一种基于多因素约束的运营普速铁路精捣方案评价方法与流程

本发明涉及铁路工程，具体涉及一种基于多因素约束的运营普速铁路精捣方案评价方法。

背景技术：

1、轨道的高平顺性是保证列车安全、平稳运行的重要前提，也是铁路工务部门养护维修作业的首要目的。近年来，随着我国运营普速铁路不断进行提速扩能，对轨道平顺性状态提出了更高的要求，也给轨道养护维修工作带来了巨大的挑战。然而在列车荷载及外界环境因素影响下，轨道几何形位会不可避免地发生变化，产生轨道不平顺，引起轮轨系统振动加剧，影响列车运行平稳性。为有效控制轨道不平顺，确保列车安全、平稳运行，需对轨道结构在运营期间产生的变形采取相应的维修整正措施，使轨道几何形位处于良好的状态。

2、大机捣固是轨道养护维修作业的重要手段，可在一定程度上改善轨道平顺状态，提高线路运营品质。在早期的捣固作业中，由于没有精捣方案的支持，仅靠捣固车自身检测弦系统调整轨道几何形位的相对状态，轨道平顺性改善效果并不理想。近年来，随着轨道测量技术的快速发展，逐步形成了以“轨道快速精测-精捣方案制定-高精高效捣固”为核心的运营普速铁路精测精捣技术体系，有效提升了捣固作业质量。其中，精捣方案制定作为精测精捣过程中的关键环节，其首先通过对线路原始平纵断面参数进行调整，获得与线路实际状态较为接近的设计线形，在此基础上，对实测线形和设计线形间的偏差进行优化处理，得到既满足平顺性约束又符合捣固作业要求的目标线形，从而为捣固作业提供维护基准。精捣方案的合理性直接影响着最终的捣固作业质量，然而由于目前缺少系统的精捣方案综合评价方法，技术人员出具的精捣方案质量未能经过综合性审核评估，导致应用在捣固作业现场的精捣方案存在诸多“先天性设计不良”问题，从而造成实际捣固作业效果与预期存在较大差异。因此，亟需结合运营普速铁路有砟轨道精测精捣作业现状，综合考虑捣固过程中的多种限制因素，形成系统、合理的精捣方案综合评价方法，保证精捣方案的科学性与合理性。

技术实现思路

1、为解决现阶段运营普速铁路有砟轨道精捣方案审核评价过程中存在的不足，本发明提供了一种基于多因素约束的运营普速铁路精捣方案评价方法，综合考虑平纵断面设计参数、目标线形平顺性状态、捣固作业可实施性等限制因素，可实现精捣方案的综合性评价。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于多因素约束的运营普速铁路精捣方案评价方法，包括如下步骤：

4、a、对比精捣区段重构设计前后的线路平纵断面参数，判断平纵断面重构设计成果是否满足限值要求；

5、b、采用局部峰值法和区段均值法对目标线形不同检测弦长下的不平顺进行评价，采用车辆-线路动力仿真分析对目标线形的行车动力性能进行评价；

6、c、对精捣方案可实施性进行评价，评价指标包括调整量大小、调整量变化率、起拨道量比例、超高调整量大小；

7、d、若精捣方案满足步骤a、步骤b和步骤c中所有要求，则判断该段精捣方案合理，交付至捣固施工组进行作业，反之精捣方案不合理。

8、进一步的，步骤a包括：

9、a-1.对精捣区段重构设计后的平面设计成果进行评价，判断其是否满足限值要求;

