针对重载铁路线路基础状态周期性检测需求，设计并实现了搭载于铁路货车的车载探地雷达系统，由车载硬件系统、车载数据采集软件与地面数据分析软件组成。本文介绍了系统的综合性能指标及各部分功能设计与实现方案。经现场测试，该系统可快速检测道床厚度、路基病害，且周期性检测模式有助于分析线路基础状态的发展趋势，有助于合理配置维修资源，科学指导养护维修。
基于国内某典型重载铁路2021—2023年周期性轨道几何检测数据，结合线路通过总质量、捣固清筛等运维信息，研究重载铁路轨道质量典型劣化规律，对比分析重载铁路轨道几何劣化速率在路基直线、路基曲线、桥梁、隧道等不同线路基础类型下的分布特征，为重载铁路轨道管理、养修计划制订等提供依据。结果表明：轨道质量在捣固周期内的劣化趋势可归为平稳发展和自然劣化两种典型模式，其占比分别约为15%和85%；在所有线路基础类型中，路基直线区段劣化速率最小，桥梁区段劣化速率最大；高低单项在轨道质量劣化中贡献最大，其标准差劣化速率平均值约为轨向、轨距的2～4倍。
本文提出一种基于车载地质雷达的重载铁路预应力混凝土T梁桥桥面道砟厚度快速检测方法，通过分析地质雷达图像特征与桥梁结构的对应关系，提出桥面道砟厚度计算方法。利用桥梁曲线段内外轨轨面高差，确定道砟厚度修正系数，并在典型孔跨区段进行了道砟厚度现场验证。结果表明：采用本文方法推算的道床相对介电常数约为5.0，在道床相对介电常数正常范围；地质雷达检测的道砟厚度与现场实测值具有强相关性，相关系数为0.998；在90%置信区间条件下，车载地质雷达检测的桥面道砟厚度误差不超过5 cm。
针对现有道岔尖轨/心轨裂纹检监测技术现场实用性差、设备性能尚无有效验证方法等问题，通过研究60AT2钢轨中导波传播特性、最优激励模态和频率选择、传感器设计等，研制了一套基于SH(Shear Horizontal)导波的道岔断轨监测系统，并通过室内模拟伤损试验和疲劳裂纹试验开展了系统性能验证。结果表明：常规的粘贴铁块法和切割裂缝法模拟伤损不能作为验证监测系统裂纹检测灵敏度的有效手段；本文提出的监测系统疲劳裂纹检测灵敏度优于9 mm，多次试验结果显示系统能够在钢轨断裂的前两天发出预警；通过监测钢轨轨底应变和超声探伤相结合的方式能够有效地验证监测系统的裂纹检测灵敏度。
本文依托朔州—黄骅铁路K271—K273路基沉降综合整治工程，针对路基沉降病害区段，分析病害机理，提出采用毛细排水管外裹透水土工布与基床封闭相结合的整治方案，并对该方案的基本原理、施工方案及工艺、整治效果等进行了系统阐述。将整治前后路基含水率及轨道质量指数的变化进行了对比分析。结果表明：采用毛细排水管的路基病害整治方法，通过毛细排水管的毛细吸水作用、虹吸排水作用、重力排水作用，可有效降低路基内部土体含水率，提升路基土体强度，抑制路基沉降病害的发展，从而保障线路的安全平稳运营。
为了提高大机捣固计划的科学性和经济性，基于大量的轨道历史检测数据开展科学评估，提出大机捣固维修指数和捣固模式经济指标，建立了基于经济性的大机捣固月度作业计划维修决策模型。该模型以捣固后轨道质量指数和维修成本的组合函数值最小为目标，以线路台账、大机作业能力、不同捣固模式作业效果、轨道质量管理标准等因素为约束条件，实现最佳捣固区段和捣固模式的优化求解，并将本文模型应用于某重载铁路站间区段进行验证。结果表明：本文模型与计算方法可制订出符合工务现场作业特点的重载铁路大机捣固月度作业计划，为降低重载铁路的捣固成本和提高大机作业效能提供依据。
为进一步推行重载铁路线路设备单元维修，提高线路设备养护维修效率，在重载铁路线路设备综合状态评价基础上，结合线路设备养护维修能力、大机维修的干扰，提出了线路设备单元维修决策方法；对比分析了不同聚类分析方法的特点，提出适用于线路设备单元维修的聚类分析方法。根据某重载铁路月度单元状态评价结果，提出了下月计划维修单元，并与人工制定的月度维修计划进行对比，验证该方法的合理性和可行性。结果表明：K-Means可以根据天窗数量确定簇的个数，制订维修计划时宜采用K-Means聚类分析方法；采用本文方法进行单元维修后，上行线、下行线的轨道质量指数（Track Quality Index,TQI）较上年同期分别降低了0.66、0.38 mm，明显提升了线路设备质量。
本文以中原地区某重载铁路线为工程背景，对其20余座隧道衬砌表观状态进行了检测，以检测数据为基础，统计分析了衬砌裂损分布特征。在现行裂损单指标评价基础上，结合重载铁路运维特点提出了H-LCI(Heavy-Lining Crack Index)评价法。分析结果表明：共检测出裂缝28 340条，纵向、环向、斜向裂缝占比分别为52.4%、35.4%、12.2%；随着隧道长度增加，拱顶裂缝占比增大，隧道内纵向裂缝占比降低，环向裂缝占比增大；块状开裂主要分布于拱顶，占比达85.6%。运用H-LCI评价法可有效筛选出A级（劣化等级为极严重或严重）裂缝所在的节段，对重点隧道状态监测具有重要意义，可有效指导路局开展隧道重点节段的维修养护工作。
基于离散单元法，分别建立了内燃捣固镐、小型液压捣固机与道岔区有砟道床的耦合模型，分析了作业参数（捣固深度、作业时间）对道床状态（道床支承刚度、道床密实度、道砟配位数和道砟接触力）的影响，进而确定合理的捣固参数。结果表明：捣固深度对道床支承刚度、道床密实度、道砟配位数和道砟接触力均有显著影响，夹持时间仅对道床支承刚度、道床密实度产生显著影响。综合考虑各道床状态评价指标，对于内燃捣固镐，合理的捣固深度为10～20 mm，振捣时间为20 s；对于液压捣固机，合理的捣固深度为20 mm，夹持时间为10 s。相同作业条件下，液压捣固机对于道床的改善效果优于内燃捣固镐。
本文系统地总结重载铁路路基状态评估现状，全面分析了其评估单元、评估指标、评估方法、评估系统，并对比国内外相关规范，探讨重载铁路路基养护维修应对策略。建议将路基工程划分为基床、路堤路堑、排水设施、坡面防护结构、支挡结构等单元，分别开展状态评估。评估指标可涵盖路基结构设计参数、路基病害参数、结构性能参数等。应根据重载铁路路基工程特点，融合多种评价方法的优点，构建综合评估模型。目前国内在该类系统的研发与应用方面仍存在不足。建议构建基于服役状态和风险后果严重性的二维评估模型，科学确定路基治理的优先次序和应对策略，并尽快编制适用于重载铁路路基状态评估和维修管理的技术规范。