總結
在推進作業層建設方面，將所有外部勞務隊伍的勞務工編入由我方九大員控制的“架子隊”，把有效、合理地使用社會勞動力資源與鐵道部倡導的企業“架子隊”管理模式有機的結合起來，既實現了對外部勞務隊伍使用的規范和管控，又符合建設單位對施工生產組織方式的要求，同時也滿足了建設部取消“包工頭”的相關規定。
架子隊是一種經實踐證明較好的施工生產組織方式，較為理想的勞動用工管理模式。采用架子隊管理模式，能充分利用社會勞動力資源，實現施工企業施工現場管理層與作業層銜接和有效運作，防止施工現場質量安全保證體系流于形式，對確保建設工程質量和施工安全具有重大意義。論文大全。京滬項目部架子隊管理模式還處在探索總結完善階段，還有很多不足之處，項目部將繼續完善架子隊管理模式，不斷強化勞務用工管理，進一步完善勞務用工管理，為全面推行架子隊管理模式奠定基礎。
【參考資料】
[1]鐵道部鐵建設【2008】51號《關于積極倡導架子隊管理模式的指導意見》
[2]建設部建市【2005】131號《關于建立和完善勞務分包制度發展建筑勞務企業的意見》
引言
我國是世界上高速鐵路投入商業運營里程最長的國家，目前高速鐵路運營里程已經突破1.6萬公里，近7年的高速鐵路運營實踐表明：由于環境條件變化和列車沖擊荷載的反復作用，局部地段已經先后出現了不同程度的路基病害，例如無砟軌道翻漿冒泥，滬寧城際鐵路自2011年底開始常規檢查以來，共發現有數十公里的路基地段發生了路基翻漿病害，大多數病害發生在混凝土支承層的底部附近，嚴重影響到列車運行的平穩性和行車的安全性。
無砟軌道出現冒漿的原因主要基床表層材料性質及當地氣候有關，當地氣候濕潤，降水較多，雨水沿著軌道縫隙滲入支承層與基床表面的縫隙內，由于采用的級配碎石透水性差，縫隙進水后，在列車動荷載長期作用下，細顆粒被水沖出，產生冒漿現象。較硬的顆粒在動荷載作用下，相互摩擦形成碎屑在動水壓力作用下液化并隨著水從裂縫中流出。因此通過檢測高速鐵路無砟軌道支承層與基床表層脫空、離縫，可以對翻漿冒泥情況進行判斷。
地質雷達具有快速、無損、高精度的優點，在工程病害檢測領域得到廣泛應用。文章以滬寧城際鐵路某段無砟軌道翻漿冒泥病害檢測為實例，在整治處理前，對無砟軌道翻漿冒泥病害情況進行檢測，查明冒漿分布范圍與發育程度，為確定整治處理方案提供依據；在整治處理后對注漿處理效果進行檢測，通過注漿前后的雷達資料對比分析，評價注漿處理效果。
1 面波探測巖溶路基原理
地質雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR），是一種對地下的或物體內不可見的目標體或界面進行定位的電磁技術。
地質雷達勘探是以地下不同介質的介電常數差異為基礎的一種物探方法，其工作原理就是利用高頻電磁波（主頻從數兆至上千兆赫）以寬頻帶短脈沖的形式，由地表通過發射天線向地下發射電磁波，由接收天線接收電磁波，當電磁波在地下旅行時，遇到具有電性差異的介質時（如空洞、分界面等），電磁波反射回地面由接收天線接收，根據電磁波的旅行時間、波形特征可以確定地下介質（目標體）的空間位置、幾何形態等。
圖1 地質雷達測試原理及采集示意圖
2 工程實例
2.1 工程概況
滬寧城際鐵路K245+780～K246+080段為低填淺挖地段，兩側各預留一股道，路塹邊坡防護形式拱形截水骨架內植草灌木防護。軌道板為CRTSⅠ型板。該段支承層底部翻漿較嚴重，主要表現為在路肩上流淌著或堆積著由水與碎石墊層中細顆粒混合而成的泥漿滲出物，嚴重處滲出物厚度達10～50mm，個別地段泥漿滲出物被抽吸至軌道板表面道心內。
2.2 現場檢測工作
測網密度、天線間距和天線移動速度應反映出檢測對象的異常。根據高鐵無砟軌道現場勘察和試驗，一般沿線路縱向布置3～4條測線，分別沿上、下行線內外兩側支承層表面布置。
地質雷達檢測使用美國Geophysical Survey Systems Inc生產的雙通道SIR-20型地質雷達施測，天線頻率900MHz，連續采集數據模式，每秒掃描100道，記錄長度25ns，每道采樣點數512。
2.3 資料處理流程
資料處理采用RADAN6.5雷達專用軟件，采用人機對話的方式處理，其流程見圖2：
圖2 地質雷達數據處理流程圖
2.4 實測資料解釋
（1）無砟軌道支承層與基床表層接觸良好特征
正常鐵路路基一般具有填筑密實、厚度均勻等特點，無砟軌道支承層與基床表層接觸良好，其雷達圖像表現為波形平緩、規則、無雜亂反射等特征（圖3），而有病害的路基的雷達圖像則與此有明顯不同。
圖3 支承層與基床表層接觸良好地質雷達時間剖面圖
（2）無砟軌道支承層與基床表層脫空異常特征
通過對同相軸連續的追蹤，找出振幅稍強的反射波來確定支承層與基床表層的分界面，可確定脫空、離縫的規模及延展范圍，判定其嚴重程度。如圖4所示，K245+907～+913支承層與基床表層界面的同相軸反射信號強，三振相明顯，推測支承層與基床表層之間存在脫空、離縫。
（3）注漿整治前后對比
針對混凝土支承層與基床表層間的脫空、離縫，目前采取的整治措施為鉆孔灌注高聚物化學漿，填充支承層與基床表層之間的空隙，恢復路基支承強度。通過注漿整治前后地質雷達資料的對比，可以對注漿整治效果進行評價。
如圖5所示，K245+870～+874在注漿處理前，支承層與基床表層的分界面同相軸反射信號強，三振相明顯，推測支承層與基床表層存在脫空、離縫（圖5a）；經注漿加固后，K245+870～+872雷達同相軸較連續，且相對較均勻，注漿前存在的脫空、離縫異常區域信號幅度變弱（圖5b），說明經注漿處理后，支承層與基床表層耦合情況得到改善，加固效果良好；K245+872～+873.5同相軸反射信號仍然較強，三振相明顯，說明注漿充填效果不好，需要進一步補注處理。
a、注漿前 b、注漿后
圖5 地質雷達檢測無砟軌道脫空時間剖面圖
3 結束語
（1）地質雷達能夠快速、有效地檢測無砟軌道支承層底部與基床表層脫空、離縫，支承層底部與基床表層接觸良好的雷達圖像表現為波形平緩、規則、無雜亂反射等特征；支承層底部與基床表層存在脫空、離縫，雷達異常表現為同相軸反射信號強，三振相明顯。
（2）通過對比分析整治處理前后地質雷達反射波組同相軸連續性和同一異常的振幅變化，可以有效地對支承層底部注漿加固效果進行評價。
（3）本次地質雷達在滬寧城際鐵路無砟軌道支承層底部檢測中的實際應用，效果顯著，可以為以后同類工程檢測提供參考。
致謝
本次檢測試驗與論文編寫，得到了中鐵第四勘察設計集團有限公司“鐵路路基填筑質量檢測物探技術研究（2013K98）”科研項目資金的支持，在此表示感謝。
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隨著我國城市化進程的加快，城市人口和機動車的快速增加已大大超過城市交通基礎設施的最大承受能力，交通狀況嚴重惡化。城市交通問題已經嚴重影響城市功能的發揮和城市的可持續發展。為此，1985年4月19日，國務院在國發[1985]59號文指出：“為解決城市交通擁擠問題，必須綜合治理?！瓘拈L遠來看，在一些大城市要考慮快速軌道交通和地下交通，以緩和地面交愛的緊張狀況”①。到1998年，我國已有京、津、滬、穗四大城市擁有地鐵，總通車里程約75km。1998年，廣州市地鐵2號線、深圳市地鐵1號線和上海市地鐵3號線相繼獲國家批準立項動工后，今年將有15個城市獲國家立項。據最新統計，目前在建和計劃建設的地鐵共21條線，長350km，總投資預計達1400多億元。另外，鑒于軌道交通成本巨大的特點，國家要求在今后建設地鐵時，設備國產化率必須在70%以上②。
由于我國軌道交通建設處于起步階段，有必要澄清軌道交通的概念、性質和特點，學習國外和境外的先進經驗，加以總結，避免重大決策失誤，更好地為我國今后大規模的軌道交通建設服務。
1、城市軌道交通的概念
現在國內在軌道交通概念方面存在諸多的混淆，比如認為地鐵必定是在地下行駛的交通工具，卻不知國外地鐵有的部分在地面、甚至在高架行走，例如，新加坡有2條地鐵線，48個站（15個地下、32個高架和1個地面站），83km（其中地下19km、高架60.2km和地面3.8km）③。而我國現在地鐵幾乎是全地下結構，導致成本居高不下，如廣州市地鐵1號線，建設成本高達8～9億元/km！軌道交通特征和概念的模糊不清可能會影響我國新的交通設施的規劃、建設和營運，不僅造成重大經濟損失，而且影響城市的健康發展。
