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高铁运营期路基沉降测试与验算软件开发

发布时间:2016-05-26 14:13

高速铁路运营期路基沉降对高速行车的舒适性、安全性构成巨大威胁,其发展机理、监测评估技术是世界各国面临的重要技术难题之一。

 

高速铁路路基运营期沉降监测、评估方法的探索是保证高铁安全运营的基础性研究,具有重要意义。本文以成灌高速铁路运营期路基沉降监测为例,对沉降平顺性验算进行了编程开发,实现了路基平顺性评估。该研究对高铁运营期路基沉降监测及安全评估具有一定的参考建议。

 

  引言

 

随国民经济不断发展,近年来我国高速铁路建设事业突飞猛进。既有高速铁路的建设与运营经验表明[1][2],路基稳定性是控制高铁建设成败主要因素,其中沉降问题最为重要。

 

沉降问题处理不当会给工程质量留下隐患,可导致铁路在运营期间出现多种工程问题,如路面沉陷,桥头跳车等,轻则影响正常使用,重则发生事故。因此路基沉降监测已成为铁路建设中一重要课题。

 

  目前高速铁路路基沉降观测主要集中在施工期间,而运营期间路基沉降观测则较少[3][4]。为保障高速铁路长期运营安全,应针对不同段路基沉降发生规律和机理等关键基础问题进行研究,及时准确掌握高速铁路运营期间路基沉降情况,确保高速铁路列车安全平稳运行。

 

  本文以成灌高速铁路路基沉降观测项目为依托工程,对该线路运营期路基沉降进行了监测,并结合现场沉降观测数据,开发了沉降验算平台,验算了路基的平稳性。该研究为保证高速铁路的运营安全具有显著意义。

 

  1现场测试

 

  1.1工程背景

 

成都至都江堰高速铁路(成灌线)起于成都站,沿既有西环线增建二线至安靖站,出站后跨过老成灌公路,沿其南侧改造后道路至犀浦与地铁二号线换乘,再经过红光至郫县。

 

之后线路偏离成灌路,过安德之后随即横跨成灌高速公路,沿高速公路南侧,经聚源到都江堰市二环路后转向沿二环路高架设置都江堰站,而后线路跨金马河,沿省道106至绕镇路附近设置青城山站,线路全长68.125公里。

 

  由于列车运行速度快,线路大部分为高架线路,对路基沉降十分敏感,十分有必要对路基沉降实时量测。

 

  1.2测试内容

 

为了充分研究高速铁路运营期路堤沉降情况,现场测试共分为3个阶段。第一阶段沉降监测安排在通车运营三个月后进行;第二阶段沉降监测安排在第一阶段沉降监测完毕一年进行;第三阶段沉降监测安排在第二阶段沉降监测后两个月进行。

 路基沉降

由于白天没有天窗时间,不具备观测条件,监测的外业观测全部安排在晚上进行。监测段起止里程分别为DK22+342DK25+255DK29+209DK31+388DK34+161DK39+006,路基全长9.937 km

 

  1.3测点布设

 

  为确保沉降监测结果的准确性和可靠性,各段路基的沉降监测基准点埋设在路基沉降变形区域以外的稳固建筑物上或深埋于原状土上,沉降监测工作基点布设在沉降相对稳定的桥台或涵洞上。

 

  DK22+342DK25+255段路基设有2个沉降监测基准点、9个沉降监测工作基点、152个监测断面。同一个监测断面布设三个监测点,分别位于线路两旁及中线上。本区段共有456个监测点。

 

  DK29+209DK31+388段路基设有1个沉降监测基准点、6个沉降监测工作基点、85个监测断面。本区段共有255个监测点。

 

  DK34+161DK39+006段路基,有2个沉降监测基准点、9个沉降监测工作基点、115个监测断面。本区段共有345个监测点。

 

  2沉降观测成果

 

  成灌铁路的沉降监测区段分别为DK22+342DK25+255DK29+209DK31+388DK34+161DK39+006三段路基,共1056个监测点,外业观测成果符合国家二等水准测量的要求,通过对外业观测成果进行计算并加以分析,可以得到如下结论:

 

  (1)DK23+340DK25+237(区段长1897m)段路基有比较明显的上拱趋势,平均上拱量为4.45mm。除此区段未发现较明显的沉降变化。

 

  (2)DK29+641DK30+690(区段长1049m)这一段路基有比较明显的沉降趋势,平均沉降量为3.97mm;除此区段未发现较明显的沉降变化。

 

  (3)DK34+172DK34+659(区段长487m)段路基有比较明显沉降趋势,平均沉降量为2.19mm;DK35+971DK37+314段路基有较明显的上拱趋势,平均上拱量为4.96mm。除此区段未发现较明显的沉降变化。

 

  3路基沉降验算软件设计与实现

 

由于路基沉降观测过程中将产生海量数据,人工处理效率较低,且容易出错,因此开发一套路基沉降验算软件是十分必要的。本研究采用自行开发的软件对成灌线路基沉降进行了验算。

 

软件采用面向对象的方法进行设计,紧密结合沉降评估工作的需求与流程,根据实际的需求做出处理和分析,具有友好的人机界面,方便用户的操作。软件通过导入的测量数据,对测量数据提供高效,安全的处理,最大程度地减少沉降评估过程中的各种重复繁琐的手工劳动,极大地提高评估工作的效率。

 

  竖曲线半径的主要控制指标包括列车运行安全性要求和乘客舒适性要求两个方面[5]。按舒适性要求的竖曲线最小半径根据成灌线的列车设计最高行驶速度为250km/h取值为20000m

 

  4结论

 

  铁路路基沉降变形问题是高速铁路建设兴起后引起工程界关注的一项值得研究的重大课题,特别是对于无砟轨道要求严格的高速铁路,沉降不仅是控制工期和地基加固措施的关键,也是决定路基运营期间行车安全平稳的主要因素。本文通过对路基沉降的监测,开发了一套较为方便的验算评估软件,具有较为重要的理论和实际意义。

 

  (1)按照高速铁路路基沉降测量的技术要求,对成灌高速铁路路基沉降进行沉降变形观测,通过对观测数据的处理分析得出沉降观测结果,获得了路基沉降数据原始资料,为后期进行路基沉降评估分析奠定了基础。

 

  (2)根据竖曲线的原理提出了安全验算指标,并开发了沉降验算软件,对成灌高速铁路路基工点沉降观测数据进行了计算和判定,为保证路基运行稳定性和安全性提供参考。

 

  作者:田宁 来源:建筑工程技术与设计 201434

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