基于温度变形的大跨度高速铁路桥梁轨道的线形调控方法

本发明涉及铁路工程，具体而言，涉及基于温度变形的大跨度高速铁路桥梁轨道的线形调控方法。

背景技术：

1、随着高速铁路的大力建设，桥梁作为铁路的重要组成部分，其设计、建造技术水平取得了巨大进步，大跨度高速铁路桥梁应运而生，且在世界范围内呈现快速发展趋势。大跨度桥梁线形受温度等环境因素影响而发生动态变形，桥上线路线形随之发生变化，尤其是温度影响下的线路线形垂向变化较大。若以初始线路设计线形指导线路平顺性调控，一方面轨道调整量巨大，且可能受轨道结构限制无法调整到位；另一方面由于主跨各点受温度影响变化幅值不同，导致轨道静态长波高低不平顺难以满足设计规范和维修规则要求。

2、现有大跨度桥上线路线形调控方法主要通过局部调整线路纵断面设计参数的方式减小设计基准与实测线形之间差异，线路线形调控过程未有效融合基准线重构、组合弦平顺性控制等手段，缺乏对施工偏差、线路大幅变形等复杂因素的充分考虑，尤其考虑到长期运营过程中大跨桥变形波动范围大，采用单一且固定设计基准作为轨道平顺性调控的目标，会造成轨道调整量过大，无法满足维修作业需求。因此，为有效保障大跨桥运营期间列车运行安全性和线路平顺性，亟需探索更加适应运营期大跨度桥梁温度变形的基准线构造策略，建立大跨度高速铁路桥梁轨道线形调控方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于温度变形的大跨度高速铁路桥梁轨道线形调控技术，所要解决的技术问题是：构造并比选得到适应大跨度高速铁路桥梁温度变形特征的轨道最优基准线，对待调控线形与基准线之间的垂向偏差进行轨道平顺性优化，制定满足不同弦长轨道平顺性控制要求的调控作业目标线形，对提升大跨度高速铁路桥梁轨道线形调控作业效果提供参考。

2、为了实现上述技术目的，本技术提供了基于温度变形的大跨度高速铁路桥梁轨道的线形调控方法，包括以下步骤：

3、采集待调控大跨度高速铁路桥梁的轨道实测高程数据、与轨道实测高程数据的测量环境相匹配的实测温度数据、轨道设计高程数据以及成桥线形对应的基准温度数据；

4、根据待调控大跨度高速铁路桥梁在不同温度下的轨道实测高程数据，获取坡度变化率，并以坡度变化率为基准，对不同温度下的轨道实测数据进行线形拟合，得到线形参数随温度变化的规律；

5、基于实测温度数据的最低温度和最高温度，获取最大温度差，以不同温度梯度的方式将最大温度差等间隔分为多个温度区间，在每个温度区间构造一条基准线，得到基于温度变形的多温度区间基准线；

6、将轨道实测高程数据对应的实测温度与基准线对应的温度区间进行匹配，获取不同温度下轨道实测高程数据对应的基准线；将轨道实测高程与对应的基准线高程进行比较，确定最优的温度区间划分方式，并确定对应的最优基准线；

7、根据调控作业当日的温度数据，判断待调控线形所属的基准线，通过计算待调控线形实测高程与基准线高程之间的垂向偏差，依据最优基准线，对垂向偏差进行轨道平顺性优化，得到满足温度变形影响下轨道平顺性控制要求的调控作业目标线形。

8、优选地，在获取线形参数随温度变化的规律的过程中，根据坡度变化率，确定变坡点数量及变坡点里程分布范围，以变坡点数量及变坡点里程的主要分布范围为基准，对不同温度下的轨道实测数据进行线形拟合，提取拟合线形的线形参数，对线形参数进行回归分析，得到线形参数随温度变化的规律。

9、优选地，在获取得到线形参数随温度变化的规律的过程中，根据不同温度下轨道实测高程数据对应的线形参数，提取不同温度对应的变坡点里程、变坡点高程、坡段坡度、竖曲线半径；

10、以温度为自变量，分别以变坡点里程、变坡点高程、坡段坡度、竖曲线半径为因变量，进行一元线性回归分析，得到线形参数随温度变化的规律。

11、优选地，在获取基于温度变形的多温度区间基准线的过程中，以温度区间的平均温度作为基准线对应温度，根据平均温度，依据线形参数随温度变化的规律，获取沿里程的基准线高程；

12、基于基准线对应的线形参数和基准线高程，生成基于温度变形的多温度区间基准线。

13、优选地，在获取最优基准线的过程中，将轨道实测高程与对应的基准线高程进行比较，得到二者之间的垂向偏差；根据垂向偏差计算高低不平顺特征；根据不同温度区间下的垂向偏差或高低不平顺变化特征，确定最优的温度区间划分方式，并确定对应的最优基准线。