快速軌道（Rapid Rail Transit or Rail Rapid Transit）是城市地下鐵道（地鐵）、輕型軌道交通（輕軌）、單軌（獨軌）交通、有軌電車、新交通（new transport system， NTS）、高速磁浮列車和市郊（郊區）列車（通勤列車）等城市軌道交通的統稱④。其共同特點是：運量大、速度快、安全可靠、準點舒適，可以在地面、高架和地下、半地下（open cuttings）的輪軌上行駛。輪軌系統一般有鋼輪一鋼軌系統和膠輪一混凝土軌系統兩大類，世界上軌道交通主要以鋼輪一鋼系統為主，我國也不例外。軌道交通通常以電力驅動（直流電、交流電或線性電機傳動，電壓有600V，750V或1500V），一架空線網受電或第三軌（側軌）受電，自動或人工操作控制。城市軌道交通的站距一般在市區1km左右，在郊區2km左右。但是，城市或區域之間的高速鐵路站距較大，否則達不到200km/h以上的運行速度。
地鐵（subway， metro， the underground），是地下鐵道的簡稱，別名有地下鐵（mass transit railway， MTR）、重軌（heavy rail）、快速軌道（rapid rail）、大都市鐵路（metropolitan railways）。地鐵可以在地面、高架和地下運行，有人把行駛在高架軌道上的地鐵稱為（高架地鐵）。地鐵是大容量的客運工具，高峰單向容量為3～7萬人次/h，量大運行速度達120km/h，平均營運速度為30～45 km /h，這與站距有關。地鐵需要道路完全隔離和封閉，從而確保了快速和準時，但線路一旦建成，更改非常困難，只能考慮延長線。地鐵由于建設成本非常高昂，一般由市政當局或公共公司所擁有。地鐵的信號和控制系統很復雜，用以滿足地鐵的快速和發車時間間隔。車站一般比較寬敞，高站臺、有電動扶梯，有利于乘客上下地面。地鐵一般位于城市核心區或城市內環路之內。
輕軌（LRT）是輕型軌道交通（light rail transit）的簡稱，是由原來的有軌電車（streetcar、trams or tramway）演變而來的。1978年3月在布魯塞爾召開和第一屆國際輕軌交通會議上統一了輕軌的稱謂，英文簡寫LRT，認為輕軌交通的荷載比地鐵和常規列車輕⑤。根據輕軌定義，獨軌（單軌）交通、新交通系統（New Transport System）、輕軌地鐵（Light Metro）、輕型快速交通（Light Rapid Transit）、高架線性系統等都屬于輕軌范疇。輕軌線路有地面、高架和地下線，地下線比較少見。輕軌建設成本為地鐵的1/3～1/5[7]。輕軌一般位于城市內環路之外。
市郊（通勤）鐵路（commuter rail）擔負著大城市市區與郊區衛星城鎮或社區之間的客運聯系，一般與地鐵站或輕軌站有方便的換乘關系。通勤鐵路以架空線網供電，站距長、速度快。它屬于重軌交通，與貨運列車的兼容性強。
高速鐵路指導運行于大城市或區域之間，甚至國家之間的高速軌道交通，如歐洲之星（TGV）、日本的新時速、中國的廣深準高速列車，營運速度在200以上，最大速度達350km/h。新研制的磁浮高速列車，時速將達500km/h。一般把高速鐵路歸為區域或國家鐵路系統，所以狹義上說不是城市軌道交通的研究范圍。
2、城市軌道交通的基本特征
目前，世界上擁有城市軌道交通的城市有320多個，其中有地鐵的占5%，有地鐵和輕軌的占11%，有輕軌和有軌電車的占84%，全世界軌道交通的營運線路長達5200km。發展中國家發展很快，目前有730多km的營運線路，占全世界的14%④⑦。軌道交通在世界上的分布情況，見圖1⑧。
軌道交通與其他交通模式的特征比較見表1和表2。
綜上所述，小汽車機動性強，從門到門，但是道路面積大，綜合運能不大，能耗大，污染嚴重；公共汽車機動性好，基礎工程簡單，成本低，能耗雖然不大，但是綜合運行速度慢，影響運能，污染大；有軌電車工程造價低，能耗低，成本低，無空氣污染，運行速度慢，運能提不高；輕軌運量和運行速度均較大，安全、準點、能耗低、無污染，造價比地鐵低，但是占用地面空間；地鐵運量大，運行速度大，安全、準點、能耗低、無污染，不占用地面空間，工程造價高，但是綜合效益好。
3、因素分析
3.1線路類型
線路類型影響軌道交通的營運速度和容量、服務質量和投資成本。根據線路的隔離和封閉程度，可以分為三種類型：
A型線路：全封閉、無平面交叉、具有專用的路權（exclusive rights-of-way），如地鐵線路，營運速度30～45km/h；
B 型線路：大部分線路處于封閉和隔離狀態，有部分平面交叉口。在交叉口，軌道交通優先通過，以確?？焖俚臓I運速度，具有大部分的路權（substantial rights-of-way），如輕軌線路，營運速度25～35km/h；
C型線路：只要小部分線路處于封閉或隔離，與其他交通混行，有大量的平面交叉口，如有軌電車和常規公交車線路，營運速度14～18km/h。
三種類型線路與服務質量和投資成本關系見圖2。
服務質量
從圖2可知，A型線路比B、C型線路具有更高的投資成本和服務質量，但是它占地更多，線路更改更加困難，彈性小。
線路類型在軌道交通中的應用見表4。
3.2 線路結構形式
線路結構形式有地面或半地面分級、高架軌道和地下軌道三種形式。線路在垂向的結構形式對軌道交通的建設成本影響最大。世界軌道交通建設經驗表明，一般情況下，地面結構與高架、地下結構的投資成本的比例，大致在1：2：6的關系。如果建設一條15km長的軌道交通，在地名分級系統約3.3億美元，高架6.6億美元，而地下結構則高達20億美元。特別是地下結構，成本與當地的地質水文條件、施工方法、車站規模等關系很大，但是與軌道交通技術水平影響不大。軌道交通結構形式與建設成本（含設備）的關系如表5。
為了更清楚地說明線路結構對建設成本的影響，表6列出了世界一些大城市的軌道交通成本情況。
3.3系統技術類型
軌道交通之間的技術差別主要是列車的控制方式。根據軌道交通的控制方式，大致可以很分為三種技術類型：①司機控制的交通系統；②自動控制的鋼輪一鋼軌系統；③人工/自動聯合控制的交通系統，如有軌電車、膠輪系統等。
自動控制系統與司機控制的系統相比，具有如下優點：
·可在地面、地下和高架行駛，車道窄、占地少；
·噪聲低、無空氣污染、衛生清潔；
·性能優、安全可靠、車輛耐用、易維修；
·因多節車輛編組，容量大、勞動生產率高、能耗低、單位營運成本低；
表6 案例城市軌道交通建設成本（12）（1983）
其主要缺點如下：
·與其他交通兼容性差，在地面行駛問題更多；
·只能在軌道上行駛，線路在低密度區不經濟；
·改線或更改調度靈活性差、車輛更新困難（因車輛壽命長）
·投資成本高
膠輪系統指橡膠輪胎（充氮氣）在鋼筋混凝土軌道上運行，并附有鋼輪一鋼軌作用，以防萬一胎破裂，目前已經在巴黎、蒙特利爾、阿德萊得、墨西哥和日本的Sapporo用。膠輪系統與鋼輪一鋼軌系統比較有明顯的特點：噪聲小、爬城能力大（最大7%，而其他5.5%）、能大、控制系統復雜、造價高，只能在全封閉的軌道上行駛。
3.4營運服務類型
在分析和選擇軌道交通模式時，發車頻率（間隔）和列車容量是必須考慮的重要因素。發車頻率和容量影響軌道交通系統以及乘客的成本費用。如果發車間隔長，營運成本就低，但是增加了乘客的等待時間成本。從理論上來說，全自動控制系統確保了列車的高容量?？瓦\量與發車成正比，因為發車頻率（一般30～120次/h）提高可以增加軌道交通的吸引力。但是，發車頻率與車站設施、列車速度、安全程度等有關。單位營運成本與客運量的關系曲線，見圖3。當列車頻率一定（如30次/h）時，列車容量增加，客運量也增加。隨著客運量的增加，總營運成本（包括軌道交通系統成本和乘客時間成本）下降，但是當列車容量一定的情況下，存在一個最佳客運量，此時，總成本最小。
4、結語
