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(fā)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(fā)，分析當前我國軌道交通行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，并探究軌道交通的前沿科技及面臨的挑戰(zhàn)，為同行業(yè)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(zhàn)；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?shù)膭恿碓?。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(fā)展迅速，已經取得了重要成績。軌道交通工程的不斷發(fā)展，有效提升了社會經濟發(fā)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(qū)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(zhàn)。因而，本文主要探究現(xiàn)代軌道交通工程前沿科技，并分析其面臨的挑戰(zhàn)。

二、現(xiàn)代軌道交通工程前沿科技與面臨的挑戰(zhàn)

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(fā)，分探究軌道交通的前沿科技及面臨的挑戰(zhàn)。

（1）高速鐵路

我國高鐵沿線的水文、地質、氣候及環(huán)境條件復雜，這就給高鐵后期運行及維護帶來挑戰(zhàn)，部分線路上已經明顯出現(xiàn)了基礎結構的裂化，損傷嚴重，同時，部分軌道板出現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(wěn)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(huán)境保護技術。隨著高鐵技術的快速發(fā)展，其還面臨著嚴重的環(huán)境保護問題，主要包括環(huán)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(zhàn)

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(tài)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(zhàn)有：不同列車配置、不同編組、不同外界環(huán)境、不同線路條件下組成的列車，還要提高對車間聯(lián)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(fā)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(zhàn)

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(huán)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(xiàn)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(fā)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(guī)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(huán)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(zhàn)

①穩(wěn)定性。當軌道梁、車輛及控制系統(tǒng)的一些參數(shù)不合理匹配時，就會容易導致列車出現(xiàn)耦合振動，給列車行駛的穩(wěn)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(tài)作用，尋找電磁懸浮控制技術。另外，應該開展結構創(chuàng)新和優(yōu)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(guī)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(wěn)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(fā)展，相關學科知識也在不斷進步，極大的推動了我國現(xiàn)代軌道交通工程的發(fā)展，全文主要介紹了四大重要領域的最新發(fā)展動態(tài)，分析了其中存在的問題，并對面臨的挑戰(zhàn)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(zhàn)略新興產業(yè).

[3]翟婉明，趙春發(fā).現(xiàn)代軌道交通工程科技前沿與挑戰(zhàn)[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(jiān)測發(fā)展現(xiàn)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）