高速鐵路作為我國自主創新的標志性成果已領跑世界。無縫線路是消除了軌縫的長鋼軌與其下部復雜結構共同適應熱脹冷縮、保持強度與穩定性的線路，是保障高速線路高平順、高可靠、少維修的核心技術。我國地域廣闊，氣候條件差異大，長鋼軌及無縫道岔熱脹冷縮引起的巨大溫度力可能造成斷軌脹軌等，面臨與氣候環境的適應性難題；我國地形地質條件復雜，線路跨越江河、公路等存在大量長大橋、高架站，高速運營時梁體變形與軌道高平順要求相矛盾，面臨與長大橋、高架站等復雜結構的協調性難題。另外，高鐵速度高、密度大，傳統方法難以實現對無縫線路的長期實時監測預警，面臨安全服役可控性難題。

　　該項目實施前，國內外僅針對普通無縫線路、短橋上無縫線路、小號碼無縫道岔等開展了研究，對大號碼道岔無縫化、長大橋及高架站無縫線路、安全監測預警等制約高鐵無縫線路發展及安全運營的核心技術研究存在嚴重不足，不得不在道岔區限速、在穿越河流或公路時繞行或降速，無法實現全線連續高速安全運行。在國家及部委支持下，項目歷經十余年的理論與技術創新，形成了具有自主知識產權的復雜環境下高速鐵路無縫線路關鍵技術及應用體系。

　　1．創建了大號碼無縫道岔靜動力學精細化分析理論和設計技術，突破了大溫差地區高鐵跨區間無縫線路發展的技術瓶頸，攻克了與復雜氣候條件適應性難題。促使我國成為大號碼無縫道岔原創國之一，率先在年軌溫差達110℃的世界上第一條高寒地區高速鐵路（哈大）上鋪設了62號無縫道岔，屬世界首次。

　　2．創立了長大橋無縫線路及高架站無縫道岔復雜結構系統的力學分析理論與成套設計技術，研發了協同仿真動力學分析平臺FORSYS以及多種錨固結構，大大減少或避免了伸縮調節器的設置，突破了無縫線路與復雜線下基礎協調性這一國際公認的重大難題。成功應用于舉世矚目多座跨越長江、黃河等長大橋無縫線路以及多座高架站無縫道岔群的設計中。

　　3．提出了復雜環境下高速鐵路無縫線路服役狀態高敏性表征和監測指標體系，構建了多手段智能融合的無縫線路實時監測方法，并研發了預測預警及輔助決策系統，實現了無縫線路安全服役狀態的可控性。成功應用于我國多條高速鐵路的安全運營與科學維護。

長度達上百公里的橋梁上鋪設無縫線路

　　項目形成《鐵路無縫線路設計規范》及其他標準7項，獲發明專利10項、其他知識產權25項；論文200余篇，三大檢索論文110篇；著作6部；成果獲中國鐵道學會科技特等獎、教育部科技進步一等獎、中國專利獎優秀獎，并入選中國高等學校十大科技進展。成果應用于國內幾乎所有高速鐵路及土耳其、泰國等國鐵路，還將應用到俄羅斯、印尼高鐵中。僅近三年產值42億元，利潤6.9億多元。運營表明，“無縫線路技術先進、安全可靠”。經教育部鑒定“該成果系統性、創新性強，整體達到了國際領先水平”。項目踐行了“政、產、學、研、用”協同創新模式，為我國高鐵的快速發展及“走出去”戰略提供了重要支撐。