14、优选地，在获取最优基准线的过程中，根据垂向偏差或高低不平顺特征的最大值和平均值随温度区间划分方式的变化情况，当垂向偏差或高低不平顺特征的最大值和平均值的减小趋势出现拐点时，对应的温度区间个数为最优温度区间划分方式，同时确定最优温度区间划分方式对应的最优基准线。

15、优选地，在对垂向偏差进行轨道平顺性优化的过程中，通过设置10m中点弦测值约束、30m矢距差约束和60m中点弦测值约束，构建沿里程顺序逐点移动10m、30m、60m的组合弦，根据组合弦，对垂向偏差进行轨道平顺性优化。

16、优选地，在获取10m中点弦测值约束的过程中，的10m中点弦测值约束的具体公式如下：

17、

18、式中，为距离i点小里程方向5m位置的调整量；为距离i点大里程方向5m位置的调整量；为距离i点小里程方向5m位置的垂向偏差；为距离i点大里程方向5m位置的垂向偏差；ε10为10m中点弦测值的管理值。

19、优选地，在获取30m矢距差约束的过程中，的30m矢距差约束的具体公式如下：

20、

21、式中，tq为30m弦起点位置的调整量；tz为30m弦终点位置的调整量；dq为30m弦起点位置的垂向偏差；dz为30m弦终点位置的垂向偏差；ε30为30m矢距差的管理值。

22、优选地，在获取60m中点弦测值约束的过程中，的60m中点弦测值约束的具体公式如下：

23、

24、式中，为距离i点小里程方向30m位置的调整量；为距离i点大里程方向30m位置的调整量；ε60为60m中点弦测值的管理值。

25、本发明还公开了基于温度变形的大跨度高速铁路桥梁轨道的线形调控系统，用于实现线形调控方法，包括：

26、数据采集模块，用于采集待调控大跨度高速铁路桥梁的轨道实测高程数据、与轨道实测高程数据的测量环境相匹配的实测温度数据、轨道设计高程数据以及成桥线形对应的基准温度数据；

27、线形参数分析模块，用于根据待调控大跨度高速铁路桥梁在不同温度下的轨道实测高程数据，获取坡度变化率，并以坡度变化率为基准，对不同温度下的轨道实测数据进行线形拟合，得到线形参数随温度变化的规律；

28、基准线获取模块，用于基于实测温度数据的最低温度和最高温度，获取最大温度差，以不同温度梯度的方式将最大温度差等间隔分为多个温度区间，在每个温度区间构造一条基准线，得到基于温度变形的多温度区间基准线；

29、最优基准线获取模块，用于将轨道实测高程数据对应的实测温度与基准线对应的温度区间进行匹配，获取不同温度下轨道实测高程数据对应的基准线；将轨道实测高程与对应的基准线高程进行比较，确定最优的温度区间划分方式，并确定对应的最优基准线；

30、线形调控模块，用于根据调控作业当日的温度数据，判断待调控线形所属的基准线，通过计算待调控线形实测高程与基准线高程之间的垂向偏差，依据最优基准线，对垂向偏差进行轨道平顺性优化，得到满足温度变形影响下轨道平顺性控制要求的调控作业目标线形。

31、本发明公开了以下技术效果：

32、本发明以变坡点里程、变坡点高程、竖曲线半径、坡段坡度随温度变化规律为基础，构造了适应大跨桥温度变形的多温度区间基准线，建立了基于组合弦的轨道平顺性优化模型，有效减小了大跨桥温度变形后的轨道线形垂向偏差幅度，有利于为调控方案制定提供线形参数基础，实现了对10m、30m、60m组合弦长的轨道平顺性优化，显著提高了大跨度高速铁路桥梁有砟轨道养护维修质量。首先，本发明关于轨道线形的调控效果充分考虑了大跨度高速铁路桥梁温度变形对桥上线路造成的影响，利用一元线性回归方程明确描述轨道线形参数随温度变化规律，形成定量分析结果；其次，以不同温度梯度划分温度区间，结合正交最小二乘理论构造各温度区间内的基准线，根据垂向偏差和高低不平顺变化特征比选出最优温度区间划分方式及最优基准线，充分适应大跨桥温度变形趋势以及轨道维修作业需求；最后，本发明以待调控线形调整量之和最小为目标，以10m中点弦测值、30m矢距差、60m中点弦测值为约束，计算得到调控作业的目标线形，进一步提高大跨度高速铁路桥梁轨道线形调控作业效果。

33、本发明为制定大跨度高速铁路桥梁轨道线形调控方案提供了一种科学的方法，研究成果具有重要科学价值，对桥上线路的轨道精调作业具有指导意义。