我國對軌道交通的特征描述過于籠統，缺乏詳盡的對比分析。在軌道交通的概念和內涵方面，也比較模糊、不確切。由于特征和適用性了解不透，特別可行性研究不深，導致有些城市軌道交通規劃隨意性大，一會兒上地鐵、一會兒上輕軌，線網規模大大超過預期的發展水平，為了獲得立項，客運量也常常過高估計。在社會主義市場經濟條件下，市政府是軌道交通巨額投資的主體，如果決策失誤，市政府將永遠背上沉重的財政包袱。世界經驗表明，只有滿足經濟實力（包括經濟潛力）和人口密集兩個重要條件，才能上軌道交通，如北京、上海、天津三座直轄市，副省級市廣州、深圳已經滿足條件；而新直轄市重慶位于內陸，盡管人口密集，但是經濟實力弱，地鐵中途停工就是最好的說明。每個城市應該根據當地的實際情況，苦練內功，加強軌道交能特征比較研究，選擇正確的交通模式和線路結構，才能促進城市交通健康發展。
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Abstract： With the continuous development of our economy， and more requirement of higher quality of travel， the quality of the railway service that the passengers expect has a great improvement， in order to ensure that passengers in high-speed rail hub transfer efficiency， based on analyzing the role of buffer time of the high-speed train timetables and comprehensively considering the cost of traveling time and delay time of the passenger， we establish relatively model which is a stochastic expected value model， the algorithm based on genetic algorithm is applied to solve the model by the soft MATLAB， and make validation on calculation example， and then make a optimization scheme of the slack time layout.
Key words： high-speed railway train； train operation diagram； transfer； redundant time； genetic algorithm
引 言
隨著我國高速鐵路的迅猛發展，以及人們對高速鐵路運輸服務的準時性有著較高的要求，高速鐵路樞紐的換乘高效性和可靠性越來越受到重視。基于換乘銜接角度，本文通過分析列車運行干擾對換乘影響的作用機理，建立了考慮換乘銜接的冗余時間整體布局優化模型。該研究不但為考慮換乘銜接的冗余時間布局提供了研究方法，而且為高速鐵路樞紐站運行詳細的鋪畫提供了參考和借鑒意義。目前，國內外專家學者對冗余時間的布局優化做了一些研究，國內孟令云[1]提出列車調整雙層模型，寧驥龍[2]提出偏質量最小模型，并用遺傳算法進行求解，但二者均未從換乘角度出發進行考慮和研究冗余時間的作用機理。趙宇剛[3]以概率分析的方式對追蹤間隔時間進行研究，未考慮換乘條件下綜合冗余時間的布局。文超[4]以運行圖沖突疏解的角度研究了綜合冗余時間對運行圖的影響，但未研究冗余時間在各站的布局。趙俊鐸[5]建立了考慮換乘銜接的高速鐵路運行圖冗余時間布局優化模型，但并未考慮追蹤列車間隔緩沖時間。劉伯宏[6]在分析各種冗余時間的基礎上，以列車旅行和到發站延誤時間最短為優化目標，建立運行圖冗余時間布局優化模型，但該模型未考慮旅客換乘銜接的冗余時間。國外JoneR.Birge，Francois對晚點期望值進行了研究[7]。Michiel. Vromans和ROB. M. P. Goverde[8]針對晚點傳播過程及相應指標和評價指標進行了深入研究。Nils. E. Olsson[9]針對冗余時間設置對運行圖穩定性的影響進行了研究，但上述文獻均未從晚點累加和換乘銜接的角度進行冗余時間的研究。文獻[10]在單線鐵路資源約束條件下，對列車運行圖進行了優化，該研究采用分枝定界算法進行求解，并提出了三種縮小解空間的策略。文獻[11]結合了線性規劃、隨機規劃和魯棒優化技術，提出了精確地啟發式算法來提高列車運行圖魯棒性。文獻[12]采用阻塞時間理論模型對列車運行調度實施過程進行描述，為列車運行過程中的實時調度提供了參考意見。
1 列車運行冗余時間的含義和分類
含義：在鋪畫列車運行圖時，在列車停站作業和區間運行以及列車運行線間人為的預留的時間。
冗余時間按作業性質分為兩類：
（1）緩沖時間，其設置在涉及多列或兩列列車的作業中，并能夠抑制列車之間的晚點傳播。
（2）自身恢復時間，其包括區間運行和車站停站作業的撒點，設置在一趟列車的某個單項作業中。
2 列車運行干擾的作用
列車運行中會受到各種外界因素的干擾，其主要包括機器問題、自然條件惡劣與人為失誤等各種不確定因素的擾動。列車運行干擾的產生導致了列車運行偏離原計劃，即列車發生晚點，晚點傳播[13]，是指列車自身晚點及其引起其后列車連帶晚點的現象。列車的換乘同樣會受到列車運行干擾的影響。
3 冗余時間優化模型
3.1 模型分析
列車運行圖編制情況：初始布點階段、詳細鋪畫階段、后評價階段，本文研究的是在已完成初始布點的列車運行圖的基礎上，設置各項作業的冗余時間。
結合乘客旅行時間成本和乘客總延誤時間成本目標，建立考慮換乘冗余時間的隨機雙層期望值模型，基于全局考慮上層提出冗余時間的布局方案，并傳遞至下層，結合既定擾動方案，基于上層的基礎下層進行以乘客總延誤時間為目說腦誦型嫉髡，并將乘客總延誤期望值傳遞給上層。上下層模型的決策是相互獨立、互不干擾的。
3.2 模型假設
（1）不包含其他指標的優化，只以該模型目標函數值為優化目標。（2）冗余時間總值和乘客總延誤時間權重已知。（3）不考慮車站能力約束。（4）不考慮追蹤列車間隔緩沖時間。（5）不考慮因列車大范圍延誤而做出的運行調整。
3.3 模型建立
3.3.1 上層模型
目標函數：
其中，冗余時間布局方案下所有列車的冗余時間總值為cx，冗余時間布局方案在相應擾動方案下乘客總延誤時間為qx，ω，冗余時間布局方案x的可行解集為Λ。
式（1）中：
在目標函數中ux，y表示在擾動方案ω下，通過調整列車運行圖，最終產生的列車運行圖較初始運行圖的乘客總延誤時間。y表示在給定冗余時間布局方案x和擾動方案ω下列車調整后的運行方案。通過該目標最小化，得出在干擾方案ω下運行調整優化方案。旅客因列車晚點到達產生的時間延誤和旅客因未實現換乘而額外產生的等待時間延誤，以及旅客因列車早點到達產生的額外早點時間構成了乘客總延誤時間。
4 模型求解過程
根據本文模型的特點，我們對上層模型和下層模型分別設計了相應算法進行求解。
4.1 遺傳算法，是一種基于自然選擇和遺傳學原理的有效搜索方法，它從一個種群開始，利用選擇、交叉、變異等遺傳算子對種群進行不斷進化，最后得到全局最優解[14]。
4.2 下層模型的算法設計及求解。通過插入基于期望值的換乘關系保留決策過程和設置換乘冗余時間，結合基于優先級的模擬人工沖突疏解算法調整帶有沖突的列車運行態勢圖，從而能保證了換乘關系的實現，并得到最優結果。
5 算例分析
本文為檢驗上述模型和算法的可行性，以某一條已建成運行的高速鐵路部分區段為背景進行研究，選取全長212公里的區段，其中包含4個車站3個區間，該區段的線路拓撲結構圖如圖1所示，站間數字為兩站距離（單位：公里）。
如圖1所示，令B站為換乘車站，并以B站部分始發列車作為換乘列車與A站部分始發列車進行換乘。
