[發(fā)明專利]一種高速鐵路路基凍脹處的軌道變形預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110249507.0
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112989591B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鵬;王祥;楊雅琴;陳龍;曹雨欣
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/00;G06Q10/04;G06F111/08;G06F119/08
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發(fā)明提供了一種高速鐵路路基凍脹處的軌道變形預(yù)測方法。該方法包括：利用軌道幾何尺寸動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)、氣溫?cái)?shù)據(jù)和多處路基凍脹監(jiān)測數(shù)據(jù)，以每處路基凍脹為對象，確定了路基凍脹量、凍結(jié)深度和軌道變形的關(guān)系，建立路基凍脹處軌道變形隨溫度變化的梯形函數(shù)關(guān)系；根據(jù)所述梯形函數(shù)關(guān)系預(yù)測高速鐵路路基凍脹處的軌道變形。本發(fā)明利用高速鐵路已有軌道幾何尺寸動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)和氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)，估計(jì)路基凍脹處溫度作用下的軌道變形過程。本發(fā)明對凍脹引起的軌道變形的預(yù)測不依賴于其它現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備和人工分析，保證了分析的效率和準(zhǔn)確性，為鐵路工務(wù)部門管控路基凍脹處的軌道幾何尺寸變化、合理制定維修方案和計(jì)劃提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及路基凍脹研究技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速鐵路路基凍脹處的軌道變形預(yù)測方法。

背景技術(shù)

季節(jié)性凍土地區(qū)的路基凍脹導(dǎo)致軌道幾何尺寸發(fā)生變化(以下稱為軌道變形)，降低了線路平順性。高速鐵路對軌道不平順要求極高。因此，針對運(yùn)營高速鐵路，需要掌握路基凍脹過程中軌道變形隨溫度變化的過程，為鐵路工務(wù)部門管控季凍區(qū)域內(nèi)軌道幾何尺寸變化提供依據(jù)。

中國華北、東北和西北地區(qū)屬于季節(jié)性凍土區(qū)域。這些區(qū)域內(nèi)的鐵路在冬季會(huì)發(fā)生路基凍脹。路基凍脹引起軌道幾何尺寸變化降低了線路平順性。高速鐵路對軌道不平順要求極高。因此，針對運(yùn)營高速鐵路，需要掌握路基凍脹過程中軌道變形隨溫度變化的過程，為鐵路工務(wù)部門管控季凍區(qū)域內(nèi)軌道幾何尺寸變化提供依據(jù)。

已有大量文獻(xiàn)報(bào)道通過室內(nèi)試驗(yàn)和在鐵路沿線布設(shè)傳感器研究了路基凍脹影響因素、凍結(jié)深度和各種控制措施。針對路基凍脹機(jī)理和表面變形，一般認(rèn)為凍脹由路基中自由水凍結(jié)形成冰晶體排擠土顆粒導(dǎo)致的土體體積增大。路基表面凍脹變形主要由頂部路基填料凍結(jié)引起。Yan Han改變土壤含水率和含鹽量進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的土壤具有不同的凍結(jié)溫度。Jidong Teng考慮路基中蒸汽的轉(zhuǎn)移，提出了一種凍脹模型來預(yù)測哈大高鐵非飽和粗粒土中的凍結(jié)深度和凍結(jié)過程。Ruiling Feng根據(jù)預(yù)測氣溫與路基溫度的相關(guān)變化關(guān)系，使用有限元估計(jì)路基凍結(jié)深度。對季節(jié)性凍土的凍脹研究集中在控制凍脹的方法上，包括控制細(xì)顆粒含量、含水率和降低地下水位等措施。還有一些研究通過改變路基填充物的結(jié)構(gòu)和種類來控制凍脹。中國凍土地區(qū)高速鐵路采用凍脹不敏感材料作為路基填料，并根據(jù)實(shí)際情況采取隔水、保溫措施來控制凍脹。歐洲一些國家除對路基處理外，還使用雷達(dá)探測技術(shù)定位凍脹區(qū)域。

國內(nèi)外很多學(xué)者利用軌道幾何尺寸檢測數(shù)據(jù)預(yù)測軌道狀態(tài)，如，ImanSoleimanmeigouni建立了預(yù)測軌道幾何尺寸超限是否發(fā)生的二元logistic回歸模型。Yaqin Yang等基于貝葉斯信息準(zhǔn)則建立了軌道幾何尺寸檢測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軌道劣化分段線性模型。

上述現(xiàn)有技術(shù)中的路基凍脹監(jiān)測技術(shù)主要利用鐵路沿線定點(diǎn)監(jiān)測裝置和監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集信息系統(tǒng)。在路基凍脹位置未知情況下，沿線布設(shè)裝置監(jiān)測路基凍脹的效率太低，且需要大量的投入。即使掌握了路基凍脹位置，在正確位置布設(shè)監(jiān)測裝置，需要的投入很大。另外，現(xiàn)有路基凍脹監(jiān)測系統(tǒng)無法監(jiān)測路基凍脹下的軌道變形過程。軌道變形過程是鐵路工務(wù)部門管控軌道幾何尺寸確保季凍區(qū)高速鐵路路基凍脹下列車運(yùn)行線路基礎(chǔ)安全的關(guān)鍵依據(jù)。

現(xiàn)有基于軌道幾何尺寸動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)的軌道劣化模型不適用于路基凍脹下的軌道變形估計(jì)。

如前所述，已有大量研究工作利用軌道幾何尺寸動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)預(yù)測軌道幾何尺寸變化，然而，路基凍脹引起軌道幾何尺寸變化的特點(diǎn)完全不同于列車動(dòng)荷載作用下的軌道幾何尺寸持續(xù)變化特征，因此，這些既有模型不適用于凍脹引起軌道變化的特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種高速鐵路路基凍脹處的軌道變形預(yù)測方法，以實(shí)現(xiàn)有效地預(yù)測高速鐵路路基凍脹處的軌道變形。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種高速鐵路路基凍脹處的軌道變形預(yù)測方法，包括：