　　二、主要科技創新

　　高速鐵路作為自主創新的標志性成果已成為我國國家名片，而無縫線路作為高速鐵路必須采用的結構，具有行車平穩、振動噪聲小、維修少、壽命長等優點。如果沒有無縫線路，就不可能實現列車高速、安全運行。高速鐵路無縫線路是一個極其復雜的技術體系，面臨三大技術難題：（1）復雜氣候條件的適應性。我國跨越不同氣候帶，年軌溫差可達110℃，且存在驟冷驟熱、持續高溫或低溫等極端氣候。高速鐵路鋼軌溫度力巨大（209t/110℃）且分布不均，易于造成幾何形位難以保持、脹軌、斷軌等。而對結構更為復雜的高速無縫道岔，對復雜氣候更為敏感；（2）復雜線下基礎的協調性。我國地質環境復雜，山區河流眾多，修建了大量的長大橋梁、高架車站（部分線路橋梁比例超80%）。梁體及橋墩變形會直接導致無縫線路受力破壞、變形超限；（3）安全服役狀態的可控性。高速鐵路速度高、密度大、維修時間短，應用傳統觀測樁、夜間人工測試等方法精度差、周期長,無法及時對無縫線路狀態預警。以上三大難題的存在會直接影響高速鐵路運營安全。

　　日、德、法等高鐵發展較早國家，由于其氣候變化和地理環境的局限性，未曾遇到我國所面臨的高寒高溫氣候、長大橋梁眾多等問題（歐洲高鐵橋梁比例<4%，日本多為15米以下小跨橋等）。項目開展前，國內外對大號碼道岔無縫化、長大橋無縫線路、高架站無縫道岔及安全監測等技術研究嚴重不足，存在大號碼道岔區不得不頻繁限速與穿越河流公路較多的繞行或降速，實現不了全線高速運行，且帶來較大工程浪費。針對上述難題，該項目經十余年自主創新，在保持普速無縫線路研究領先的基礎上，通過高速鐵路大號碼無縫道岔、長大橋梁無縫線路、高架車站無縫道岔、監測預警等多項制約高速無縫線路發展的核心技術突破，真正實現了無論線路多長都能通過無縫化實現全線連續高速安全平穩運行，形成了自主知識產權的復雜環境下高速鐵路無縫線路關鍵技術及應用體系。

復雜環境下高速鐵路無縫線路關鍵技術成果框架

　　（一）科技創新點一：創建了高速鐵路大號碼無縫道岔靜動力學精細化分析理論方法和結構設計技術，突破了制約大溫差地區高速鐵路跨區間無縫線路發展的技術瓶頸，攻克了高速鐵路無縫線路與復雜氣候條件適應性難題。

　　復雜氣候條件下道岔焊連后受力不均衡，易發生較大縱橫垂向變形，造成轉換卡阻、變形超限等問題，極易造成安全隱患。因此過去在大溫差地區不采用把普速小號碼道岔無縫化的跨區間無縫線路。

　　但隨著高鐵速度與平順性要求的提高，長度更長、更復雜、溫度敏感性更高的大號碼無縫道岔鋪設成為必然。項目實施前，國內外多針對普速小號碼道岔，采用過多簡化的靜動力學方法進行研究，也未考慮復雜溫度與列車荷載的耦合效應，難以滿足高速大號碼無縫道岔精細化設計的要求。

　　1．建立了充分考慮細部結構的高速鐵路大號碼無縫道岔真三維耦合分析方法。充分考慮了極端高低溫、驟冷驟熱等復雜溫度條件、整體及細部不同尺度融合分析、結構和材料的非線性彈塑性本構關系等，首次實現了能真正反映大號碼無縫道岔細部結構的真三維模擬，揭示了復雜氣候條件下大號碼道岔結構內部相互作用機理、空間受力分布規律、敏感區及薄弱環節等，彌補了既有研究的嚴重不足，為復雜氣候下大號碼無縫道岔精細化設計提供了重要依據。在《Science China Technological Sciences》等權威期刊發表論文20余篇，形成發明專利1項。鐵道部鑒定：“…填補了國內空白，整體技術達到國際先進水平”。