在列車實際運行中，由于受到初始干擾的復雜性，其難以進行量化統計，因此，需要對統計得到的列車實際到發時刻數據進行處理。列車到發時刻反映的是列車受到的初始干擾和連帶干擾的加和，研究發現列車晚點的概率分布服從負指數分布規
律[15]。
本算例的統計數據為其在前方車站通過且在后方車站停車的時間。該數據是以excel數據形式進行存儲的。
本文設置高等級列車5列進行模型算例分析，及η=1，其中設置1對換乘列車。
擾動方案樣本數量設置為5。由已有列車運行圖歷史數據統計可計算得出各區間車站概率密度的累計分布概率，并可求出每種擾動方案ω發生的概率ρω。為了更好地測試模型的優化能力，本算例不考慮列車正點的情況。對已有數據統計可得該區段已有運行圖的冗余時間總值約為20min，故可設置冗余時間上限值t為20min。
本算例通過借鑒已有研究，假定冗余時間總值和乘客總延誤時間的權重系數η為4，設φ為15min，ξ為30min，求解模型過程中，設每列車乘客數為1，且在每站的下車人數平均，則每站下車乘客比是0.33，且設列車1在車站B下車的一半乘客均換乘至列車2，可得換乘乘客比例0.165。
上層模型遺傳算法的求解過程中相關參數設定為：POP_SIZE=50，M=20，chrom1取已有運行圖的冗余時間布局方案，如表1所示。
6 結 論
（1）不同的冗余時間設置方案對于列車在運行過程中的干擾吸收也是不同的。
（2）智能算法能夠高效解決冗余時間布局方案的優化問題。
（3）通過研究高速鐵路換乘冗余時間的布局優化方案，可提高高鐵的行車組織效率。
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那時知道臺糖火車的車廂比臺鐵的小,鐵軌也較窄。聽人說臺糖火車叫做“五分車”,不明白是什么意思。1970年到臺北讀大學,那時以坐平快車為主,知道臺灣的縱貫鐵路是日據時期修造的,聽人家說這叫做“七分車”,也不明白是什么意思。后來看電影《東方快車謀殺案》,看到洋人的火車竟然有包廂,廂外有通道,覺得洋火車比臺灣的火車寬敞。1979年到巴黎第一次坐有包廂的火車,感覺臺灣的火車還真窄。1992~1993年在美國,更確定臺灣的軌寬有點奇怪。
很慚愧,我一直沒去弄清楚五分車、七分車、歐洲車、美國鐵軌的寬度有什么差別,為什么會采用這么不同的規格。這件事拖到2001年初,我讀到Douglas Puffert(2000)的論文后,才把整個事情弄清楚。
復雜的軌寬
1995年夏,我在慕尼黑大學三個月,在經濟史研討會上認識Puffert,是個溫文儒雅的年輕學者,他在斯坦福大學的博士論文(1991),就是以北美鐵軌的寬度為主題,在主要的經濟史期刊上發表好幾篇論文。我從維基百科(Wikipedia)查“軌距”,得到許多具體的數字。
國際上通用的標準軌是143.5厘米,現在歐洲大部分國家都使用標準軌,例外的國家有:愛爾蘭與北愛爾蘭(160厘米)、西班牙(167.4厘米,正在改為標準軌)、葡萄牙(166.5厘米),阿根廷與智利的軌距是167.6厘米,俄羅斯及鄰近國家,以及蒙古、芬蘭都是152厘米。
日本的軌距是106.7厘米,日據時期修筑的臺灣軌寬也是106.7厘米,這是國際標準軌(143.5厘米)的74%,稱為“七分車”。臺灣的糖業鐵路和阿里山的森林鐵路,是76.2厘米的窄軌,是143.5厘米的53%,簡稱“五分車”。日本在1960年代修建新干線(高速鐵路)時,采用143.5厘米的國際寬軌,提高行駛的穩定性。臺灣高鐵、臺北和高雄的捷運,都采用143.5厘米的標準軌。清朝末年中國的鐵道,由英國和比利時承建,采用143.5厘米標準軌。
有人說,1937年制定的國際標準軌143.5厘米是英國提出的,這個說法不夠準確,待會兒會詳細解釋。最讓人感興趣的是,為什么143.5厘米的軌寬,會在諸多規格的激烈競爭下脫穎而出?
1835~1890年間,北美(美國與加拿大)至少有9種軌道:91.4厘米、106.7厘米、143.5厘米、144.8厘米、147.3厘米、152.4厘米、162.6厘米、167.6厘米、182.9厘米。
為什么會這么復雜?
原因很多,大致有三種。其一是各地區修筑鐵路時,鐵路工程師的技術來源與傳承不一,有些采用英國體系,有些則不是。其二是故意不兼容,阻擋其它地區的農工業產品進入。其三是各地區的地形地勢不一,對軌道的需求自然不同。
為什么后來會統一使用145.3厘米,1937年之后這個尺度成為國際標準軌寬呢?這就是本文的要點:說不出合乎邏輯的道理,這是政治與經濟交互角力后,一步步發展的結果,這正是典型的path dependence問題(依發展途徑而異、受到隨機性的因素干擾)。市場機能、競爭、效率、最適合這類的觀念,在這個議題上無法發揮功能,因而稱為“市場失靈”。
143.5厘米的起源與變遷
美國最早的鐵道,是承襲英國的142.2厘米規格,這是18世紀末,在英國礦區發展的原初型鐵路,在紐卡斯爾地區最通行。
有位叫史蒂文生的工程師,在斯托克頓和達靈頓之間建造了一條運煤鐵道。1826~1830年間,他被任命在利物浦(Liverpool)和曼徹斯特(Manchester)之間建造鐵路(L&M),特點是用蒸汽機來推動火車頭。這是第一條靠蒸汽機推動的鐵路,也是第一條完全依靠運載乘客與貨運的鐵路,更是第一條與礦冶完全無關的鐵路,在鐵道史上有顯著的開創地位。不知什么原因,史蒂文生把鐵軌加寬了1.3厘米,成為143.5厘米,這就是日后國際標準軌的規格。
1826年,史蒂文生在競爭L&M鐵路時,他的對手刻意提出167.6厘米的寬軌(加大24.1厘米),但沒被采用。史蒂文生的兒子羅伯特,后來在國會的委員會上說:143.5厘米軌寬也不是他父親訂的,而是從家鄉地區的系統“承襲”來的。斯邁爾斯是史蒂文生的朋友與早期傳記的作者,他說143.5厘米的軌寬,“沒有任何科學理論上的依據,純粹是因為已經有人在用了?！?/p>
美國早期的鐵路建造者,參觀L&M與其他地區的鐵道,認為L&M的規格較適合,就把整套工程技術搬回美國。另有一批工程師,1829年參觀英國鐵路,回國后在巴爾的摩(Baltimore)與俄亥俄(Ohio)之間筑了另一條鐵路(B&O),將軌寬改為143.5厘米,目的是要和L&M鐵路的火車“接軌”。
但有幾批工程師卻另有盤算,有些認為152.4厘米較易使用,有些人用144.8厘米,有人堅持147.3厘米也不錯。簡言之,在最復雜的時候,美國鐵路有過9種軌寬并存。
現在回過頭來看鐵道的發源國英國,他們在建筑Great Western Railways(GWR)時,把軌寬擴大為213.4厘米,幾條較短的路線,用其它規格。有些美國工程師,看到鐵路老大改為寬軌,為了迎頭超越,就把紐約與愛力(Erie)之間的鐵路,建為182.9厘米,希望能達到三個目的:最高速、最舒適、最低成本。
但事與愿違,有些人認為167.6厘米就夠了。幾經實驗,19世紀中葉的美國鐵道工程師,在考慮火車頭的拉牽力之后,覺得還是以152.4～167.6厘米之間較合適。加拿大的鐵路學者也有同感,而這正是英國當時采用的軌寬。
1860年之后,又有人感覺寬軌太耗動能,對蒸汽機的負擔過重,認為還是老規格較合適。在地勢變化較大的地區,其實106.7厘米更合用,因為較容易轉彎。在多山的地區,若用91.4厘米寬的鐵軌,就不必挖太寬的隧道,可以省下不少成本:91.4厘米的鐵路成本,比143.5厘米的建造費用便宜三分之一(枕木、石塊、人工、管理都較省)。
建造鐵路時,美國政府只負責土地與公共事務,對具體的投資、興建、技術規范都不插手。如果你是第一位在某個區域的鐵道投資者,只要考慮自己喜歡哪種軌寬;第二位投資者,或許也可以自由選擇軌寬;但第三位投資者,就必須考慮接軌問題,沒有多大選擇空間。在這種機制下,美國的鐵道系統就出現一項特質:地區性的軌寬整合度很高,但全國性的相似度很低。
簡言之,美國的軌寬是由民間工程師決定,而這又受到他們之前的經驗影響:或是向英國某個地區學來的,或是依所購買的火車頭帶動力,來決定軌寬。為什么143.5厘米最后會成為主流?因為采用者最多,滾雪球效應最大。
偶然與必然
換個角度來問:政府為何不出面協調呢?
