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评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法

阅读：451发布：2020-05-11

专利汇可以提供评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，包括以下步骤：1)选取任一无砟轨道路基冒浆工段，确定评价指标，通过测试和计算评价指标的敏感度因子；2)确定敏感指标；选取具有最大|Sm|的评价指标为敏感指标；3)建立冒浆等级评定模型并计算所有冒浆工段的冒浆等级；4)对Gstep＜1的冒浆工段进行深度检查。本发明通过选取拟评定路基段的中的任一冒浆工段来测量、计算和确定敏感指标，并在其它冒浆工段仅通过测量敏感指标大小来确定冒浆等级，从而对冒浆危害等级进行量化评定，结合现场深度勘察进行定性评定，形成冒浆病害等级评定体系，为铁路运营部门关于无砟轨道路基冒浆病害的评估和整治提供科学依据。，下面是评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，包括以下步骤：
1)选取任一无砟轨道路基冒浆工段，确定评价指标，通过测量和计算评价指标的敏感度因子
所述评价指标为无砟轨道路基结构层的动力响应参数，所述结构层为基床、底座板、轨道板和路基封闭层中任意几种，所述动力响应参数为振动加速度、振动速度和振动位移中的任意几种；
其中，Sm为敏感度因子，D0为列车行驶时未冒浆工段的评价指标幅值，D1为列车行驶时冒浆工段的评价指标幅值；D0和D1在同一列车行驶速度下测试得到；
2)确定敏感指标
在基床的振动加速度、基床的振动速度、基床的振动位移、底座板的振动加速度、底座板的振动速度、底座板的振动位移、轨道板的振动加速度、轨道板的振动速度、轨道板的振动位移、路基封闭层的振动加速度、路基封闭层的振动速度、路基封闭层的振动位移中任意选择几个作为评价指标并计算其Sm；
然后选取具有最大|Sm|的评价指标为敏感指标；
3)建立冒浆等级评定模型并计算所有冒浆工段的冒浆等级
其中，Imax为敏感指标在冒浆最严重工段的允许极
值，为敏感指标在未冒浆工段的幅值，为敏感指标在待测冒浆工段的幅值；Imax、和在同一列车行驶速度下测试得到；
4)对Gstep＜1的冒浆工段进行深度检查。
2.如权利要求1所述的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，其特征在于：所述通过如下公式计算：其中，n为待测冒浆工段的测试次数，Itest-i为第i次测试时敏感指标的幅值。
3.如权利要求1所述的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，其特征在于：当且仅当Gstep＜0.8时，才进行步骤4)。
4.如权利要求1所述的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，其特征在于：还包括获得拟评定路基段的工程设计资料。
5.如权利要求4所述的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，其特征在于：所述工程设计资料包括无砟轨道结构类型、线上防水封闭层服役性能、历次冒浆病害特征分布及统计和检修报告、轨检车检测值及评估结果。
6.如权利要求1所述的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，其特征在于：还包括生成冒浆病害等级评定报告，包括无砟轨道结构类型及路基段里程桩号、当地气候条件、检测时间、检测周期、测试列车时速、实测动力响应指标的时程曲线、敏感指标、底座板伸缩缝完整性情况、底座板与路基封闭层接缝处完整性情况、Imax、以及等级评定结果。
7.如权利要求1所述的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，其特征在于：所述深度检查包括定性检查和定量检查；所述定性检查包括底座板伸缩缝裂缝类型、位置、程度及照片，底座板与路基封闭层接缝位置处裂缝类型、位置、程度及病害照片，底座板吊空程度及照片，冒浆分布形态特征检查及照片，底座板有无肉眼可见吊空；所述定量检查包括底座板伸缩缝裂缝测量、冒浆几何分布特征测量、底座板与路基封闭层侧缝测量，底座板吊空高度测量。
8.如权利要求1所述的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，其特征在于：步骤1)和步骤3)中列车的行驶速度≥200km/h。

说明书全文

评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高速铁路无砟轨道路基病害检测技术领域，具体而言，涉及评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法。

背景技术

[0002] 中国所营运的高速铁路中，超过70％的里程采用了无砟轨道结构。无砟轨道路基是承载轨道和列车荷载的基础，是在复杂条件下工作的土工建筑物，受到地质、水、降雨、气候、列车反复动载的作用、侵袭和影响，容易产生路基病害。投入运营以来，在部分特殊气候与地质条件的高速路基病害已逐步显现。

[0003] 高速铁路无砟轨道路基空间多层结构体系中，自上而下依次由钢轨、扣件系统、轨道板、底座板、路基组成。为防止地表水入渗路基内部，于底座板两侧基床表面设置路基封闭层。在该多层结构体系中，无砟轨道刚性结构与基床散粒体柔性介质接触层较为薄弱，工作环境复杂，在高周频列车动荷载和水等工程因素的长期作用下，级配碎石微结构损伤恶化导致无砟轨道基床接触状态劣化。路基是由散粒体土石材料填筑而成的土工结构物，在复杂多变的自然环境中受高速列车动荷载等不利因素影响，处于温度场、渗流场、应力场等多场耦合、交互影响中，局部地段无砟轨道路基服役状态可能发生劣化，产生病害。无砟轨道路基冒浆是高速铁路新近发现的特殊病害形式。