　　2．建立了復雜溫度條件下，車輛—大號碼無縫道岔空間多尺度實體動力學分析理論與方法。通過對岔區細部結構及結構間連接關系的理論及大量試驗研究，建立了考慮溫度效應的列車-無縫道岔系統多尺度實體動力學分析方法，揭示了高速列車通過時大號碼無縫道岔結構的動力學行為規律，突破了無縫道岔無法精細化動力分析的技術瓶頸，為大號碼無縫道岔低動力設計提供了更準確可靠的方法。成果發表在《Journal of rail and rapid transit》等知名期刊，形成發明專利2項。得到瑞典皇家工程科學院Uday Kumar院士等的充分肯定。

　　3．提出了復雜氣候條件下高鐵大號碼道岔無縫化的系統設計理論、長大構件高精度制造工藝及無縫道岔鋪設方法，支撐了我國高速道岔的自主研發。從材料選型、結構加強、協調設計方面提出了大號碼道岔無縫化的成套設計理論、技術措施。提出了更為科學的轉轍設備方案、尖軌心軌位移控制方法及限值要求（如尖軌基本軌密貼間隙<0.2mm）、長大鋼軌件成套制造工藝（精度標準0.2mm/1m）；創新性地提出了適應我國不同溫差條件的三種無縫道岔結構、焊接順序及鎖定軌溫取值方法等，從根本上避免了強度、變形超限和失穩的可能性，突破了大溫差地區尖軌心軌伸縮位移過大、道岔轉換卡阻等可能導致重大安全事故的技術瓶頸，為全國范圍高速無縫道岔的使用和維護提供了重要安全保障。成果匯入《客運專線鐵路道岔鋪設手冊》，形成發明專利2項、論文30余篇。

　　通過以上研究，促使我國成為高速通過性能優良、溫度適應能力最強的高速無縫道岔原創國之一，使國外高速無縫道岔降價近40%。成果成功指導了我國大號碼無縫道岔的設計、長軌件生產、制造、運輸，成功鋪設了3000余組高速無縫道岔。尤其是指導了世界最大號碼62號無砟無縫道岔的設計、鋪設，在高寒地區應用屬世界首次。生產單位山橋、寶橋集團認為所設計的無縫道岔“質量穩定、性價比高，得到了用戶的廣泛好評”。促使我國無縫線路由原來幾公里的區間無縫線路發展成為上千公里無鋼軌接頭的跨區間無縫線路，獲2012年中國鐵道學會科技特等獎。

成功指導世界上最長無縫道岔在高寒地區首次應用——哈大高鐵62號道岔

　　（二）科技創新點二：創立了長大橋梁無縫線路以及高架車站無縫道岔復雜結構系統的靜動力學分析理論與成套設計技術，突破了高速鐵路無縫線路與復雜線下基礎的協調性國際公認的技術難題。

　　我國高鐵修建了大量的長大橋梁及高架車站，受環境影響較小的隧道與路基占比較小。橋梁與無縫線路組成了一種復雜的多層結構體系，存在鋼軌多軌線、多種無砟軌道和變截面橋梁型式及軌板、板梁等復雜相互作用關系。在環境影響下梁體、橋墩會出現伸縮、撓曲等復雜變形行為；高速列車通過時極易發生橋梁振動過大、梁端轉角動態不平順等，直接影響橋上無縫線路的受力變形，可能導致斷軌、失穩，嚴重影響高速行車安全。而將本身部件眾多、結構復雜的無縫道岔鋪設到高架車站上，更是集中了無縫道岔與高架車站的難點。

　　1．建立了長大橋梁無縫線路/高架站無縫道岔結構系統的精細化靜力學分析方法。率先提出了成套的結構參數取值，充分考慮了多場荷載、不同無砟軌道及梁型、結構細部尺寸以及層間非線性關系，創建了長大橋/高架站無縫線路結構系統精細化靜力學分析方法，揭示了溫度、列車荷載作用下結構體系相互作用機理、受力變形分布規律，填補了橋上無縫線路精細化研究的空白，為復雜結構系統協調設計提供了重要理論支撐。成果發表論文20余篇，獲發明專利2項、軟件著作權2項，被高鐵主要設計院采用。法國咨詢專家Baresi認為，基于該成果進行高架站無縫道岔設計“可無限制地上道安裝和使用”。

