一、引言
铁路作为我国重要的基础设施，也是国家交通运输的动力来源。进入21世纪以来，我国在四大重点领域（高速铁路、重载铁路、城市轨道交通及磁悬浮交通）发展迅速，已经取得了重要成绩。轨道交通工程的不断发展，有效提升了社会经济发展，也提升了人们生活的质量。截止到2016年底，我国单高速铁路在建超过8000公里，运营总里程超过了25000公里[1].但是，由于我国地域广阔，高速铁路线路跨越了沙漠、高原、冻胀土、软土等区域，经常受到湿热、高寒、大风及多雨等气候的影响，这就给高铁的运行及维护带来了极大挑战。因而，本文主要探究现代轨道交通工程前沿科技，并分析其面临的挑战。
二、现代轨道交通工程前沿科技与面临的挑战
本文主要从高速铁路、重载铁路、城市轨道交通及磁悬浮交通四个重点领域出发，分探究轨道交通的前沿科技及面临的挑战。
（1）高速铁路
我国高铁沿线的水文、地质、气候及环境条件复杂，这就给高铁后期运行及维护带来挑战，部分线路上已经明显出现了基础结构的裂化，损伤严重，同时，部分轨道板出现离缝、断纹，这些问题都给机车安全行驶带来影响[2].
①基础结构性能的演化。根据实际调查显示，在很多无砟轨道都出现了破坏和结构性的损伤，主要有底座、轨道板裂纹，砂浆与轨道板之间的充填层的粘结性破坏等，并且长期抽到雨水等入侵，导致裂纹的急剧增大，对轨道产生严重的破坏。同时我国高铁部分线段路基沉降变化较大，如图1所示，武清段轨道发生了沉降，沉降量处于19.6mm~27.5mm,不仅严重影响了列车运行的平稳舒适性，同时也影响了列车行驶的安全。
②高铁维护技术标准体系缺乏。由于我国高铁起步较晚，目前还没有形成完善的高铁后期运行维护技术标准体系，高铁基础的维护包括多方面的内容，如轨道结构层面裂缝的维护、轨道表面剥离限值等，在未来仍旧需要投入更多的研究。
③环境保护技术。随着高铁技术的快速发展，其还面临着严重的环境保护问题，主要包括环境振动、噪声、电磁辐射等，其中噪声是最为主要的影响因素。并且，噪声控制难度大，且需要耗费大量的成本，虽然在预测方法、理论模型及控制技术等方面取得了不小成果，但是，仍旧需要投入更多研究，如干扰防护技术和电磁辐射评估技术等。
（2）重载铁路前沿科技与挑战
①轮轨磨耗问题。目前，在重载铁路运行过程中，轮轨的疲劳伤损和磨耗是主要的问题，已经严重影响了轨道的结构安全性能。图2位我国京九铁路某线段的损伤照片。为了缓解该问题，需要充分了解重载轮轨的关系，处理好不同状态对轮轨的作用，并且还应该研究将降低重载轮轨的作用，提升新技术的应用力度。
②列车纵向冲动问题。列车的纵向冲动问题也是重载铁路面临的问题，巨大的冲击力严重影响了列车行驶的安全可靠性。在这个面临的挑战有：不同列车配置、不同编组、不同外界环境、不同线路条件下组成的列车，还要提高对车间联接技术、操作技术等方面的研究。
③基础结构损伤问题。我国重载铁路基础结构损伤问题主要发生在桥隧结构和轨道结构部件上，但是对于路基的强化技术和道床强化技术的研究还相对较少，应该提出新的方法和设计理论[3].
（3）城市轨道前沿科技与挑战
①复杂地质条件下的施工。城市轨道兼顾市政工程、隧道工程及公路工程的特点，受到周围地质环境及工期的影响，施工安全问题十分突出。应该不断提升施工的安全性，需要充分考虑地质条件，开展流固耦合轮、散体力学的研究。并且应该确定近接的要求和特点，构建细致的力学模型。
②地下结构的变形。受到临近建筑、土层差异、地下水等因素的影响，很多城市轨道线路出现了变形，给列车运行的安全性带来严重影响。为了有效解救这个问题，需要确定结构性能演化的机理，研发新的健康评估技术，并开展快速控制及修复技术。
③噪声及振动的控制。应该从噪声的源头上入手，掌握其传播的途径和规律。此外，一些新的轨道交通，如跨座式单轨交通、直线电机轨道交通、空中悬挂式轨道交通等，其噪声和环境振动较小，但是，也应该开展相应研究。
（4）磁悬浮交通的前沿科技与挑战
①稳定性。当轨道梁、车辆及控制系统的一些参数不合理匹配时，就会容易导致列车出现耦合振动，给列车行驶的稳定性带来严重影响。目前，该问题解决的突破点在于应该充分考虑轨道梁与车辆行驶的动态作用，寻找电磁悬浮控制技术。另外，应该开展结构创新和优化设计，提升轨道结构的整体性[4].
②长寿命低振动磁浮道岔技术。常规的磁悬浮列车已经很好的解决了列车脱轨的问题，但是，也就提出了磁浮道岔结构设计的问题，不仅应该确保道岔的灵活性，同时还要保证列车在经过时的平稳性。应该不断研究该技术，提升道岔梁-磁悬浮列车的耦合振动机理研究。
③基础科学问题研究。通过构建室内真空管道测试平台，开展实验性的研究。但是，目前仍旧存在一些问题，如在超高速运动场中，超导体的力学和物理特征仍需探究，捕获磁通的影响机制、超导体材料的物性关系等。其次，在实际运行中还应该确保乘坐的舒适及安全性。
三、结语
综上所述，随着我国科技水平的不断发展，相关学科知识也在不断进步，极大的推动了我国现代轨道交通工程的发展，全文主要介绍了四大重要领域的最新发展动态，分析了其中存在的问题，并对面临的挑战进行了概述。
参考文献：
[1]屠念浔.城市轨道交通工程线路设计方法研究[J/OL].交通世界，2017（36）：160-161.
[2]刘扬.浅谈城市轨道交通工程中高性能混凝土质量控制[J/OL].中国战略新兴产业.
[3]翟婉明，赵春发.现代轨道交通工程科技前沿与挑战[J].西南交通大学学报，2016，51（02）：209-226.
[4]胡文高.我国城市轨道交通工程监测发展现状[J].江苏科技信息，2015（25）：33-34.