CN107761478B - 高铁桥梁沉降超限区段轨面高程调整量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路桥梁沉降超限区段内轨面高程调整量的计算方法，其综合考虑了高铁桥梁沉降超限区段的线路线形和差异沉降、折角等规范指标限制要求，建立轨面高程调整效果的目标控制函数，在修复措施可调整量限制范围内，搜索计算能最大限度提高轨道平顺性的轨面高程调整量，该方法包括以下步骤：S1、获取沉降超限区段工程信息；S2、设定轨面高程调整效果要求；S3、设定修复措施的可调整限值；S4、构建轨道调整效果目标函数；S5、搜索计算最优调整量方案。本发明通过在可调整范围内搜索计算，实现了满足规范指标限制条件的同时，最大限度的提升线路平顺性，可广泛用于高铁桥梁沉降超限区段轨面高程调整量的计算。

Description

高铁桥梁沉降超限区段轨面高程调整量计算方法

技术领域

本发明涉及一种高速铁路桥梁沉降超限区段轨面高程调整量的计算方法，属于高速铁路桥梁沉降超限治理领域。

背景技术

受区域地面沉降、沿线施工降水、堆载等因素的影响，部分高铁桥梁区段的轨道沉降超出了设计规范限制范围，严重影响高速铁路的快速、平稳、安全运营，因此需要综合采取调整桥梁支座、轨道板和扣件等措施治理沉降超限区段，以恢复高速铁路的正常运营。由于当前各项措施可实现的调整量均是有限的，沉降严重的桥梁区段无法恢复至初始设计高程，因此需要综合考虑整个区段的线形计算合理的轨面高程调整量，在满足设计和维修规范中差异沉降、折角等关键指标要求的前提下最大限度地恢复轨道的平顺性。

目前工程中主要根据经验逐个桥墩确定桥梁支座处的轨面高程调整量，没有固定的调整标准，需要人工反复进行修正和校核，工作效率较低，而且无法综合考虑整个区段的线路线形，不适用于大范围沉降超限区内的轨面高程调整量计算。

发明内容

针对高速铁路桥梁沉降超限区轨面高程调整问题，为解决目前依靠经验逐个桥墩人工调整方法的局限性，本发明提供了一种能够综合考虑整个区段的线路线形和差异沉降、折角等规范指标限制要求，在修复措施可调整量限制范围内，最大限度地提高轨道平顺性的轨面高程调整量计算方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种高速铁路桥梁沉降超限区段内轨面高程调整量的计算方法，包括以下步骤：

S1、获取沉降超限区段的工程信息：确定沉降超限区段所需调整桥墩的编号和数量n，获取各所需调整点处轨道的里程l_i及轨面高程h_i，其中：i＝1,2,…,n；获取调整区起始侧过渡点处轨道的里程l_s、轨面高程h_s以及起始侧相邻线路坡度k_s；获取调整区终止侧过渡点处轨道的里程l_e、轨面高程h_e以及终止侧相邻线路坡度k_e；

S2、设定轨面高程调整效果要求：根据设计规范或相关规定，结合高铁工程实际状况，设定轨面高程调整效果限制条件，包括最大差异沉降量δ_m和最大转角值θ_m；

S3、设定修复措施的可调整限值：根据拟采取的工程调整措施，设定各所需调整点处的向上最大可调整量δ_ui和向下最大可调整量δ_di，其中：i＝1,2,…,n；

S4、构建轨道调整效果目标函数：根据各调整点平顺性需求程度，设定各所需调整点处的权重系数ω_i，设定调整区起始侧和终止侧过渡点的权重系数为ω_s和ω_e，根据步骤S1中获取的工程信息，构建目标函数：

式中：

s＝{s₁,s₂,…,s_n}，为轨面高程调整量向量；

Δθ_s为调整区起始侧过渡点处的转角值，

Δθ_e为调整区终止侧过渡点处的转角值，

Δθ_i为各所需调整点处的转角值，

为调整后第i调整点的轨面高程，i＝1,2,…,n；

l_i为第i调整点的里程，i＝1,2,…,n；

S5、搜索计算最优调整量方案：根据步骤S2中的调整效果要求和步骤S3中的可调整量限制值，形成调整量方案的约束限制空间；根据步骤S4中的目标函数，在所述约束限制空间内搜索最优调整量方案，若无法得到可行方案，则返回S2或S3，调整限制效果要求或扩大可调整范围，若获得可行方案，则完成调整量计算。