列車-無縫道岔-高架站動力學模型

　　2．創建了多體—長大連續結構系統剛柔結合的動力學分析理論及方法，自主研發了動力學協同仿真分析平臺FORSYS。對長大橋梁/高架站無縫線路結構系統中軌-板、板-梁、岔－板等層間連接作用以及車輛之間的非線性接觸關系進行了創新模擬，基于自編程序、有限元軟件及接口技術的開發，首次創建了車輛多體動力學與長大橋上無縫線路連續結構系統動力學相結合的分析模型，開發了具有自主知識產權的協同仿真動力分析平臺FORSYS，揭示了高速行車條件下無縫線路-長大橋梁以及無縫道岔-高架車站結構系統的動力相互作用機理和多因素影響規律，為車-線-下部基礎精細化動力分析提供了全新的思路和方法，成功指導了長大橋梁/高架站無縫線路的高安全、低動力設計。成果發表在《Journal of Sound and Vibration》等著名期刊，獲發明專利2項。得到瑞典皇家理工學院Georgios Michas等學者的充分肯定。

　　3．通過結構加強、應力變形控制、線上線下協調設計，系統提出了長大橋梁、高架站無縫線路/無縫道岔結構系統的聯合設計方法及變形協調控制措施。項目組基于參數試驗、靜動力學分析、現場大型原型試驗及實車測試，提出了長大橋梁無縫線路伸縮調節器（由可相對滑動鋼軌組成的調節鋼軌伸縮的裝置）的設計、鋪設及維護方法，徹底改變了過去頻繁設置伸縮調節器而造成過多結構不平順的局限，調節器數量較國外減少了80%，經濟效益顯著（50余萬/組）；研發了具有我國自主知識產權的多種長大橋梁無縫線路橋臺后錨固體系（減小縱連板式軌道無縫線路與橋梁相互作用的重要結構），打破了國外壟斷，突破了縱連板式無砟軌道鋪設無縫線路的技術瓶頸，僅在京滬高鐵就“節約了投資近2億元”；基于梁軌聯合設計提出了無縫道岔在橋梁上鋪設的相對位置、梁體剛度、梁型設計準則，突破了高架站鋪設無縫道岔的技術瓶頸，“指導了……高架站上鋪設道岔群的技術難題……達到了世界領先水平”；首次系統提出了適用于我國高鐵長大橋梁/高架站無縫線路系統的荷載組合、檢算指標和評估方法體系，自主研發的參數自動配套、模塊自動組裝、分析及檢算報告自動生成的智能軟件被各大設計院成功應用。

　　通過以上研究，攻克了無縫線路與長大橋梁、高架站系統的協調性難題。形成《鐵路無縫線路設計規范》，部分納入《高速鐵路設計規范》，成功應用于我國數十條高速鐵路的設計中，尤其在舉世矚目的京滬、京廣高鐵跨長江、黃河大橋無縫線路以及大溫差地區多座高架站無縫道岔群的設計中得到了應用。

　　（三）科技創新點三：充分考慮無縫線路與復雜氣候、線下基礎的關聯性，構建了基于多手段智能融合的高速鐵路無縫線路實時在線監測方法和預測預警系統，實現了高鐵無縫線路安全服役狀態的可控性。

　　高速鐵路無縫線路受復雜氣候、下部基礎變形、車輛沖擊等共同作用，安全服役狀態難以掌握。傳統的觀測樁、夜間人工測試等無縫線路測試方法精度差、周期長、線上線下的對應性差、無法及時預警。為滿足耐久性和精細化管理，監測技術亟待完善。

