陳善雄,余 飛,劉紹波,韓 卓

(中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430071)

1 概述

鐵路客運(yùn)專線建設(shè)工程規(guī)模大、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、建設(shè)速度快,全線路基、橋涵和隧道的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)量巨大,數(shù)據(jù)處理量達(dá)百萬(wàn)級(jí),且要求施工建設(shè)過(guò)程中對(duì)線下工程沉降變形進(jìn)行快速準(zhǔn)確地評(píng)估,這就需要借助于專用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件進(jìn)行管理和分析。

目前,研究人員已開發(fā)了一批用于建筑地基、道路路基、隧道及大壩基礎(chǔ)沉降分析的軟件[1-6],但針對(duì)鐵路客運(yùn)專線工程特點(diǎn)及其沉降變形特征的管理分析軟件還未見報(bào)道。根據(jù)已建和在建的京津、武廣、鄭西等客運(yùn)專線的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,其線下工程沉降變形具有沉降變形量小(毫米級(jí))、數(shù)據(jù)波動(dòng)大的特點(diǎn),以往的沉降監(jiān)測(cè)分析軟件不能適應(yīng)和滿足鐵路客運(yùn)專線沉降評(píng)估的需求。由于我國(guó)長(zhǎng)大線路的鐵路客運(yùn)專線還處于初期建設(shè)階段,對(duì)客運(yùn)專線無(wú)砟軌道工后沉降分析評(píng)估沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn),更缺乏有針對(duì)性的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析預(yù)測(cè)軟件,有必要結(jié)合鐵路客運(yùn)專線工程特點(diǎn)、沉降變形特征以及評(píng)估工作需求,建立一套科學(xué)、系統(tǒng)的無(wú)砟軌道沉降變形觀測(cè)分析評(píng)估系統(tǒng),進(jìn)而對(duì)路基、橋涵、隧道、過(guò)渡段的沉降變形觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速可靠的分析評(píng)估,以確保無(wú)砟軌道安全順利地鋪設(shè)。另一方面,鐵路客運(yùn)專線沉降變形評(píng)估工作涉及到設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、評(píng)估和建設(shè)單位等多個(gè)部門,這就需要針對(duì)各部門的職責(zé)范圍和工作需求開發(fā)對(duì)應(yīng)的功能模塊,并設(shè)置權(quán)限范圍以實(shí)現(xiàn)各部門的協(xié)調(diào)工作。

針對(duì)我國(guó)鐵路客運(yùn)專線沉降變形評(píng)估工作的需求,嚴(yán)格按照《客運(yùn)專線鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》[7]的規(guī)定,開發(fā)建立了《鐵路客運(yùn)專線沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析預(yù)測(cè)集成系統(tǒng)》。該系統(tǒng)融合了沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)管理、沉降分析預(yù)測(cè)、區(qū)段沉降評(píng)估和全線監(jiān)控管理等多種功能,實(shí)現(xiàn)分級(jí)權(quán)限信息化管理,提供了豐富的可視化分析工具,系統(tǒng)功能齊全、界面友好、易于擴(kuò)展,并在武廣鐵路客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件的評(píng)估工作中得到了成功應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)高速鐵路線下工程沉降變形觀測(cè)與評(píng)估的內(nèi)容、特點(diǎn)和技術(shù)要求,分析評(píng)估軟件需具備以下功能。

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理和查詢功能

具有工程屬性信息和斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的快速導(dǎo)入、導(dǎo)出和編輯功能。采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)項(xiàng)目所有觀測(cè)斷面的屬性信息、觀測(cè)數(shù)據(jù)、分析圖形和預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行集中管理,并實(shí)現(xiàn)多條件組合查詢功能,并可以對(duì)沉降設(shè)計(jì)值和沉降觀測(cè)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 沉降分析功能

對(duì)沉降點(diǎn)和斷面進(jìn)行沉降過(guò)程、沉降速率分析,并以圖形顯示的方式,直觀地給出沉降過(guò)程線、沉降速率線、斷面沉降組合線、平均沉降過(guò)程線等分析圖形,有效提高沉降分析工作的效率。