[0004] 无砟轨道路基冒浆改变了无砟轨道的支承条件及传力路径，引起纵向上基础刚度不均匀，成为车-线系统振动的激扰源，加剧列车对无砟轨道路基的动力破坏作用。并且改变了级配碎石组构特征及底座板-基床表层的接触状态，使得路基刚度下降，引起无砟轨道结构体系垂向刚度不匹配，严重影响列车运行的舒适性和安全性。无砟轨道路基冒浆从发生到发展恶化，不同等级、不同阶段下对无砟轨道路基结构的动力性能以及列车的安全运营影响不同；从病害特征角度分析，基床轻微冒浆导致底座板与基床表层微观非线性接触；基床严重冒浆，底座板-基床表层局部接触失效；继续恶化，最终出现底座板吊空病害。基床冒浆不同程度下，病害的表现形式不同，对应的整治材料、工艺及设备也大不相同，所以，迫切的需要提出一种无砟轨道路基冒浆危害等级评定方法，形成冒浆危害等级评定体系，用以指导无砟轨道路基冒浆病害的评估和整治。

[0005] 目前无砟轨道路基冒浆机理尚未形成统一认识，冒浆病害严重程度也缺乏等级评定方法，尚未形成相关标准。此问题不能及时解决，将导致实践中无砟轨道路基冒浆病害的评估和整治缺乏科学决策依据。

发明内容

[0006] 本发明的主要目的在于提供评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，以解决现有技术中无砟轨道路基冒浆病害的评估和整治缺乏科学决策依据的问题。

[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法。该评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法包括以下步骤：

[0008] 1)选取任一无砟轨道路基冒浆工段，确定评价指标，通过测量和计算评价指标的敏感度因子

[0009] 所述评价指标为无砟轨道路基结构层的动力响应参数，所述结构层为基床、底座板、轨道板和路基封闭层中任意几种，所述动力响应参数为振动加速度、振动速度和振动位移中的任意几种；

[0010] 其中，Sm为敏感度因子，D0为列车行驶时未冒浆工段的评价指标幅值，D1为列车行驶时冒浆工段的评价指标幅值；D0和D1在同一列车行驶速度下测试得到；

[0011] 2)确定敏感指标

[0012] 选取具有最大|Sm|的评价指标为敏感指标；

[0013] 3)建立冒浆等级评定模型并计算所有冒浆工段的冒浆等级

[0014] 其中，Imax为敏感指标在冒浆最严重工段的允许极值，为敏感指标在未冒浆工段的幅值，为敏感指标在待测冒浆工段的幅值；
Imax、和在同一列车行驶速度下测试得到；

[0015] 4)对Gstep＜1的冒浆工段进行深度检查。

[0016] 本发明中，敏感度因子Sm正负号可表示冒浆后动力响应参数值增大或减少，敏感度因子S绝对值越大表明该动力响应参数对基床冒浆病害越敏感，因此选择Sm绝对值最大的评价指标确定为基床冒浆病害评估敏感指标。当Gstep＝1时，说明基床不冒浆；当Gstep＜1时，优选将冒浆等级分为轻微冒浆、严重冒浆和脱空阶段这三个评定等级，具体为：

[0017] A、轻微冒浆，取值范围为1＞Gstep≥0.8；

[0018] B、严重冒浆，取值范围为0.8＞Gstep≥0.3；

[0019] C、脱空阶段，取值范围为0.3＞Gstep≥0.1。

[0020] 无砟轨道基床冒浆改变了底座板-基床表层的接触状态，引起无砟轨道路基刚柔接触层层间动力性能蜕化，复杂的界面效应导致路基服役性能伤损与劣化，形成线路纵向不平顺，对车辆、轨道、路基系统产生额外激振效应，直接影响无砟轨道路基结构的耐久性和列车的走行性。本发明通过选取拟评定路基段的中的任一冒浆工段来测量、计算和确定敏感指标，并在其它冒浆工段仅通过测量敏感指标大小来确定冒浆等级，从而对冒浆危害等级进行量化评定，结合现场深度勘察进行定性评定，形成冒浆病害等级评定体系，为铁路运营部门关于无砟轨道路基冒浆病害的评估和整治提供科学依据，而且该方法的工作量小，便于实施。

[0021] 进一步地，所述通过如下公式计算：其中，n为待测冒浆工段的测试次数，Itest-i为第i次测试时敏感指标的幅值。由此，提升的准确性。

[0022] 进一步地，当且仅当Gstep＜0.8时，才进行步骤4)。

[0023] 进一步地，还包括获得拟评定路基段的工程设计资料。

[0024] 进一步地，所述工程设计资料包括无砟轨道结构类型、线上防水封闭层服役性能、历次冒浆病害特征分布及统计和检修报告、轨检车检测值及评估结果。

[0025] 进一步地，还包括生成冒浆病害等级评定报告，包括无砟轨道结构类型及路基段里程桩号、当地气候条件、检测时间、检测周期、测试列车时速、实测动力响应指标的时程曲线、敏感指标、底座板伸缩缝完整性情况、底座板与路基封闭层接缝处完整性情况、Imax、以及等级评定结果。