10、a-2.对精捣区段重构设计后的纵断面设计成果进行评价，判断其是否满足限值要求。

11、进一步的，步骤a-1包括：

12、a-1-1.计算重构设计后曲线半径、缓和曲线长度、曲线设计超高变化量，并与限值进行比较：

13、

14、式中，

15、、——重构设计后和原始台账中的曲线半径值；

16、、——重构设计后和原始台账中的缓和曲线长度值；

17、、——重构设计后和原始台账中的曲线设计超高值；

18、、——曲线半径允许变化量的下限值、上限值；

19、、——缓和曲线长度允许变化量的下限值、上限值，其中下限值通常为0；

20、、——曲线设计超高允许变化量的下限值、上限值；

21、a-1-2.计算重构设计后曲线四大桩点里程变化量，并与限值进行比较：

22、；

23、式中，

24、、——曲线直缓点设计里程、原始里程；

25、、——曲线缓圆点设计里程、原始里程；

26、 、——曲线圆缓点设计里程、原始里程；

27、 、——曲线缓直点设计里程、原始里程；

28、、、、——曲线直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点里程允许变化量限值；

29、a-1-3.计算重构设计后圆曲线和夹直线长度，并判断其最小值是否满足限值要求：

30、；

31、式中，

32、、——重构设计后圆曲线、夹直线最小长度值；

33、 、——圆曲线、夹直线最小长度限值；

34、a-1-4.若精捣区段为双线并行区段，计算重构设计后线间距，并判断线间距最小值是否满足限值要求：

35、；

36、式中，

37、——重构设计后线间距最小值；

38、——线间距限值；

39、a-1-5.计算重构设计后整体平面偏差最大值、均值，局部特殊地段平面偏差最大值，并判断是否满足限值要求：

40、；

41、式中，

42、、、——整体平面偏差最大值、整体平面偏差均值、局部特殊地段平面偏差最大值;

43、、、——整体平面偏差最大值限值、整体平面偏差均值限值、局部特殊地段平面偏差最大值限值，由铁路工务管理部门结合线路实际情况确定。

44、进一步的，步骤a-2包括：

45、a-2-1.计算重构设计后各个坡段长度，并判断最小坡段长度是否满足限值要求：

46、；

47、式中，

48、——重构设计后最小坡段长度值；

49、——最小坡段长度限值。

50、a-2-2.计算重构设计后各个坡段坡度值和相邻坡段坡度差，并判断最大坡度值和坡度差是否满足限值要求：

51、；

52、式中，

53、、——重构设计后最大坡度值、相邻坡段最大坡度差；

54、——坡度限值，由铁路工务管理部门结合实线路际情况确定；

55、——坡度差限值；

56、a-2-3.统计对竖曲线半径值、长度及位置，并判断其是否满足要求：

57、；

58、式中，

59、  、——重构设计后竖曲线半径最小值、最大值；

60、——重构设计后竖曲线长度最小值；

61、 ——竖曲线半径下限值；

62、 ——竖曲线半径上限值；

63、——竖曲线长度限值；

64、a-2-4.计算重构设计后整体纵断面偏差最大值、均值，局部特殊地段纵断面偏差最大值，并判断是否满足限值要求：

65、；

66、式中，

67、、、——整体纵断面偏差最大值、整体纵断面偏差均值、局部特殊地段纵断面偏差最大值;

68、 、、——整体纵断面偏差最大值限值、整体纵断面偏差均值限值、局部特殊地段纵断面偏差最大值限值。

69、进一步的，步骤b包括：

70、b-1.计算精捣区段原始线形和目标线形的中点矢距值，并将计算结果作为原始线形和目标线形的不平顺检测成果，采用局部峰值法和区段均值法对不同检测弦长下的不平顺进行评价；

71、；

72、式中，

73、——原始线形/目标线形不同检测弦长下的中点矢矩值；

74、 ——原始线形/目标线形位于检测弦中点位置处的平面/纵断面偏差值；

75、 ——原始线形/目标线形位于检测弦起点位置处的平面/纵断面偏差值；

76、——原始线形/目标线形位于检测弦终点位置处的平面/纵断面偏差值；

77、b-2.建立车辆-线路耦合动力仿真计算模型，采用重构设计后的平纵断面作为线路基准，分别以原始线形和目标线形的平面、纵断面偏差作为不平顺激励，计算车体横/垂向加速度、脱轨系数和轮重减载率，并根据上述各项指标的改善率对目标线形平顺性状态进行评价；