2.3 沉降預(yù)測(cè)功能

能夠同時(shí)采用多種方法進(jìn)行任意時(shí)間點(diǎn)的對(duì)比預(yù)測(cè)分析,預(yù)測(cè)分析方法對(duì)于鐵路客運(yùn)專線沉降變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的適用性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2.4 區(qū)段工后沉降和縱向沉降差分析功能

繪制區(qū)段縱向沉降盆曲線,包括實(shí)際觀測(cè)沉降盆曲線、鋪軌期預(yù)測(cè)沉降盆曲線、最終沉降盆曲線,同時(shí)列出各個(gè)斷面的沉降差和折角。以圖形方式給出工后沉降沿線路縱向分布圖,為高速鐵路區(qū)段沉降變形評(píng)估工作提供直觀的分析成果。

2.5 數(shù)據(jù)報(bào)表和分析圖形的自動(dòng)生成功能

系統(tǒng)以統(tǒng)一格式自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表和分析圖形,實(shí)現(xiàn)反饋信息的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),有效提高評(píng)估報(bào)告撰寫的工作效率。

針對(duì)以上設(shè)計(jì)目標(biāo),以 Microsoft Windows 2003 Server為服務(wù)器系統(tǒng)平臺(tái)、Microsoft SQL Server 2000為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái),采用 Visual C++語(yǔ)言編程開發(fā)了對(duì)應(yīng)的功能模塊,并考慮到鐵路客運(yùn)專線沉降變形評(píng)估的工作流程,建立對(duì)應(yīng)的多層次分級(jí)權(quán)限管理模式,實(shí)現(xiàn)從變形觀測(cè)單位(施工)、數(shù)據(jù)復(fù)核單位(監(jiān)理)、分析評(píng)估單位和建設(shè)單位的分級(jí)管理,系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軟件系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟公司的 Microsoft SQLServer作為數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。根據(jù)高速鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測(cè)的工程管理層次,每一斷面沉降變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)屬性信息分為 4個(gè)層次。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)依照以上的工程管理層次建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息管理層次,如圖2所示,即標(biāo)段信息表、工程局信息表、斷面信息表、測(cè)點(diǎn)信息表。各個(gè)表之間呈樹形結(jié)構(gòu),可以通過(guò)所屬信息如標(biāo)段 ID、工程局 ID、斷面 ID、測(cè)點(diǎn) ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的功能為動(dòng)態(tài)建庫(kù)與數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能、信息組合查詢與修改功能、觀測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)用與統(tǒng)計(jì)功能、觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示、編輯與導(dǎo)出功能。

(1)動(dòng)態(tài)建庫(kù)與數(shù)據(jù)導(dǎo)入

圖2 鐵路客運(yùn)專線工程屬性信息結(jié)構(gòu)框圖

針對(duì)高速鐵路客運(yùn)專線工程管理的層次特征,數(shù)據(jù)庫(kù)主要利用各工程局的“工程屬性信息錄入表”文件進(jìn)行建庫(kù)。由于全線各工程局所轄觀測(cè)斷面類型、數(shù)量差異較大,系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)方式創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù),生成相應(yīng)的子表以及每個(gè)子表的各個(gè)字段,為數(shù)據(jù)信息的存放提供空間。用戶無(wú)需關(guān)心該數(shù)據(jù)庫(kù)是否存在,不用進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作,使得整個(gè)過(guò)程非常透明,方便用戶的使用。