其中，步骤S5所述的形成调整量方案的约束限制空间包括：

①最大差异沉降量限制，

式中，

②最大转角值限制，

式中，

③调整量限制，

式中，

步骤S5所述的在约束限制空间内搜索最优调整量方案包括以下步骤：

①搜索初始可行调整量方案s(⁰)，若不存在初始可行方案，则返回步骤S2或S3，调整限制效果要求或扩大可调整范围，若存在初始可行方案，则执行步骤②；

②基于障碍法，结合所述目标函数和约束限制条件构造修正目标函数：

式中，r为构造参数；

③采用序列无约束极小化技术，针对一系列逐渐减小的r值，采用Newton法联合回溯直线搜索法求解修正目标函数的最优解，获得最优调整量方案。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明综合考虑了整个区段的线路线形要求、设计规范指标限制和调整措施可调整范围限制，构建了沉降超限区段内轨面高程调整量的计算方法，实现了在可调整范围内满足规范指标限制条件的同时，最大限度地提升线路的平顺性。本方法可广泛用于高铁桥梁沉降超限区段轨面高程调整量的计算。

附图说明

图1为本发明的高铁桥梁沉降超限区段轨面高程调整量计算方法的流程图；

图2为高铁桥梁沉降超限区段示意图。

图中：

1、起始侧过渡点 2、第1个调整点 3、第i-1个调整点

4、第i个调整点 5、第i+1个调整点 6、第n个调整点

7、终止侧过渡点 8、起始侧过渡点处转角

9、第i个调整点处转角 10、终止侧过渡点处转角

11、起始侧相邻线路坡度 12、终止侧相邻线路坡度

具体实施方式

下面结合附图对本发明的高铁桥梁沉降超限区轨面高程调整量计算方法做进一步说明。图1为本发明的高铁桥梁沉降超限区段轨面高程调整量计算方法的流程图，该方法包括如下步骤：

S1、获取沉降超限区段工程信息；S2、设定轨面高程调整效果要求；S3、设定修复措施的可调整限值；S4、构建轨道调整效果目标函数；S5、搜索计算最优调整量方案。

具体实施方式如下：

S1、获取沉降超限区段工程信息：

首先，参见图2所示的高铁桥梁沉降超限区段示意图，图中1为起始侧过渡点，2为第1个调整点，3为第i-1个调整点，4为第i个调整点，5为第i+1个调整点，6为第n个调整点，7为终止侧过渡点，8为起始侧过渡点处转角，9为第i个调整点处转角，10为终止侧过渡点处转角，11为起始侧相邻线路坡度，12为终止侧相邻线路坡度。

获取沉降超限区段工程信息包括：确定沉降超限区段所需调整桥墩的编号和数量n，获取各所需调整点处轨道的里程l_i及轨面高程h_i，其中：i＝1,2,…,n；获取调整区起始侧过渡点处轨道的里程l_s、轨面高程h_s以及起始侧相邻线路坡度k_s；获取调整区终止侧过渡点处轨道的里程l_e、轨面高程h_e以及终止侧相邻线路坡度k_e；

S2、设定轨面高程调整效果要求：

根据设计规范或相关规定，结合高铁工程实际状况，设定轨面高程调整效果限制条件，包括最大差异沉降量δ_m和最大转角值θ_m；

S3、设定修复措施的可调整限值：

根据拟采取的工程调整措施，设定各调整点向上最大可调整量δ_ui和向下最大可调整量δ_di，i＝1,2,…,n；

S4、构建轨道调整效果目标函数：

根据各调整点平顺性需求程度，设定各调整点的权重系数ω_i，设定调整区起始侧和终止侧过渡点的权重系数为ω_s和ω_e，根据步骤S1中的工程信息，构建目标函数：

式中：

s＝{s₁,s₂,…,s_n}，为轨面高程调整量向量；

Δθ_s为调整区起始侧过渡点处的转角值，

Δθ_e为调整区终止侧过渡点处的转角值，

Δθ_i为各所需调整点处的转角值，

为调整后第i调整点的轨面高程，i＝1,2,…,n；

l_i为第i调整点的里程，i＝1,2,…,n；

S5、搜索计算最优调整量方案：

⑴根据步骤S2中的调整效果要求和步骤S3中的可调整量限制值，形成调整量方案约束限制空间，包括：

①最大差异沉降量限制，

式中，

②最大转角值限制，

式中，

③调整量限制，

式中，

⑵搜索初始可行调整量方案s(⁰)，

①建立初始可行方案的优化求解模型为：

τ(s,x)＝x

s.t.

