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原文传递武广高速铁路轨道状态演变规律研究

论文题名：	武广高速铁路轨道状态演变规律研究
关键词：	高铁轨道;状态评价;演变规律;智能运维
摘要：	随着铁路运营时间的增长，轨道状态发生变化，轨道病害逐渐浮现，会对行车安全、舒适性等产生影响。世界各国普遍采用轨道检查车或综合检测列车监控轨道状态变化，中国采用高速综合检测列车对高速铁路基础设施进行定期检测。武广高铁自开通至今已经运营满12年，积累了大量轨道状态数据。基于长期检测数据，开展武广高铁轨道状态分析、发展规律及预测方法研究，对指导高速铁路轨道智能运维有重要意义。本文针对武广高速铁路轨道状态评价和长期演变规律开展了深入研究，主要完成了如下内容：　　（1）通过轨道几何与车辆响应的相关系数分析、相干分析和传递分析，研究轨道几何与车辆响应相关性。　　路基区段车体横加与轨向的相干函数在60m波长附近峰值超过0.2；车体横加与水平的相干函数在100m波长附近峰值接近0.7，车体垂加与水平的相干函数100m波长附近峰值超过0.2；车体加速度与轨距几乎没有相关性；桥梁区段车体垂加与高低的相干函数在32m波长及其倍频位置存在超过0.6的峰值；车体垂加与高低相关系数较高；车体横加与轨向相关系数较高。　　（2）轨道状态评价指标研究。　　通过相关性分析，选定武广高速铁路轨道状态评价指标，包括：轨道几何局部峰值、轨距变化率、长波高低标准差、长波轨向标准差、TQI、车体横加峰值、车体垂加峰值、脱轨系数区段最大值、轮重减载率区段最大值、轮轴横向力区段最大值、车体横加标准差、车体垂加标准差。　　（3）武广高速铁路轨道状态综合评价方法。　　考虑轨道几何局部状态、轨道几何区段状态、车辆响应局部状态和车辆响应区段状态，提出武广高速铁路综合评价方法，利用专家经验法和线性分段扣分函数，通过整公里扣分实现量化分级，并进行模型验证。选取武广高铁实测数据进行评价，发现线路轨道几何局部状态、车辆响应局部状态和区段状态良好，轨道几何区段状态较差，较多区段扣分超过50分，主要是由桥梁徐变上拱导致的TQI超限造成，需尽快安排精调。　　（4）通过标准差分析、累计分布分析和谱分析，研究武广高速铁路轨道几何发展规律。　　路基和隧道区段轨距和轨向开通后至轨道精调前发展趋势比较平稳，高低和水平先呈现上升趋势，随后保持稳定；桥梁区段在线路开通后高低区段标准差开始出现上升趋势，开通5~6年后趋于稳定，精调后下降并没有进一步发展趋势，建议在线路开通5~6年进行轨道精调；轨距和轨向在线路开通后整体呈现平稳趋势，几乎不发展，水平在开通后先上升，之后保持稳定；各基础结构下精调后各项轨道几何参数标准差均出现显著降低。选用线性回归、滑动线性回归和LSTM模型预测不同基础下轨道几何区段状态发展规律，预测效果良好。　　（5）通过波形对比、标准差分析、谱分析、传递分析和相干分析，研究武广高速铁路车辆响应影响因素。　　轨道几何是影响车辆响应的最主要因素；检测速度对轨道几何的检测结果影响较小，对车辆响应的检测有较大影响，同车多次检测数据的传递函数变化较小，说明长期服役的车辆性能变化较小；不同类型的检测车的横加谱和垂加谱的谱峰位置、峰值大小和谱线高度均存在差异，相同车型的不同车的车辆响应检测数据具有较好的一致性；车轮镟修前后轨道几何变化较小，镟修后车体横向加速度局部异常情况明显有所改善；钢轨打磨对轨道几何的影响较小，对车辆响应的影响较大；检测方向对轨道几何影响不大，对车辆响应影响较大。　　（6）武广高速铁路车辆响应发展规律研究。　　不同基础、线形下的车体加速度具有相同的发展趋势，车体横加与横向轨道几何发展趋势一致；车体垂加与垂向轨道几何发展趋势一致；个别时期出现了较大波动，主要是检测车变化导致的。利用线性回归、滑动线性回归和LSTM模型预测同车车辆响应发展规律，预测效果良好。
作者：	陈茁
专业：	道路与铁道工程
导师：	刘秀波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2022