[发明专利]一种高速铁路路基冻胀处的轨道变形预测方法

说明书

本发明提供了一种高速铁路路基冻胀处的轨道变形预测方法。该方法包括：利用轨道几何尺寸动态检测数据、气温数据和多处路基冻胀监测数据，以每处路基冻胀为对象，确定了路基冻胀量、冻结深度和轨道变形的关系，建立路基冻胀处轨道变形随温度变化的梯形函数关系；根据所述梯形函数关系预测高速铁路路基冻胀处的轨道变形。本发明利用高速铁路已有轨道几何尺寸动态检测数据和气温监测数据，估计路基冻胀处温度作用下的轨道变形过程。本发明对冻胀引起的轨道变形的预测不依赖于其它现场监测设备和人工分析，保证了分析的效率和准确性，为铁路工务部门管控路基冻胀处的轨道几何尺寸变化、合理制定维修方案和计划提供依据。

技术领域

本发明涉及路基冻胀研究技术领域，尤其涉及一种高速铁路路基冻胀处的轨道变形预测方法。

背景技术

季节性冻土地区的路基冻胀导致轨道几何尺寸发生变化(以下称为轨道变形)，降低了线路平顺性。高速铁路对轨道不平顺要求极高。因此，针对运营高速铁路，需要掌握路基冻胀过程中轨道变形随温度变化的过程，为铁路工务部门管控季冻区域内轨道几何尺寸变化提供依据。

中国华北、东北和西北地区属于季节性冻土区域。这些区域内的铁路在冬季会发生路基冻胀。路基冻胀引起轨道几何尺寸变化降低了线路平顺性。高速铁路对轨道不平顺要求极高。因此，针对运营高速铁路，需要掌握路基冻胀过程中轨道变形随温度变化的过程，为铁路工务部门管控季冻区域内轨道几何尺寸变化提供依据。

已有大量文献报道通过室内试验和在铁路沿线布设传感器研究了路基冻胀影响因素、冻结深度和各种控制措施。针对路基冻胀机理和表面变形，一般认为冻胀由路基中自由水冻结形成冰晶体排挤土颗粒导致的土体体积增大。路基表面冻胀变形主要由顶部路基填料冻结引起。Yan Han改变土壤含水率和含盐量进行了多组实验，发现不同结构的土壤具有不同的冻结温度。Jidong Teng考虑路基中蒸汽的转移，提出了一种冻胀模型来预测哈大高铁非饱和粗粒土中的冻结深度和冻结过程。Ruiling Feng根据预测气温与路基温度的相关变化关系，使用有限元估计路基冻结深度。对季节性冻土的冻胀研究集中在控制冻胀的方法上，包括控制细颗粒含量、含水率和降低地下水位等措施。还有一些研究通过改变路基填充物的结构和种类来控制冻胀。中国冻土地区高速铁路采用冻胀不敏感材料作为路基填料，并根据实际情况采取隔水、保温措施来控制冻胀。欧洲一些国家除对路基处理外，还使用雷达探测技术定位冻胀区域。

国内外很多学者利用轨道几何尺寸检测数据预测轨道状态，如，ImanSoleimanmeigouni建立了预测轨道几何尺寸超限是否发生的二元logistic回归模型。Yaqin Yang等基于贝叶斯信息准则建立了轨道几何尺寸检测数据驱动的轨道劣化分段线性模型。

上述现有技术中的路基冻胀监测技术主要利用铁路沿线定点监测装置和监测数据汇集信息系统。在路基冻胀位置未知情况下，沿线布设装置监测路基冻胀的效率太低，且需要大量的投入。即使掌握了路基冻胀位置，在正确位置布设监测装置，需要的投入很大。另外，现有路基冻胀监测系统无法监测路基冻胀下的轨道变形过程。轨道变形过程是铁路工务部门管控轨道几何尺寸确保季冻区高速铁路路基冻胀下列车运行线路基础安全的关键依据。

现有基于轨道几何尺寸动态检测数据的轨道劣化模型不适用于路基冻胀下的轨道变形估计。

如前所述，已有大量研究工作利用轨道几何尺寸动态检测数据预测轨道几何尺寸变化，然而，路基冻胀引起轨道几何尺寸变化的特点完全不同于列车动荷载作用下的轨道几何尺寸持续变化特征，因此，这些既有模型不适用于冻胀引起轨道变化的特征。

发明内容

本发明的实施例提供了一种高速铁路路基冻胀处的轨道变形预测方法，以实现有效地预测高速铁路路基冻胀处的轨道变形。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种高速铁路路基冻胀处的轨道变形预测方法，包括：