式中，s＝{s₁,s₁,…,s_n}，为轨面高程调整量向量；x为优化变量。

②基于障碍法将模型转为无约束的修正目标函数为：

式中，k为构造参数；

③选取变量的初始值为s₀＝{0,0,…0}，设定参数k＝10，阻碍函数误差阈值迭代误差阈值ε₂＝10^-5；

④采用Newton法计算迭代方向采用回溯直线搜索法确定迭代步长t，更新计算点为{s,x}＝{s,x}+t·Δ{s,x}，若x≤0，则结束搜索，当前参数值即为初始可行调整量方案s(⁰)；

⑤计算当前迭代误差指标为，若λ²/2>ε₂，则重复步骤④，若λ²/2≤ε₂，则停止迭代，令k＝k/15，如果k>ε₁，则更新目标函数，以当前变量值为初始值，重复步骤④，如果k≤ε₁，则停止搜索，说明不存在可行调整方案，需返回步骤S2或S3，调整限制效果要求或扩大可调整范围；

⑶基于障碍法，联合目标函数和约束限制条件构造修正目标函数，

式中，r为构造参数；

⑷采用序列无约束极小化技术，针对一系列逐渐减小的r值，采用Newton法联合回溯直线搜索法求解修正目标函数的最优解，获得最优调整量方案。

①选取变量的初始值为s⁽⁰⁾，设定参数r＝10，阻碍函数误差阈值迭代误差阈值ε₂＝10^-5；

②采用Newton法计算迭代方向采用回溯直线搜索法确定迭代步长t，更新计算点为s＝s+t·Δs；

③计算当前迭代误差指标为，若λ²/2>ε₂，则重复步骤②，若λ²/2≤ε₂，则停止迭代，令r＝r/15，如果r>ε₁，则更新目标函数，以当前变量值s为初始值，重复步骤②，如果k≤ε₁，则结束搜索，当前变量值即为最优调整量方案。

Claims (3)

1.一种高速铁路桥梁沉降超限区段内轨面高程调整量的计算方法，包括以下步骤：

S1、获取沉降超限区段的工程信息：确定沉降超限区段所需调整桥墩的编号和数量n，获取各所需调整点处轨道的里程l_i及轨面高程h_i，其中：i＝1,2,…,n；获取调整区起始侧过渡点处轨道的里程l_s、轨面高程h_s以及起始侧相邻线路坡度k_s；获取调整区终止侧过渡点处轨道的里程l_e、轨面高程h_e以及终止侧相邻线路坡度k_e；

S2、设定轨面高程调整效果要求：根据设计规范或相关规定，结合高铁工程实际状况，设定轨面高程调整效果限制条件，包括最大差异沉降量δ_m和最大转角值θ_m；

S3、设定修复措施的可调整限值：根据拟采取的工程调整措施，设定各所需调整点处的向上最大可调整量δ_ui和向下最大可调整量δ_di，其中：i＝1,2,…,n；

S4、构建轨道调整效果目标函数：根据各调整点平顺性需求程度，设定各所需调整点处的权重系数ω_i，设定调整区起始侧和终止侧过渡点的权重系数为ω_s和ω_e，根据步骤S1中获取的工程信息，构建目标函数：

式中：

s＝{s₁,s₂,…,s_n}，为轨面高程调整量向量；

Δθ_s为调整区起始侧过渡点处的转角值，

Δθ_e为调整区终止侧过渡点处的转角值，

Δθ_i为各所需调整点处的转角值，

为调整后第i调整点的轨面高程，i＝1,2,…,n；

l_i为第i调整点的里程，i＝1,2,…,n；

S5、搜索计算最优调整量方案：根据步骤S2中的调整效果要求和步骤S3中的可调整量限制值，形成调整量方案的约束限制空间；根据步骤S4中的目标函数，在所述约束限制空间内搜索最优调整量方案，若无法得到可行方案，则返回S2或S3，调整限制效果要求或扩大可调整范围，若获得可行方案，则完成调整量计算。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：步骤S5所述的形成调整量方案的约束限制空间包括：

①最大差异沉降量限制，

式中，

②最大转角值限制，

式中，

③调整量限制，

式中，

3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：步骤S5所述的在约束限制空间内搜索最优调整量方案包括以下步骤：

①搜索初始可行调整量方案s⁽⁰⁾，若不存在初始可行方案，则返回步骤S2或S3，调整限制效果要求或扩大可调整范围，若存在初始可行方案，则执行步骤②；

②基于障碍法，结合所述目标函数和约束限制条件构造修正目标函数：

式中，r为构造参数；

③采用序列无约束极小化技术，针对一系列逐渐减小的r值，采用Newton法联合回溯直线搜索法求解修正目标函数的最优解，获得最优调整量方案。