數(shù)據(jù)導(dǎo)入主要實(shí)現(xiàn)將各工程局的“觀測(cè)數(shù)據(jù)錄入表”導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于數(shù)據(jù)文件量龐大,觀測(cè)斷面類型較多、觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄繁雜,給數(shù)據(jù)導(dǎo)入過(guò)程帶來(lái)一定的困難。本系統(tǒng)采用“代碼識(shí)別”和“集中導(dǎo)入”的方式,順序?qū)γ恳粋€(gè)“觀測(cè)數(shù)據(jù)錄入表”的斷面樁號(hào)進(jìn)行識(shí)別,并對(duì)其結(jié)構(gòu)類型(路基、涵洞、橋梁、隧道)予以區(qū)分,將數(shù)據(jù)信息存放在相應(yīng)的子表存儲(chǔ)空間內(nèi),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息快速、有序的導(dǎo)入。程序能夠自動(dòng)辨別不同結(jié)構(gòu)類型的的數(shù)據(jù)記錄文件,并且對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)及格式進(jìn)行檢查,提醒用戶對(duì)該文件進(jìn)行重新校驗(yàn)。

(2)信息組合查詢與修改功能

系統(tǒng)可以根據(jù)標(biāo)段名、工程局名、斷面樁號(hào)、結(jié)構(gòu)物名稱、斷面結(jié)構(gòu)類型、地基形式等進(jìn)行信息組合查詢,并以列表的形式顯示查詢結(jié)果。數(shù)據(jù)庫(kù)查詢的方式主要有兩種,一種是根據(jù)斷面樁號(hào)的范圍進(jìn)行查詢,另一種是根據(jù)結(jié)構(gòu)物名稱進(jìn)行查詢。根據(jù)斷面樁號(hào)進(jìn)行查詢時(shí),可以在所選樁號(hào)范圍內(nèi),通過(guò)附加“結(jié)構(gòu)特征”、“地基加固方式”等設(shè)定過(guò)濾條件,查詢符合過(guò)濾條件的所有斷面。

(3)觀測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)用與統(tǒng)計(jì)

用戶利用“查詢”功能查找出所需要的斷面后,系統(tǒng)將以列表的形式給出所查詢斷面的概況信息,由用戶判斷和確認(rèn)這些斷面是否可以用來(lái)分析。

當(dāng)表格中的信息符合用戶分析條件時(shí),將這些斷面、斷面所在標(biāo)段、斷面下面的觀測(cè)點(diǎn)、以及斷面觀測(cè)點(diǎn)的所有觀測(cè)記錄全部從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出,并在樹形控件中顯示這些信息。用戶可以在左邊的樹形控件中選擇合適的斷面、觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降分析、沉降預(yù)測(cè)等,如圖3所示。

圖3 觀測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)用

沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能可以查找出區(qū)段內(nèi)斷面沉降排名信息。統(tǒng)計(jì)沉降數(shù)據(jù)的方式有:斷面最大沉降設(shè)計(jì)值(從大到小)、斷面最小沉降設(shè)計(jì)值(從小到大)、斷面最大沉降觀測(cè)值(從大到小)、斷面最小沉降觀測(cè)值(從小到大),用戶可以根據(jù)需要選擇合適的查詢方式,查看關(guān)心的斷面屬性信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)。

(4)觀測(cè)數(shù)據(jù)的編輯、顯示與導(dǎo)出

當(dāng)用戶打開指定的數(shù)據(jù)(如某一斷面)時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)顯示出該斷面的所有沉降點(diǎn)的信息,如沉降量、施工狀態(tài)、填土高度等,并以表格的形式列出。用戶可以在表格中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、增加、刪除、插入等操作,即可以完成數(shù)據(jù)庫(kù)的同步更新。

本系統(tǒng)中采用了數(shù)據(jù)表格、曲線圖形兩種方式顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶選擇要查看的某個(gè)斷面或沉降點(diǎn)時(shí),軟件將自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息,并自動(dòng)繪制出該沉降點(diǎn)的沉降過(guò)程曲線、沉降速率曲線等,直觀地給出沉降變形的發(fā)展過(guò)程,如圖3所示。

本軟件系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)和 Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。用戶可以實(shí)現(xiàn) Excel文件的數(shù)據(jù)讀取和 Excel文件的保存。此外,對(duì)于一些格式不同的數(shù)據(jù),可以直接將 Excel表格數(shù)據(jù)剪切、復(fù)制、粘貼,使本系統(tǒng)和 Excel軟件完美交互。