其實很簡單,南北戰爭之前,有誰能預期日后會建造出全國性的鐵路網呢?那時投資鐵路的人,只想運載貨物和非乘客的人員,從河運搶些生意做,占據某個地區的地盤。他們甚至不想和其它區域的鐵路接軌,基本的心態是互不侵擾地盤。加拿大也不希望美國的火車駛入,鐵道的規格因而形成割據?，F在美加兩國的鐵路、電話號碼、電壓、影印紙規格都已統一化,那是很后來的事了。
其實加拿大的國會,很早就知道軌寬標準化的重要性。美國國會把橫跨大陸的軌寬選擇權,授給林肯總統,他決定采用152.4厘米。但是中西部的鐵道業者不愿接受,就和東部的同行結盟,游說國會采用最老式的英國軌寬143.5厘米。
某些較貧困的地區,資本不夠,希望采用窄軌,就在1872年另組一個“國家窄軌聯盟”:之后全國各地的窄軌,95%采用91.4厘米的規格。在這種“地區性整合度高、全國性相似度低”的結構下,美國的鐵道系統,怎么可能在20年內(1866~1886年),就完成規格統一呢?143.5厘米的規格獲勝,是因為它有特殊的優越性嗎?
其實在1860年代時,誰也不知道143.5厘米會成為日后的國際標準,當時存在9種規格,工程師并無明顯的偏好。為何會有統一化的認知呢?主要是各地區的經濟發展后,運輸量大幅增加,東西兩岸的產品與人員相互運送,無法透過較受地域性限制的水運。當時東西橫向的鐵路,大都采用143.5厘米,產生大者恒大的雪球效應,市場占有率愈來愈高。各地區的鐵路公司,在利益的考慮下愈來愈合作:發展跨區的鐵道系統,共同管理相互協助,這是推動鐵道標準化的重要因素。
大家會問:把原來不是143.5厘米的軌寬,不論是拉寬或縮窄,轉換的成本不是很高昂嗎?是的,費用看起來是不小,但相對于鐵道的總價值,百分比并不高。主要的花費是整修路基,尤其是在擴寬軌道時,如果只是把軌道稍微拉寬或縮小,這屬于“移軌”的問題,成本并不高。較貴的部份,是更換為143.5厘米的車廂和火車頭(機頭)。
1871年時,把俄亥俄和密西西比鐵路,從182.9厘米縮為143.5厘米的平均成本,是每英里1066美金,再加上價值5060美金的新車頭。到了1885~1886年間,這些成本更低了:更改南方軌道與設備的成本,每英里約只需150美金。把窄軌拉寬的成本,每英里約7500美金。對那些和143.5厘米較接近的軌道,就建造可以調整輪子寬度的車體,來相互通車。一旦整合的意愿明確化,確知每英里的更改成本,占鐵道總價值的百分比不高后,20年內很快地就整合完成了。143.5厘米成為美加的標準規格,1937年成為國際標準,沿用到今日。
美國軌寬的故事告訴我們:市場的需求,是規格統一化的重要推手。1880年代統一的143.5厘米,以今日的車頭牽動能力而言,并不是最具能源效率的規格;但這已是國際標準,改動不了了。143.5厘米能一統天下,并不在于規格上的優越性,而是歷史的偶然造成,并不是最有效率、最具優勢的東西,就能存活得最好。這種path dependence的現象,在度量衡上最常見。聽說1英尺的定義,就是某位國王鼻尖和手指之間的距離。
鏈接:
馬屁股距離決定軌寬
經濟學中有個名詞稱為“路徑依賴”,它類似于物理學中的“慣性”,一旦選擇進入某一路徑(無論是好的、還是壞的),就可能對這種路徑產生依賴。這個美國鐵軌的故事,也許有助于我們理解這一概念,并且加深對其后果的印象。
美國鐵路兩條鐵軌之間的標準距離,是4.85英尺。這是一個很奇怪的標準,究竟從何而來的?原來這是英國的鐵路標準,因為美國的鐵路,最早是由英國人設計建造的。
那么,為什么英國人用這個標準呢?原來英國的鐵路,是由建電車軌道的人設計的,而這個4.85英尺,正是電車所用的標準。
電車軌標準又是從哪里來的呢?原來最先造電車的人,以前是造馬車的。而他們是用馬車的輪寬做標準。
好了,那么,馬車為什么要用這個輪距標準呢?因為那時候的馬車,如果用任何其它輪距的話,馬車的輪子很快就會在英國的老路上撞壞。為什么?因為這些路上的轍跡寬度,為4.85英尺。這些轍跡又是從何而來呢?答案是古羅馬人定的,4.85英尺正是羅馬戰車的寬度。如果任何人用不同的輪寬,在這些路上行車的話,輪子的壽命都不會長。
我們再問:羅馬人為什么用4.85英尺,作為戰車的輪距寬度呢?原因很簡單,這是兩匹拉戰車的馬的屁股寬度。故事到此應該完結了,但事實上還沒有完。
近年來，伴隨著國家綜合國力的全面提升，我國高速鐵路建設取得歷史性跨越，進入全面建設時期。無砟軌道作為一種穩定性高、軌道剛度均勻、具有較強的結構耐久性、容易維護、可降低橋梁二期恒載、減少隧道凈空開挖、綜合效益高的軌道結構形式，因此，對無砟軌道施工技術進行研究是很有必要的。
2. 無砟軌道施工技術難點
與普通鐵路有砟軌道相比，高速鐵路無砟軌道系統的施工工藝更為復雜，技術含量更高，其難點主要體現在以下五個方面：
（1）軌道基礎地基沉降變形規律難以控制。無砟軌道整體形態是通過扣件系統進行維持，因此，必須采取技術經濟合理的處理措施保證軌道地基的穩定性。
（2）精密測量技術。傳統的測量技術已經無法滿足高速鐵路無砟軌道系統的施工建設需求，需要采用高精度的現代工程測量方法來保證保證無柞軌道線路平順性。
（3）軌道平順度控制。高速鐵路與普通有砟鐵路的最顯著區別是需要一次性建成可靠、穩固的軌道基礎工程和高平順性的軌道結構。軌道的高平順性是實現列車高速運行的最基本條件。
（4）無砟道岔施工。道岔區無砟軌道施工應嚴格按相關規程進行，在保證無砟軌道的道岔間無縫的同時還要注意與不同區間、不同標段間無縫線路施工相互協調。
3. 無砟軌道施工關鍵技術
3.1 無砟軌道測量
無砟軌道施工階段測量主要包括三個內容：線下施工測量、無砟軌道鋪設測量以及竣工測量。線下施工階段測量主要工作是控制網的復測和控制網加密；對于無砟軌道鋪設階段測量，關鍵工作就是CPⅢ控制網的布設，平面測量要求滿足五等導線精度，線路起閉于CPⅠ或CPⅡ控制點。導線長度不超過2km，點間距150～200m之間，距線路中線3～4m，需要再線下施工完成后無砟軌道鋪設前進行施測，控制點需要用鋼筋混凝土包樁，以保證其精度不受環境影響。高程測量采用起閉于二等水準點的精密水準測量施測，水準線路不超過2km?？⒐るA段測量主要是維護基樁測量和軌道幾何形狀測量。
3.2 水硬性混凝土支承層鋪設
水硬性混凝土應按設計方案配比，集中拌合，用運輸車運輸、傾倒。攤鋪時沿測定位樁拉線，控制攤鋪機走行方向；注意控制并調整攤鋪機的碾壓力、集料投料速度等工藝參數；同時及時拉線檢查支承層的頂面高程。在支承層水硬性混凝土攤鋪完畢12小時內，用鋸縫機在支承層表面鋸切間距5m深度l0cm的伸縮縫；同時修整支承層邊緣輪廓尺寸。最后在支撐層上覆蓋保濕棉墊，在保證混凝土上表面濕潤，且不受陽光直射和風吹的前提下覆蓋養生3天。
3.3 軌道安裝定位
軌道安裝定位的主要工序依次分別為首先鋪設軌枕、安裝工具軌然后進行軌道調整定位再進行軌道電路參數檢查最后軌道精確調整和固定。施工時，一般100m為一個施工單元組織施工。
3.3.1 鋪設軌枕、安裝工具軌