78、b-3.对步骤b-1和b-2中所得计算结果进行统计评价。

79、进一步的，步骤b-3包括：

80、b-3-1.统计一定检测弦长下，目标线形中点矢矩的峰值，并与限值进行比较：

81、；

82、式中，

83、、、——检测弦下，目标线形中点矢矩值最大值；

84、 、、——检测弦下中点矢矩限值；

85、b-3-2.计算一定检测弦长下，目标线形中点矢矩的标准差，并将所有单元标准差的均值与限值进行比较：

86、；

87、式中，

88、 、、——检测弦下，目标线形所有单元中点矢距标准差的均值；

89、、、——检测弦下，中点矢矩标准差的均值限值；

90、b-3-3.计算优化前后，一定检测弦长下原始线形和目标线形局部峰值改善率，并与限值进行比较：

91、；

92、式中，

93、、、——检测弦下，原始线形中点矢矩值最大值；

94、、、——检测弦下，目标线形中点矢矩值最大值；

95、、、——检测弦下，局部峰值改善率限值；

96、b-3-4.计算优化前后，不同弦长下原始线形和目标线形区段均值改善率，并与限值进行比较：

97、；

98、式中，

99、、、——10m、20m、60m检测弦下，原始线形所有单元中点矢距标准差的均值；

100、、、——10m、20m、60m检测弦下，目标线形所有单元中点矢距标准差的均值；

101、、、—10m、20m、60m检测弦下，区段均值改善率限值；

102、b-3-5.计算线形优化前后车辆横/垂向加速度、脱轨系数、轮重减载率均值改善率，并与限值进行比较，

103、；

104、式中，

105、、、、——原始线形下，车辆横向加速度均值、垂向加速度均值、脱轨系数均值、轮重减载率均值；

106、、、、——目标线形下，车辆横向加速度均值、垂向加速度均值、脱轨系数均值、轮重减载率均值；

107、、、、——车辆横向加速度、垂向加速度、脱轨系数、轮重减载率改善率限值。

108、进一步的，步骤c包括：

109、c-1.判断起、拨道量大小是否满足限值要求：

110、；

111、式中，

112、、——起、拨道量值，其中起道量包含捣固车中预设的基本起道量；

113、、、、——起道量下限值、起道量上限值、拨道量下限值、拨道量上限值；

114、c-2.根据精捣方案，判断相邻调整点起、拨道量变化率是否满足要求：

115、；

116、式中，

117、、——第 i、 i+1调整点处起道量；

118、、——第 i、 i+1调整点处拨道量；

119、、——第 i、 i+1调整点处里程；

120、c-3.根据精捣方案，计算同一调整点处起拨道量比例，并与限值比较：

121、；

122、式中，

123、——起、拨道量比例限值；

124、c-4.计算由曲线桩点和设计超高变化共同引起的超高总变化量，并判断其最大值是否满足限值要求：

125、；

126、式中，

127、——由曲线桩点和设计超高变化共同引起的超高总变化量；

128、——超高总变化量限值，由单次捣固作业超高可调范围确定。

129、本发明还提供了一种基于多因素约束的运营普速铁路精捣方案评价系统，包括：

130、第一判断模块，对比精捣区段重构设计前后的线路平纵断面参数，判断平纵断面重构设计成果是否满足限值要求；

131、第一评价模块，采用局部峰值法和区段均值法对目标线形不同检测弦长下的不平顺进行评价，采用车辆-线路动力仿真分析对目标线形的行车动力性能进行评价；

132、第二评价模块，对精捣方案可实施性进行评价，评价指标包括调整量大小、调整量变化率、起拨道量比例、超高调整量大小；

133、第二判断模块，若精捣方案满足步骤a、步骤b和步骤c中所有要求，则判断该段精捣方案合理，交付至捣固施工组进行作业，反之精捣方案不合理。

134、本发明的另一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：

135、至少一个处理器；以及，

136、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

137、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。

138、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。

139、与现有技术相比，本发明能够实现如下有益的技术效果：

140、针对运营普速铁路有砟轨道精捣方案缺乏综合性审核评价的现状，提出了一种综合考虑平纵断面设计参数、目标线形平顺性状态、捣固作业可实施性等限制因素的运营普速铁路精捣方案评价方法，实现精捣方案的科学性、综合性评价。

141、综合对比精捣方案区段重构设计前后的线路平纵断面参数，判断平纵断面重构设计成果是否满足限值要求，保证平纵断面设计参数的合理性。

142、采用局部峰值法和区段均值法对目标线形不同检测弦长下的不平顺进行评价，采用车辆-线路动力仿真分析对目标线形的行车动力性能进行评价，确保优化后目标线形的平顺性。

143、考虑精捣方案起拨道量大小、变化率、比例等因素，对方案可实施性进行评价，保证精捣方案调整量符合捣固作业特性。

144、本发明为运营普速铁路有砟轨道精捣方案评价提供了一种综合性方法，提升运营普速铁路有砟轨道精捣作业质量。