為了方便用戶生成合適的報(bào)告,減少用戶的工作量,可以將表格數(shù)據(jù)和曲線圖片數(shù)據(jù)導(dǎo)出到 Word文件中,且可以將系統(tǒng)生成的一些曲線以圖片方式保存,方便用戶的查看和將來(lái)的使用。

數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的更新主要是指用戶修改了觀測(cè)點(diǎn)以及該觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)記錄時(shí),可以將修改后的數(shù)據(jù)重新寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中,實(shí)現(xiàn)更新數(shù)據(jù)庫(kù)的目的。

3.2 沉降分析與預(yù)測(cè)

(1)沉降分析

利用沉降分析模塊進(jìn)行沉降點(diǎn)沉降過(guò)程分析、沉降點(diǎn)沉降速率分析、斷面平均沉降分析、斷面差異沉降分析、斷面平均沉降速率分析,及時(shí)了解沉降變形的發(fā)展態(tài)勢(shì),并以圖形曲線的形式直觀地反映給管理者。如圖4、圖5所示。

圖4 斷面沉降過(guò)程組合線(3個(gè)路面觀測(cè)樁)

圖5 斷面沉降速率組合線(3個(gè)路面觀測(cè)樁)

(2)沉降預(yù)測(cè)

系統(tǒng)內(nèi)嵌了 5種工程上較為成熟并廣泛采用的沉降預(yù)測(cè)方法,包括雙曲線法、拓展雙曲線法、指數(shù)曲線法、三點(diǎn)法、Asaoka法。容許用戶同時(shí)采用多種方法對(duì)側(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè),如圖6所示,圖形顯示窗口同時(shí)給出了沉降過(guò)程線和多種預(yù)測(cè)方法的回歸擬合曲線,列表框同時(shí)給出了各種預(yù)測(cè)方法計(jì)算的最終沉降量、結(jié)構(gòu)層引起沉降量、運(yùn)營(yíng)結(jié)束時(shí)沉降量、工后沉降量以及回歸曲線的相關(guān)系數(shù),用戶可以很直觀地進(jìn)行比較分析,選擇與實(shí)際觀測(cè)沉降變形趨勢(shì)最吻合的預(yù)測(cè)曲線為最優(yōu)結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù),同時(shí)可以單獨(dú)將該測(cè)點(diǎn)預(yù)測(cè)成果、圖表輸出成 Word文檔。

圖6 沉降預(yù)測(cè)綜合比較窗口

3.3 區(qū)段縱向沉降差與工后沉降分析

根據(jù)觀測(cè)斷面沉降變形預(yù)測(cè)結(jié)果,進(jìn)行區(qū)段縱向差異沉降分析,用戶通過(guò)選擇起始斷面和結(jié)束斷面的樁號(hào),確定需要分析的區(qū)段范圍,系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行沉降預(yù)測(cè),并在圖形窗口中顯示分析區(qū)段內(nèi)縱向沉降變形曲線。系統(tǒng)容許用戶根據(jù)需要輸入任意時(shí)間點(diǎn),如預(yù)鋪軌時(shí)間、運(yùn)營(yíng) 1年的時(shí)間,通過(guò)不同鋪軌時(shí)間點(diǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析,確定合理的鋪軌時(shí)間。系統(tǒng)給出分析區(qū)段內(nèi)各觀測(cè)斷面最終沉降量沿縱向的分布形態(tài);對(duì)于每個(gè)特征時(shí)間點(diǎn)縱向沉降變形曲線,系統(tǒng)以表格形式列出分析區(qū)段內(nèi)相鄰觀測(cè)斷面的沉降差和折角,以進(jìn)行區(qū)段差異沉降分析。

