基于改进型灰色理论模型的山区高速铁路路基沉降变形分析-王明慧.pdf
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1、第61卷第12期2017年12月铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGNV016lDecNo122017文章编号:10042954(2017)12000505基于改进型灰色理论模型的山区高速铁路路基沉降变形分析王明慧1,王作钰2,高玉明2,张 桥1(1渝万铁路有限责任公司,重庆400014;2中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063)摘 要:线下工程工后沉降变形分析评估是高速铁路轨道工程铺设的必要条件和关键工序之一。以重庆至万州铁路为例,在有砟轨道铁路施工过程中,引入改进型灰色预测模型NpGM(1,1)和UQGM(1,1)进行沉降变形分析,相比于传统的预测方法,两种改
2、进型的灰色预测模型在预报的稳定性和相关性上有显著提升。对于考虑到的9个测点,改进型灰色预测模型得到的相关性均大于097,明显优于传统模型(相关系数为08左右,个别站点超过O9);改进型模型得到的S(t)S(m)均接近或者等于l,显著高于传统模型。结果适用于西南山区高速铁路沉降变形评估预报,可以为类似区域的铁路路基沉降预测提供参考。关键词:改进型灰色预测模型;有砟轨道;高速铁路;路基;沉降变形;评估中图分类号:u2131 文献标识码:A DOI:1013238jissn10042954201712002Analysis of Settlement and Deformation of Mount
3、ain Railway SubgradeBased on Improved Grey Prediction ModelWANG Minghuil,WANG Zuoyu2,GAO Yumin92,ZHANG Qia01(1Chongqing-Wanzhou Railway Co,Ltd,Chongqing 400014,China;2ChinaRailway Siyuan Survey and Design Group Co,Ltd,Wuhan 430063,China)Abstract:Settlement analysis is one of the key processes and ne
4、cessary requirements in ballast trackconstructionThis paper takes Chongqing-Wanzhou Railway as an example,and employs improved greyprediction models of NpGM(1,1)and UQGM(1,1)to analyze settlement and deformation duringballast track constructionThe two models have more stable and correlative predicti
5、on compared with thatof the traditional methodFor the nine test points,NpGM(1,1)and UQGM(1,1)obtain thecorrelation value bigger than 097,which is significantly better than the value obtained by the traditionalmethod(around 08,and bigger than 09 for only a few test points);the S(t)S()values obtainedb
6、v the improved models are close or equal to 10,which is much larger than the traditional modelTheresults show that the improved models are applicable in the prediction of south-west mountain railways收稿日期:20161206;修回日期:20170224基金项目:中铁第四勘察设计院集团有限公司科技研究计划项目(2015K117)作者简介:王明慧(1964一),男,教授级高级工程师,博士,研究方向:交
7、通运输规划与管理、高速铁路建设管理。settlement and deformation and may providereferences for deformation prediction of similarmountain railway subgradeKey words:Improved grey prediction model;一_-IiI-_-、_|l-Jhr一-目h-H_“H“。“u。“。目”。”“”4“。4 韩晓雷,马晨光,崔广芹生石灰加固既有建筑物湿陷性黄土地基 1995,16(1):9297-567试验研究及工程应用J工程勘察,2011(7):3236许俊民,张晓梅