　　1．提出了復雜條件下高速鐵路無縫線路系統安全服役狀態高敏性表征和監測指標體系，研制了適用于高速鐵路無縫線路監測的成套高精度傳感器。基于靜動力學理論分析，明確了無縫線路系統的受力變形敏感區段、關鍵結構敏感區域，提出了綜合反映無縫線路服役狀態的高敏性表征指標體系。在充分考慮與復雜氣候、下部基礎關聯性的基礎上提出了包含氣候、無縫線路、下部基礎的聯合監測內容及布點原則、方法。針對傳感器結構、安裝方式、感知頻率、測試精度、安全防護等差異化測試和安全需求，聯合研制了成套高精度傳感器。為無縫線路的精確、系統監測提供了保證。成果發表論文15篇。

　　2．構建了基于光纖光柵、視頻感知等多手段智能融合的無縫線路狀態監測方法及實時在線監測系統。構建了基于光纖光柵測內力、視頻感知和智能識別結合測外部損傷、修正應力應變測高頻振動的無縫線路安全服役狀態綜合實時監測系統。與傳統方法相比，充分考慮了與復雜氣候、下部基礎的關聯性，實現了無縫線路系統由外觀到內在、從宏觀到微觀、從高頻到低頻的系統監測，將無縫線路監測推進到一個新水平。成果形成發明專利1項、論文20余篇。應用單位評價：“該系統的監測精度高，自動化程度高……”。

軌道質量狀態預測預警方法

　　3．研發了具有我國自主知識產權的高速鐵路無縫線路狀態預測、預警及輔助決策系統。結合高鐵無縫線路耐久性與精細化管理需求，開展了海量數據深度挖掘技術的研究，自主研發了無縫線路管理信息系統，可實現監測數據的智能化分析、檢索、報警。提出了基于改進灰色理論的軌道狀態及質量預測模型，自主開發了基于TQI指數及監測數據的無縫線路狀態預測及輔助決策系統，填補了國內外相關研究空白。形成軟件著作權2項，發表論文20余篇。

　　通過以上研究，真正實現了復雜環境下無縫線路長期服役狀態的系統監測，確保了高鐵無縫線路的安全可控。成功應用于武廣、哈大、京滬、滬昆等多條高速鐵路典型區段無縫線路的安全監控與科學維護，用戶認為“……指導了典型區段的無縫線路養護和維修，保障了線路的安全運營”。成果鑒定意見：“實現了對寒冷地區無縫線路穩定性的長期監測及合理預測。”

　　該項目針對三個科學問題的研究，形成了一整套具有我國自主知識產權的復雜環境下高速鐵路無縫線路關鍵技術及應用體系。作為我國高鐵的核心技術，幾乎在國內所有高鐵建設中得到了成功應用，如跨越不同氣候帶、世界里程最長的京廣高鐵，最大年軌溫差達110℃的世界首條處于高寒地區的哈大高鐵等線路，并應用于土耳其、沙特、伊朗等國鐵路建設，還將應用于俄羅斯、印尼等國家高鐵建設中。成果得到王夢恕、周鏡、崔俊芝、繆昌文、聶建國、杜彥良等院士以及國外多位著名學者的充分肯定，經教育部鑒定及國家鐵路局評審“系統性強、創新性強，整體處于國際領先水平”。

　　該項目緊密結合國家高速鐵路發展的重大戰略與行業需求，攻克了高速鐵路無縫線路關鍵技術難題，形成了具有自主知識產權的復雜環境下高速鐵路無縫線路關鍵技術體系。創新成果成功指導了我國自主知識產權的大號碼無縫道岔研制和鋪設、舉世矚目的多條跨越長江與黃河的長大橋梁無縫線路以及處于大溫差地區的多座高架站無縫道岔群的設計建造與科學維護。

　　該項目成果成功應用于跨越不同氣候帶、世界里程最長的京廣高鐵，最大年軌溫差達110℃的世界首條處于高寒地區的哈大高鐵等線路，為我國高鐵建設、安全高效運營提供了技術保障。運營實踐表明，復雜環境下高速鐵路無縫線路關鍵技術能夠滿足高速鐵路高平順、高安全、高舒適性運營要求，取得了良好的經濟和社會效益。