軌枕鋪設使用散枕機施工。散枕機通過挖掘機特殊改裝而成，挖掘機上安裝專用液壓軌枕夾鉗，進行軌枕的吊裝、并按照正確的軌枕問距直接將軌枕擺放到位。
3.3.2 軌道調整定位
軌道調整定位施工采用專用支撐架、雙向調整軸架完成，支撐架間隔2.5m設置，雙向調整軸架每隔3根軌枕對稱設置，雙向調整軸架基座預先安裝在鋼軌底面。
支撐架內安裝宅鋼軌夾鉗和豎直調整裝置。首先使用水準儀測量軌道面高程，起落豎直調整裝置，使軌頂標高滿足設計值。允許誤差為±10mm；用扳手上緊雙向調整軸架的豎直螺栓。螺栓端頭與墊板頂死、受力。
在每一組雙向調整軸架基座間安裝傳力桿后，用扳手旋轉傳力桿，逐點調整軌道至設計中線位置．容許偏差為±5mm，并用全站儀精確測量復核。軌道調整定位合格后，在細調定位支座的預埋位置鉆孔，安裝定位支座。
3.3.3 軌道精確調整和固定
軌道精確調整在道床板混凝土澆筑前l.5～2小時前進行。按照細調定位支座位置劃分檢測斷面，使用軌檢小車和全站儀逐一檢測每一個檢測斷面線路的水平、高低、軌向等幾何形位和中線位置。根據軌檢小車輸出的檢測數據確定檢測斷面處軌道精確調整的量值。
用扳手微動調整雙向調整軸架的豎直螺栓絲桿，調整線路的幾何行位，直至滿足設計要求。在細調定位支座上安裝螺旋調整器，旋轉調整手柄，使調整刻度達到調整量值．確認軌道中線位置調整到位。將“U”形卡板插入細調定位支座內卡緊，然后將卡板與軌枕的鋼筋桁架焊牢，完成軌道固定。
3.4 道床板混凝土澆筑
混凝土入模后，立即插入振動棒振搗。對軌枕底部位置混凝土要加強振搗，確?；炷恋拿軐嵭?；搗固時防止振動棒觸碰雙向調整軸架的豎直螺栓和其它固定裝置。道床板混凝土表面用平板式振動器振平并以人工抹平，確保道床板的頂面高程、平整度和排水坡度符合設訓標準。同一配比每班次應制作5組試件。
道床板餛凝土澆筑2～5小時后，松開雙向調整軸架的豎直螺栓和其它固定裝置?；炷凉嘧⑼瓿珊髴⒓催M行表面覆蓋?；炷两K凝后噴灑養護劑養護14天左右，防止其表面產生裂紋。雙向調整軸架的豎直螺栓取出后，遺留的螺栓孔應采用高標號的砂漿封堵。
4. 結語
我國高速鐵路已進行了多年的技術準備，研究和攻克了不少重大難題，但無砟軌道施工技術對于我國鐵路建設來說仍然是一個既復雜又新穎的課題，在建設中仍有許多問題值得研討。本論文主要分析了高速鐵路無砟軌道施工的技術難點和施工中的關鍵技術，期望能對高速鐵路無砟軌道施工提供有益的參考。
參考文獻
[1] 何華武. 無砟軌道技術[M]. 北京：中國鐵道出版社，2005.
1.接觸網主要故障分析
1.1空間結構尺寸方面故障
接觸網不僅要保障向電力機車提供的電流質量良好，而且還要保證在規定的空間幾何位置上接觸懸掛能牢固地接觸，保證受電弓從接觸線上取流能平滑并且質量良好。由于機車受電弓有限的寬度和愈來愈快的運行速度，一旦接觸網的技術參數發生變化或接觸懸掛上零件脫落的情況發生，就會給電力機車或電動車的運行帶來很大障礙，嚴重的情況下還會造成弓網故障。受當時條件限制，建設初期標準偏低的接觸網已經不能很好適應當今鐵路發展形勢，導線質量不一，時常發生斷線狀況，疲勞耗損較為嚴重。
1.2絕緣方面故障
絕緣是接觸網這一特殊的高壓供電設備的重要技術指標之一，接觸網不同于地方的供電線，距離機車近且懸掛高度較低，常常遭到環境和混合牽引的機車的污染，具有相當大的絕緣難度。根據絕緣介質來劃分，接觸網的絕緣主要包括絕緣體絕緣和空氣間隙絕緣兩種，接觸網的正常運行會受到任何一方面放電的影響。鑒于我國設計方面和特殊的自然環境的原因，整個故障占比例較高的就是絕緣方面的故障，其影響范圍也較廣，應該得到較為嚴肅認真的對待。
1.3電氣聯結方面故障
因事先難以發現并且具有嚴重的危害性，電氣燒傷故障作為鐵路電氣化接觸網設備的一類故障，已引起供電運營檢修部門的高度重視。由于接觸網設備主要在力與電的雙重作用下工作，所以接觸網故障的主體由機械故障和電氣燒傷故障構成。由于接觸網運行時間長久和不斷增加的牽引運能，越來越突出設備的電氣燒傷現象已得到檢修部門的關注。供電運營單位為確保供電安全的一個重要任務就是預防和防治接觸網設備發生電氣燒傷故障。
2.接觸網可靠性發展狀況
“受流質量、安全可靠、景觀設計”是接觸網需要解決的三大問題，可靠性列在其中。高速鐵路由于具有系統本身結構復雜、設備繁多、任務繁重等特點，一旦出現事故，波及范圍及社會政治經濟影響都很大，研究接觸網的一項重要課題就是研究其供電可靠性。高速鐵路的供電可靠性也因高速客運專線鐵路的大規模興建而倍受關注?？煽啃怨ぷ魇艿絿獾碾姎夤九c各種國際機構（如IEC、IEEE等）的高度重視，專職的可靠性工程師在一些著名的電氣公司或可靠性管理部門非常常見。不管有些產品有無規定可靠性指標，公司內部都會開展可靠性研究工作，國外各公司間競爭的一個非常重要的手段就是產品可靠性的高低。國外也有著活躍的可靠性學術交流，目前國際上已將傳統的可靠性評估擴展為RAMS評估。該項評估包括對系統可靠性（reliability）、可用性（availability）、可維護性（maintenance）和安全性（safety）的全面評估?，F在有關鐵道的RAMS國際標準已由最早的EN50126：1999上升為IEC62278：2002。有許多涉及到可靠性的國際學術會議，例如，IEEE霍姆接觸會議（每年召開一次）、國際可靠性物理學會議（每年召開一次）、國際電接觸會議（每年召開一次）、國際可靠性與維修性會議（每年召開一次）等等。
可靠性理論在我國只有30年的引進歷史。我國于1976年了第一個可靠性行業標準《可靠性名詞術語》。第一個可靠性國家標準于1979年。80年代，我國在IEc/Tc56有關標準和美國軍工標準作為參照下，制定了一批可靠性標準，基本完成了可靠性基礎標準配套工作。90年代以來，產品的可靠性工作受到機械工業系統的高度重視，產品的可靠性標準（包括可靠性試驗方法）和質量標準中的可靠性指標已經得到普遍使用。1990年，機械電子工業部在《加強機電產品設計工作的規定》第二十四條作出明確規定：新產品鑒定定性時，必須有可靠性試驗報告和設計資料。在鐵道方面，制定了（113/T1335―1996）《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》。進入21世紀后，（G1150068-2001）《建筑結構可靠度設計統一標準》在建筑領域正式形成。將可靠性原理方法與供電系統科學結合，電氣化鐵道的供電可靠性評估采用最科學經濟的方法充分發揮電氣供電設備的潛力，保證鐵路運行所需的連續不斷電力。
3.接觸網可靠性分析的方法
人們根據可靠性分析結果對系統進行評價，發現了許多可靠性分析方法。確定性方法和概率性方法是計算可靠性方法的兩大類。概率性方法按照所使用的數學工具又可以分為：解析法和模擬法。確定性方法可用于在預期故障發生的情況下研究系統可靠性水平。以前常用的系統N-1或N-K安全性檢驗，就是評價確定性可靠性的常用方法。此方法具有考察的狀態數有限、能詳細而精確的描述每個考察狀態的優點。缺點是在于這些狀態表的生成受技術人員的經驗的決定，有可能漏掉狀態，而且狀態的嚴重程度也可能不能察覺的隨時間變動。對系統的安全性進行粗略估計可以采用確定性方法的計算結果，改進薄弱環節，但它只能進行一些故障階數較少的故障類型的事故后果的預想，而且不能預測事故發生的可能性具體有多大。近年來，概率性分析方法已逐漸取代確定性可靠性評估方法。
