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高速铁路作为现代化铁路的重要标志,充分展示了铁路科学技术的发展成果,引领了世界铁路运输的发展方向。2004年1月,我国《中长期铁路网规划》出台,相继建成了京津城际铁路、沪宁高速铁路、沪杭高速铁路、京沪高速铁路等一批具有世界一流水平的高速铁路,标志着我国高速铁路进入了一个发展的高潮期。相比传统的有砟轨道系统,无砟轨道具有耐久性好、平顺性高、路面干净美观、维修工作量显著降低、轨道系统更加稳定等优点,为列车的高速运行提供了基础保障,因此我国新建的高速铁路均采用无砟轨道技术。但无砟轨道对基础结构的沉降非常敏感,高速铁路运营期间,基础结构的沉降引起的轨道变形只能通过无砟轨道的扣件系统调节,由于无砟轨道扣件系统的调节量非常有限,所以必须严格限制无砟轨道线下构筑物的工后沉降量。
高速铁路沉降变形观测外业数据采集测点多,内业数据量大;电子水准仪数据格式多样、内业数据处理繁琐;监测点数据的管理与工后沉降的分析预测目前尚处于探索阶段,现有的软件系统还存在许多不足。随着大量高速铁路项目的开工建设,研发一套与现行规范相适应的高速铁路沉降观测数据处理与分析预测软件有着重要的意义。本文依托京沪高速铁路沉降观测项目和沪宁高速铁路的沉降评估项目,依据高速铁路沉降观测规范和《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》(以下简称《评估指南》)中的相关规定,在系统研究了高速铁路沉降观测数据处理方法和分析预测理论的基础上,主要完成以下工作:
1、全面分析研究了天宝、徕卡电子水准仪的数据格式,利用C#语言实现了电子水准仪数据解析算法,该算法是根据高速铁路沉降观测规范编写,完全符合沉降观测的数据采集路线、参数设置方式;
2、根据研究的各种构筑物的观测线路的特点,研究了与之相适应的附和路线闭合环和独立环的搜索方法,提出了根据“邻接点”搜索最短路径的算法,并用C#语言实现了闭合环搜索和闭合差计算功能;
3、根据沉降数据特点,使用C#语言实现了沉降监测点高程网平差和监测点观测成果报告自动生成等功能;
4、阐述了海量监测点的组织方式,并根据监测点的组织方式和监测点与观测断面的关系,结合Access数据库,建立了高速铁路沉降监测点成果数据库;
5、依据沉降监测点成果数据库,分别研究了沉降计算的方法、海量监测点的检索和查询机制、沉降数据和沉降-时间、沉降-速率曲线图的可视化;
6、研究了规范双曲线、修正双曲线、三点法、指数曲线法、Asaoka法,灰色GM(1,1)模型等六种工后沉降预测模型的特点,并使用C#语言实现其模型预测功能;
7、基于上述研究,编写集成了《高速铁路沉降观测数据处理与分析预测系统》软件。
《高速铁路沉降观测数据处理与分析预测系统》软件具有与现行高速铁路沉降观测规范完全吻合的数据处理功能,可以和主流的电子水准仪(天宝、徕卡系列电子水准仪)数据实现无缝对接;数据处理界面简洁,操作简单,提高了内业数据处理的效率;数据库可以高效的管理监测点成果,统计、查询界面友好,功能强大;数据预测分析采用多种模型预测比较,提高了工后沉降量预测结果的可靠性。《高速铁路沉降观测数据处理与分析预测系统》软件对高速铁路沉降观测数据处理、成果管理和分析预测作用重大,对沉降观测数据处理与评估的研究具有重要的参考价值。