8、生石灰桩加固地基的应用与实践J山西建筑,2003,29(6):4546张国华生石灰桩加固地基计算方法初探J路基工程,1996(5):2426陈善雄石灰桩加固软弱地基的若于问题简述J岩土力学,8 汪稔,陈善雄用石灰桩加固软弱地基J岩土力学,1994,15(3):19259 米海珍,高春生石灰膨胀特性的试验研究J岩土力学,2010,31(4):1253126810中华人民共和国铁道部TB 10102-2010铁路工程土工试验规程S北京:中国铁道出版社,2011万方数据6 铁道标准设计 第61卷Ballast track;High-speed railway;Subgrade;Settlement
9、and deformation;Assessment1 概述中国高速铁路发展持续迅猛,中长期铁路网规划将实现“八纵八横”高铁建设计划,我国高速铁路轨道型式包括无砟轨道和有砟轨道。有砟轨道高速铁路不仅对于地区地质、岩土、水文等有着特殊要求,还对于技术发展提出了新的要求。从工程实际出发,以重庆至万州铁路(简称“渝万铁路”)为例,通过长时间的数据收集,对线下工程沉降变形分析,判断是否具备有砟轨道铺设条件。在沉降监测数据获取、分析和评估几个方面进行研究,引入改进型的灰色预测模型而非常见的有限元法和普通的预测模型,力争研究成果有助于以后的西南山区有砟轨道高速铁路线下工程沉降变形分析和评估工作”。1。2
10、沉降变形评估要求以及原理21 观测点布置及观测频次有砟轨道路基沉降变形观测按照路基施工图观测断面设置的要求布设,路基沉降观测以路基面和地基沉降观测为主。路基填筑完成后应有至少观测6个月的观测和调整期,观测频率第1个月每7 d 1次,第2至3月每15 d 1次,第3个月后每月1次。沉降观测断面的间距一般不大于50 m,可根据地基条件进行调整。观测时间、频次满足有砟轨道铺设条件后,评估单位对该区段开展沉降变形评估分析工作。22沉降预测要求目前有砟轨道沉降预测主要根据现行规范客运专线铁路变形观测评估技术手册采用曲线回归法进行(客运专线铁路工程测量与高精确度的轨道建设。”。;客运专线铁路无砟轨道铺设条
11、件评估技术指南),并满足以下要求。路基填筑完成后,变形观测一般不少于3个月的实际观测数据,可对能否上砟铺轨进行初次评估,确定沉降变形趋势,曲线回归的相关系数不应低于092。观测数据不足或工后沉降评估不能满足要求时,应适当延长观测期。当沉降同时满足以下条件时,可以判定工后沉降满足有砟轨道铺设条件。(1)沉降曲线趋于收敛,最后几次观测数据未出现连续下沉现象。(2)预测的路基填筑完成(含预压土)工后沉降值不大于100 mm,年沉降速率应小于30 mm年。过渡段路基工后沉降量不应大于50 mm。(3)沉降预测的可靠性应经过验证,间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值不应大于8 mm。(4)路基填筑完
12、成或堆载预压后,最终的沉降预测时间应满足下列条件S(t)S(t=oo)75 (1)式中,S(t)为预测时的沉降观测值;S(t=oo)为预测的最终沉降值。23 改进型的灰色预测模型UQGM(1,1)和NpGM(1。1)基于灰色系统GM(1,1)模型不尽合理,因此引入了自适应加权灰色系统UQGM(1,1)81和基于新信息优先原理的NpGM(1,1)一。UQGM(1,1)相比于传统的GM(1,1),优势在于考虑了背景值的权重系数和时间因素。NpGM(1,1)相比于传统的GM(1,1),则是充分考虑原始信息,在数据处理中,对原始数据累加生成新的序列,在此基础上进行预报,它体现了新信息优先的原理,同时也
13、符合最少信息原理1。UQGM(1,1)相比于传统GM(1,1)存在的缺陷,引入了背景值的权重系数肛,新的背景值为:(k)=zxx(k)+(1一z)XX(k一1),其中x1(k)为原始数据序列。肛的确定可以设置一个采用自适应寻优的方法,以解决UQGM(1,1)模型背景值权重系数的取值问题日圳。对于时间因素的考虑,则是通过取现在时刻t。与已有时间序列中的最大分量ti的时间间隔代表依次累加序列距现在时刻的时间距离,在采用一种函数生成权值矩阵,以解决时间因素的问题。对于充分考虑原始信息的NpGM(1,1)模型,有以下计算流程。(1)设有原始数据序列戈o=xo(1),戈o(2),zo(It) (2)(2
14、)对该数据序列做一次累加生成序列有算”=石(1),并1(2),戈1(n) (3)式中,石1(k)=菇(i),k=1,2,n。(3)确定数据矩阵B、yB:一z(2) 一z(3) 一z(n1 (4)L 1 1 l JY=戈o(2),zo(3),茗o(n)7; (5)(4)求参数口、b旧:三:(曰r曰)一-BrY (6)L b J(5)确定微分方程的时间函数万方数据第12期 王明慧,王作钰,高玉明,等一基于改进型灰色理论模型的山区高速铁路路基沉降变形分析 7曼(后)=戈1(n)一旦e叫h+旦,J|E N+(7)(6)求原始数据序列还原值(1)=拟1) (8)【互o(矗+1)=未1(后+1)一未1(1
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