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铁路客运专线路基沉降预测方法研究

王星运  
【摘要】: 科学、合理地预测工后沉降量是无碴轨道建设的关键环节。铁路客运专线路基沉降变形量级较小,且相对波动较大,在软土路基等较大变形的沉降预测中得到最广泛的应用的曲线拟合法是否适用于这种沉降变形的情形还有待于研究,因此,结合客运专线路基沉降变形量级小、数据相对波动大等特点,对沉降预测方法进行系统分析和优化比选,探索稳定性好、精度高、操作便捷的预测方法,具有重要的工程应用价值和学术价值。 依托武广铁路客运专线沉降变形观测分析评估项目,面向铁路客运专线建设,针对无碴轨道路基沉降变形量级较小、相对波动较大的情形,采用武广铁路客运专线路基沉降观测数据,探讨曲线拟合法对无碴轨道路基沉降预测的适用性,在此基础上,发展新的预测模型,以直接指导武广铁路客运专线的沉降变形评估工作。 本文研究的主要内容和成果如下: 选择了工程上较为成熟的双曲线法、三点法、Asaoka法和指数曲线法等四种预测方法以及在德国相关工程中得到成功运用的拓展双曲线法,结合武广客运专线路基沉降的实测数据,进行试验性评估计算,分析各种预测方法的适用性,并通过实测数据与预测数据对比,研究各种预测方法的误差大小以及时间起点、时间段的选择对预测精度的影响。 优化比选研究发现:三点法能较好地反映沉降的发展趋势,回归相关系数较高,预测误差较小,对数据异常变化的敏感性强,能及时发现沉降变形趋势存在问题的断面,对于武广客运专线路基沉降变形预测而言,作为最优方法予以推荐采用。 拓展双曲线法的回归相关系数较高,适用性强,预测误差仅较三点法稍大,但不会出现预测严重失真的情况。因此,拓展双曲线法作为次优方法予以推荐,以对三点法预测结果进行必要的对比验证。 把三点法选点的思想引入指数曲线模型,对指数曲线法进行了改进。实例分析表明,改进指数曲线法具有较好的稳定性,且对三点的选取没有特殊的要求,可用于客运专线路基沉降变形预测。 把三点法的基本思想引入双曲线模型,提出了基于双曲线模型的三点法。实例验证表明,新方法相对双曲线模型和三点法均存在着明显优势。取点时间间隔越长、起点越靠后,新方法的预测精度越高。 考虑到观测数据在上下包络线之间波动的特征,通过理论推导,给出了最终沉降量的闭区间,提出了基于双曲线模型的三点法稳定性控制条件,并验证其科学合理性。最后,给出了基于双曲线模型的三点法软件框架和计算分析步骤,以及基于网络平台的沉降分析评估系统构想。


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