根據零部件故障和修復的統計值，概率性方法可以計算出系統和節點的運行參數變化區間和風險指標，從而對系統的可靠性作出較為全面和客觀的評價。概率性可靠性評價方法分為解析法和模擬法兩種。解析法對零部件或系統的壽命過程進行合理的理想化，并將這一壽命過程用數學模型描述，如用指數分布等。再通過運算來求解，得出可靠性指標。網絡法、狀態空間法和故障樹分析法是解析法的常用方法。
在系統設計過程中，通過對系統各組成部分的潛在的故障模式分析，對系統功能的影響分析，按嚴酷程度對每一個潛在故障模式進行歸類類，總結出可采取的預防措施來促進系統可靠性的提高。
4.結語
隨著列車不斷提速以及電氣化鐵道運營范圍的不斷擴大，對接觸網可靠性有著越來越高的要求。因此，分析我國的接觸網系統故障情況并探討如何提高接觸網系統可靠性顯得極為重要。
【參考文獻】
中圖分類號：F530 文獻標識碼：A
Abstract： China have been constructing high-speed passenger railway on a large scale recently， however its economic performance does not behave well due to the expensive capital expenditure and operating expense， meanwhile express industry is rapidly developing， which causes demand exceeding supply. In this situation， the introduction of high-speed railway express may produce great social and economic benefits. This paper illustrates the social and economic necessity through the unit cost analysis and social analysis， then， combines successful cases and the high-speed railway technical condition in our country to prove its feasibility.
Key words： high-speed railway； express logistics； social benefit； economic benefit
隨著我國“四縱四橫”鐵路快客通道和城際快客系統的實現，高速鐵路網將于不久形成網絡效應。高速鐵路帶來了巨大的社會效益。而在經濟效益方面，巨額的投資成本和運營成本導致其無法在短時間內回收，如何實現高鐵盈利將成為今后高鐵發展中的新課題。2013年，鐵道部的體制改革也將進一步催化這一問題的解決。與此同時，我國快遞行業發展十分迅速，其中小件快運尤為突出，呈現供不應求的趨勢。因此，結合快運和高鐵的需求，本文提出利用高速鐵路開展快運物流的設想。
1 基于雙重效益發展高速鐵路快運物流的必要性研究
1.1 基于經濟效益發展高速鐵路快運物流的必要性
1.1.1 增加運營收入。近幾年我國投入了巨額成本建設高鐵路網，而高鐵客運收入無法平衡每年的折舊和利息，除了幾條發達地區的線路，高鐵上座率普遍達不到設計標準，這與經濟發達國家高速鐵路可以帶來巨大經濟效益的經驗有很大差異。因此，新成立的鐵路總公司必須創造更大的利潤來彌補之前的虧損，真正走向市場化。
提高收入可以從客運和貨運兩方面入手，在客運方面，運營收入與票價和運載人次等因素有關，雖然調整票價可以增加收入，但是必然會帶來一系列社會問題，并不利于高速鐵路公司的長遠發展。在貨運方面，一方面，普通鐵路的運能釋放可以為傳統鐵路貨運帶來新的利潤；另一方面，也可以通過高速鐵路發展新的貨運產品——高鐵快運。普通鐵路更適合大宗貨物運輸，而高鐵具有更高的時效性、安全性，更適合快遞快運物流產品的服務需求，兩者的目標市場具有很大差異。且當今快運市場有巨大的利潤空間，因此，在高鐵上開展快運業務，不僅可以有效利用高鐵的剩余運能，還可以增加運營收入，減少虧損。
1.1.2 單位運輸成本低。本文以滬寧客運專線為例，簡要計算了各種運輸方式下的單位成本（見表1）。
為了簡化計算過程，本了如下假設：
（1）基礎設施的建設成本很難分攤，且使用年限足夠長，成本能夠收回，因此這里不考慮基礎設施的建設成本（如車站、鐵路、機場、高速公路等）；
（2）不考慮融資成本，即貸款利息對運輸成本的影響。
根據《中國統計年鑒》顯示，2011年全國異地快遞量為27.3億件，其中上海異地快遞量為2.5億件，江蘇異地快遞量為3億件，假設南京異地快遞量占江蘇省的20%，預計上海至南京的日快遞量=2.5*3/27.3*100%*20%/365=1.5萬件。
假設為了完成每日1.5萬件的快遞運輸，預計每日卡車需來回4趟，高鐵需2趟，飛機需2趟。上海至南京的距離按300km計算。
各種運輸方式的單位成本d■計算公式如下：
d■=■
其中，f■——第i種運輸方式的固定成本（元/年）
c■——第i種運輸方式的變動成本（元/km）
n■——第i種運輸方式每日需輸運的次數
L——運輸距離（km）
D——運輸量（件）
經計算，各種運輸方式下上海至南京快運單位成本如表2所示：
故當運距為300km時，航空單位成本最高，高鐵略小于公路。由于高鐵每公里變動成本遠小于公路，因此，其單位成本遞遠遞減，當運距增大時，高鐵單位成本低的優勢越來越明顯；而航空的單位成本雖然也呈遞遠遞減的趨勢，但其每公里變動成本高于高鐵，因此，在任何運距下，高鐵的單位成本都遠低于航空。
綜上所述，高速鐵路的單位成本比公路和航空運輸低，體現其良好的經濟效益。
1.2 基于社會效益發展高速鐵路快運物流的必要性
除了經濟效益，發展高速鐵路快運物流還能夠帶來眾多深遠的社會效益，其主要表現在以下幾個方面：
1.2.1 適應快運需求快速增長。我國快運物流雖然起步較晚，但近年來，隨著電子商務（尤其是網絡購物）的快速發展，快遞需求量與日俱增。目前，國內快運市場形成了京津環渤海、長三角和珠三角三大快遞區域，區域內基本上實現了次晨達或次日達，三大快運區域以公路運輸為主。在國內快件運輸市場中，80%是公路運輸，15%是航空運輸，其他形式不足5%。圖1反映了我國近年快遞業務量的增長趨勢，快遞量平均每年增長25%；圖2反映出城際間快運量占整個市場的四分之三，具有巨大的市場需求空間。