[0026] 进一步地，所述深度检查包括定性检查和定量检查；所述定性检查包括底座板伸缩缝裂缝类型、位置、程度及照片，底座板与路基封闭层接缝位置处裂缝类型、位置、程度及病害照片，底座板吊空程度及照片，冒浆分布形态特征检查及照片，底座板有无肉眼可见吊空；所述定量检查包括底座板伸缩缝裂缝测量、冒浆几何分布特征测量、底座板与路基封闭层侧缝测量，底座板吊空高度测量。

[0027] 进一步地，步骤1)和步骤3)中列车的行驶速度≥200km/h。由此，所测得的数据更具有指导意义。

[0028] 可见，本发明的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法的实用性强，由该方法建立的冒浆病害等级评定体系可以为铁路运营部门关于无砟轨道路基冒浆病害的评估和整治提供科学依据，具有长远的意义。

[0029] 下面通过具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

[0030] 下面对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

[0031] 本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

[0032] 此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0033] 关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0034] 实施例1

[0035] 评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法，包括以下步骤：

[0036] 1)获得拟评定路基段的工程设计资料，包括无砟轨道结构类型、线上防水封闭层服役性能、历次冒浆病害特征分布及统计和检修报告、轨检车检测值及评估结果。

[0037] 2)选取任一无砟轨道路基冒浆工段，确定评价指标，通过测量和计算评价指标的敏感度因子

[0038] 所述评价指标为无砟轨道路基结构层的动力响应参数，所述结构层为基床、底座板、轨道板和路基封闭层中任意几种，所述动力响应参数为振动加速度、振动速度和振动位移中的任意几种；

[0039] 其中，Sm为敏感度因子，D0为列车行驶时未冒浆工段的评价指标幅值，D1为列车行驶时冒浆工段的评价指标幅值；D0和D1均在250km/h的列车行驶速度下测试得到；

[0040] 根据上述公式，获得的各评价指标的敏感度因子数值见表1。

[0041] 表1为各评价指标的敏感度因子数值。

[0042]评价指标敏感度因子Sm
底座板振动加速度 1.38
底座板振动速度 3.18
底座板振动位移 5.14
轨道板振动加速度 1.22
轨道板振动速度 3.12
轨道板振动位移 5.11
路基封闭层振动加速度 2.11
路基封闭层振动速度 3.05
路基封闭层振动位移 5.01
基床振动加速度 -0.61
基床振动速度 -0.79
基床振动位移 -0.92

[0043] 3)确定敏感指标.

[0044] 从表1可以看出，底座板振动位移具有最大|Sm|值，因此确定底座板振动位移为敏感指标；

[0045] 4)建立冒浆等级评定模型并计算所有冒浆工段的冒浆等级

[0046] 其中，Imax为底座板振动位移在冒浆最严重工段的允许极值，为底座板振动位移在未冒浆工段的幅值，为底座板振动位移在待测冒浆工段的幅值；其中，其中，n＝3，Itest-i为第i次测试时敏感指标的幅值；Imax、和均在250km/h的列车行驶速度下测试得到。

[0047] 5)对Gstep＜1的冒浆工段进行深度检查，具体为定性检查和定量检查；所述定性检查包括底座板伸缩缝裂缝类型、位置、程度及照片，底座板与路基封闭层接缝位置处裂缝类型、位置、程度及病害照片，底座板吊空程度及照片，冒浆分布形态特征检查及照片，底座板有无肉眼可见吊空；所述定量检查包括底座板伸缩缝裂缝测量(裂缝的宽度、深度及数量)、冒浆几何分布特征测量(浆液分布范围及堆积厚度)、底座板与路基封闭层侧缝测量(侧缝的宽度、长度)，底座板吊空高度测量。其中，伸缩缝裂缝类型主要指裂缝的严重程度，如伸缩缝填充材料开裂形成贯通裂缝，但保持整体性；存在多条贯穿裂缝，整体性较差；伸缩缝填充材料完全碎块花、与底座板脱离。敏感指标中结构层与路基封闭层接缝位置处裂缝类型主要指侧缝宽度，侧缝较为规则，宽度小于2mm，沿线路纵向间断分布于伸缩缝附近；侧缝宽度大于2mm，呈不规则分布，肉眼可见路基封闭层脱离底座板；侧缝宽度大于10mm，肉眼可见级配碎石表露环境中，严重者，可见底座板吊空。

[0048] 6)生成冒浆病害等级评定报告，包括无砟轨道结构类型及路基段里程桩号、当地气候条件、检测时间、检测周期、测试列车时速、实测动力响应指标的时程曲线、敏感指标、底座板伸缩缝完整性情况、底座板与路基封闭层接缝处完整性情况、Imax、以及等级评定结果。

[0049] 实施例2

[0050] 与实施例1相比，本实施例的评定无砟轨道路基冒浆危害等级的方法具有的区别是步骤5)，具体为：仅对Gstep＜0.8的冒浆工段进行深度检查。

[0051] 以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

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