　　該項目十多年來堅持踐行“政、產、學、研、用”協同創新模式，培育了一批高素質創新型專業人才和一支軌道工程關鍵技術研究與應用隊伍，為成果產業化和技術持續創新奠定了堅實基礎。

　　三、推廣應用情況、經濟效益和社會效益

　　（一）推廣應用情況

　　自2001年以來，該項目研究成果被行業內多家具有高速鐵路線路總體設計資質的主要設計院采用，完成了總里程達2298公里的京廣高鐵、首次在高寒地區鋪設無縫線路的哈大高鐵等國內主要高速鐵路無縫線路的設計。

　　1．復雜氣候條件下高速大號碼無縫道岔方面

　　指導了我國大號碼無縫道岔的設計、生產、制造、運輸，成功鋪設了3000余組高速無縫道岔。完成了京滬高鐵42號、處于高寒地區的亞洲最大號碼62號無縫道岔的設計，并指導了現場鋪設工作。

　　2．長大橋梁無縫線路及高架站無縫道岔方面

　　應用于舉世矚目的京廣高鐵跨長江、黃河等長大橋無縫線路設計，并指導了鋪設工作。實現了在高架站鋪設無縫道岔群的壯舉，“達到世界領先水平”。

　　3．高速鐵路無縫線路檢測、監測、預測預警方面

　　該技術被鄭州局、沈陽局、濟南局等鐵路局采用，線路運營穩定、安全可靠，養護維修工作量大大降低。

　　（二）近三年經濟效益

　　近三年完成單位新增銷售額211032萬元，新增利潤43067萬元；其他應用單位新增銷售額205901萬元，新增利潤25842萬元；累計產值42億元，利潤6.9億多元。

　　高速鐵路采用跨區間無縫線路結構，線路平順、車輛運營平穩安全，鐵路工務養護維修設備和材料成本大幅降低，需要的養護維修人員（每公里）也比普速鐵路線路少的多。此外，高速鐵路無縫線路實時在線監測技術在典型長大橋無縫線路、高架站無縫道岔得到應用，可以實時感知無縫線路安全服役狀態，節約了大量的現場檢查、測試成本，對于高速鐵路科學維護和安全管理意義重大。

　　（三）社會效益

　　無縫線路是滿足高速鐵路運營高平順性、高安全性的核心技術。如果沒有無縫線路，就無法保證線路的高平順性，劇烈的輪軌作用會直接威脅高速行車安全，更不可能有中國高速鐵路的規模化發展。

　　研究成果成功地解決了高速鐵路無縫線路一系列技術難題，形成了具有自主知識產權的理論技術體系。作為原創性成果，保障了高速行車的安全、可靠，全面提高了我國無縫線路技術水平，引領世界。研究成果成功應用于土耳其、伊朗等國外線路，并將在俄羅斯、印尼等國的高鐵建設中應用，有力的支撐了我國高速鐵路“走出去”國家戰略的實施。

　　研究成果形成了《鐵路無縫線路設計規范》，部分成果匯入《高速鐵路規范》、《客運專線鐵路道岔鋪設手冊》等行業標準，大大延長了線路使用壽命，降低了列車及周邊環境的振動、噪聲，有效減少了行車阻力，大大降低了牽引能耗，環境效益顯著。

　　該項目主要獲獎情況為：《高速鐵路跨區間無縫線路理論體系、關鍵技術及工程應用》獲2013年度“中國高等學校十大科技進展”；《高速鐵路無縫線路設計關鍵技術及應用》獲2013年度教育部科學技術進步獎一等獎；《高速鐵路長大橋梁、高架站無縫線路設計理論及應用技術》獲2012年度中國鐵道學會科學技術特等獎；《一種高速鐵路及城市軌道交通軌道結構試驗模擬系統》獲2016年度第十八屆中國專利優秀獎；《穿越既有軌道交通工程安全風險控制成套關鍵技術》獲2014年度北京市科技進步二等獎。