目前，城際公路快運供給已趨于飽和，快運行業面臨著發展瓶頸。在此情況下，發展高鐵快運為解決這一難題帶來了新的希望。首先，發展高速鐵路快運物流能夠增加快運供給量，大大滿足不斷增長的快運需求，實現快運市場的供需平衡；其次，公路干線快運的服務質量存在不足之處，貨損、延誤情況都較為嚴重。而高鐵快運可以做到定時定點，能大大提高快運物流的準時性，改善快運服務質量。
1.2.2 促進綜合交通運輸發展。目前，快運物流以公路和航空為主，普通鐵路貨運速度慢、運輸時間長，不適合快運物流。高速鐵路克服了普通鐵路的弊端，其運輸速度快，服務質量高的特點不僅促進了鐵路客運的發展，也能夠與快運追求快速和便捷的特點很好的契合，在合理運距內，高速鐵路比公路和航空更適合快運物流。因此，高鐵、公路和航空應當發揮各自優勢開展快運物流，做到分工協作、有機結合，促進綜合交通運輸的發展。
1.2.3 減少公路交通擁擠。我國80%的快遞以公路運輸為主，城際快遞大多走高速公路。因此，快運需求的不斷增長使公路運輸的交通擁擠愈加嚴重，導致快運服務質量普遍較差。開展高鐵快運可以吸引公路快運量，有效緩解交通擁擠對公路運輸造成的壓力。
1.2.4 促進低碳環保的可持續發展道路。面對巨大的快運需求，尋求一條低碳環保、可持續的發展道路是快運物流發展的重中之重。
據權威部門研究顯示，民航、公路、鐵路單位運輸量平均能耗比約為11∶8∶1，尤其是高速鐵路使用電能，不僅節約了寶貴的燃油，且碳排放量幾乎為零。
同時，我國高速鐵路仍處于發展階段，客運量離達到飽和還差很遠，勢必會產生相當大的剩余運能，高鐵快運的低碳環保還體現在能有效利用剩余運能創造更多財富。
2 發展高速鐵路快運物流的可行性分析
2.1 國內外研究現狀
2.1.1 國內研究現狀。已經開行多年的中鐵快運公司行郵、行包專列是我國鐵路快運發展最具代表的兩種形式。特快行郵專列的運行時速可以達到160km/h，快速行郵專列和行包專列的運行速度可以達到120km/h。目前，高鐵上還沒有開行類似行郵、行包這樣的快運專列，但其需求確實存在，行郵、行包專列對高鐵快運物流在編制開行方案方面有許多可以借鑒的經驗。
2.1.2 國外研究現狀。目前，高速鐵路貨運已成為國外鐵路公司一項高利潤且快速增長的業務。以法國、德國、美國為代表的一些國家早就開始利用高鐵運送特快郵件和包裹。
（1）法國高速鐵路貨運分為TGV郵政專列和Semam200包裹列車。1984年，法國將2列TGV旅客列車抽取掉座位后運送快件和包裹等小型貨物，其速度達到270km/h。Semam為國營包裹快件列車，速度為200km/h。1997年，法國在高速客運專線上開行營業性貨物列車。該列車是由經過改造的G13型普通貨車編組而成，每天22：00后開行。
（2）德國對速度在200km/h以上的旅客列車和貨物列車分時段運行，夜間高速旅客列車運行結束30min后至次日高速旅客列車運行開始前30min為貨物列車運行時段。
（3）美國曾開行Talgo XXI型擺式列車，以最高速度200km/h運送旅客的同時，設置2輛車裝載特快包裹。另外，美國鐵路開展了如汽車零配件、食品等限時達貨運業務，成為了發展最快的運輸產品。
綜合國內外鐵路快運的發展情況，可見高鐵快運物流在貨運組織模式上已較為成熟，對于我國發展高鐵快運有很大啟示，充分說明開展高鐵快運的設想是可行的。
2.2 技術條件分析
發展高速鐵路快運物流業務是否具有可行性，應當綜合考慮快運列車的選擇、作業站場設計配置、運輸組織模式、運營安全性和信息系統保障等問題。
2.2.1 快運列車的選擇。我國高速鐵路列車是根據客運要求設計的，對于發展高鐵快運有很大限制。根據國內外成功經驗，高鐵快運可以采用改造客運車廂和新建專用快運列車兩種方式，且在技術上都具有可行性，但各有其優缺點。改造客運車廂成本較低，但適用性較差；新建專用快運列車能最大程度利用車廂空間，適用性較強，但初期投入的成本較高，影響經濟效益。因此，對于貨運列車的最終選擇要考慮經濟效益、適用性等因素。另外，車輛載重限制也可能影響列車的選擇。
2.2.2 作業站場設計配置。目前，高速鐵路的配套設施都是按照客運要求設計的，為了避免客貨混行，不影響旅客出行，還需要有配套的貨運設施。
為了對快件進行臨時保管，方便集送和分揀貨物，需要設置貨物站臺、倉庫和裝卸線等設施。貨物站臺便于裝卸車作業；倉庫用于存放和分揀快件貨物；裝卸線可供快運列車?？窟M行裝卸作業和快件集送，且與客運列車作業分離。
圖3為高速鐵路客運專線橫列式動車段設備布置圖，在此基礎上，可加設快運作業線和貨物站臺、倉庫、貨棚等配置，滿足快運物流列車到發、裝卸作業及車輛的移動，但需盡量節省鋪軌和用地。
為了滿足沿線各站快件作業，可以對站房站臺進行適度改造，利用客流流線空間完成快件裝卸、集散、暫存等作業，而不影響客運站的正常運行和旅客出行。
2.2.3 運輸組織模式。根據國內外經驗，鐵路貨運的運輸組織模式主要分為以下三種。
（1）客貨同車?？拓浲囀侵缚?、貨車廂共存于同一列高速列車。在該模式下，客、貨運輸混合程度最高。美國曾經開行的Talgo XXI型擺式列車便是這一模式的代表。
（2）貨車加掛。貨車加掛是指旅客和貨物分別在不同的列車中運輸，但可聯掛，也可獨立運營。在該模式下，不同起點和終點的客、貨列車在一段共同的線路上可以聯掛運行，且貨物列車可在不同旅客列車之間轉換，這將使貨物的裝卸和運輸更加便捷，且不受客運站裝卸貨物的限制。
（3）快運專列。快運專列和客運列車共線獨立運行。在該模式下，快運專列必須與客運列車在運行圖上協調一致，一般可在客運運行圖中插入一班快運專列，或在夜間單獨開行。目前，德國和法國的高速鐵路貨運采取這種模式。
三種模式的配置如圖4所示。
由于我國高速列車車型為8輛或16輛固定編組，不支持列車的加掛，故在現有模式中，只有客貨同車和快運專列兩種模式適用于我國高鐵快運，而貨源需求的大小是決定采取何種模式的主要因素之一，其優缺點如表3所示。
2.2.4 運營安全性。由于高速鐵路的安全性要求嚴格，因此對于快運貨物必須要有安檢措施。如今，安檢已經從機場延伸到了軌道交通，可見，對于高鐵快運物流來說，安檢更是一個必不可少的、可行的舉措。對快運列車應規定具體的貨物承運范圍，并禁止托運易燃、爆炸、腐蝕、有毒、放射性物品以及其他危險物品。
2.2.5 信息系統保障。完善的信息系統對于高鐵快運系統運作效率起著很大的作用。信息化能夠有效降低成本、提高經濟效益和管理水平。缺乏高效的信息系統是傳統鐵路貨運競爭力不夠強的主要原因之一。因此，為了提升競爭力、走向市場化，建立一套高效的信息系統是高鐵發展快運物流的重中之重。
3 結束語
本文提出了利用高速鐵路發展快運物流的設想，并從經濟效益和社會效益對其進行了必要性分析，結合了國內外成功經驗與現實技術條件對其做了可行性分析。
由于我國高速鐵路運行尚不成熟，所以本文在具體開行方案方面沒有做出更深入的研究，期望今后有機會加深這方面的研究。
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