根據(jù)觀測(cè)斷面沉降變形預(yù)測(cè)結(jié)果,進(jìn)行區(qū)段工后沉降分析,系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的預(yù)鋪軌時(shí)間和運(yùn)營(yíng)完成的時(shí)間,繪制相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的區(qū)段沉降變形預(yù)測(cè)曲線。系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)完成后的預(yù)測(cè)沉降與預(yù)鋪軌時(shí)間點(diǎn)預(yù)測(cè)沉降的差值,并考慮軌道結(jié)構(gòu)自重引起的沉降,計(jì)算工后沉降。工后沉降的計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)限值同時(shí)繪制于同一張圖表中,以便分析比較。對(duì)于工后沉降超過(guò)設(shè)計(jì)限值的斷面,系統(tǒng)自動(dòng)形成記錄,并反映在最終報(bào)表中。系統(tǒng)根據(jù)工后沉降計(jì)算結(jié)果繪制區(qū)段工后沉降沿線路縱向分布圖。

3.4 分析預(yù)測(cè)結(jié)果檢查

當(dāng)用戶對(duì)區(qū)段內(nèi)某測(cè)點(diǎn)的分析預(yù)測(cè)結(jié)果有疑問(wèn)時(shí),可以利用“預(yù)測(cè)結(jié)果查詢”功能對(duì)預(yù)測(cè)分析計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查,如圖7所示。用戶選擇需要查詢的斷面樁號(hào)及測(cè)點(diǎn)位置后,圖形顯示窗口同時(shí)給出沉降 -荷載 -時(shí)間曲線、沉降預(yù)測(cè)曲線、各時(shí)間點(diǎn)沉降量、回歸相關(guān)系數(shù)等預(yù)測(cè)計(jì)算的全部信息。用戶可以利用該功能系統(tǒng)檢查區(qū)段內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)的分析結(jié)果。

3.5 數(shù)據(jù)報(bào)表和評(píng)估報(bào)告自動(dòng)生成

評(píng)估區(qū)段所有測(cè)點(diǎn)分析、預(yù)測(cè)和檢查完成后,用戶可以利用數(shù)據(jù)庫(kù) Word報(bào)表自動(dòng)生成功能,按統(tǒng)一的格式自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表和分析圖形,可以根據(jù)用戶需求生成以下幾種類型的報(bào)表。

圖7 預(yù)測(cè)結(jié)果查詢與檢查窗口

(1)工后沉降分析圖表

一次性生成的用戶所選區(qū)段內(nèi)所有斷面的工后沉降分析圖表,包含了沉降分析預(yù)測(cè)計(jì)算的過(guò)程數(shù)據(jù),是評(píng)估報(bào)告的重要組成部分。

(2)沉降分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

匯總列出了評(píng)估區(qū)段內(nèi)各工點(diǎn)的分析預(yù)測(cè)結(jié)果,明確的給出了評(píng)估指南要求的各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算值,有效提高了評(píng)估工作效率。具體包括路基涵洞沉降分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表、橋梁墩臺(tái)沉降分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表、隧道沉降分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表、徐變沉降分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表。

(3)過(guò)渡段沉降分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

匯總列出了評(píng)估區(qū)段內(nèi)過(guò)渡段的差異沉降、折角的分析結(jié)果,具體包括涵洞過(guò)渡段匯總統(tǒng)計(jì)表、橋梁過(guò)渡段匯總統(tǒng)計(jì)表、隧道過(guò)渡段匯總統(tǒng)計(jì)表。

(4)工后沉降沿線路縱斷面分布圖

軟件系統(tǒng)提供了工后沉降沿線路縱斷面分布圖的繪制功能,并實(shí)現(xiàn)了與設(shè)計(jì)圖紙的拼接。拼接后以圖形顯示方式給出了評(píng)估區(qū)段的地質(zhì)條件、地基加固方式、填挖情況、工后沉降、沉降差和評(píng)估狀態(tài)等關(guān)鍵信息,為區(qū)段綜合評(píng)估分析提供了直觀的分析成果,如圖8所示。

建設(shè)單位和工程管理部門可利用該系統(tǒng)對(duì)全線評(píng)估進(jìn)度和工后沉降進(jìn)行監(jiān)控,為管理中心快速查詢各工點(diǎn)沉降觀測(cè)評(píng)估結(jié)果,實(shí)時(shí)掌握可能存在工程安全問(wèn)題的路段,及時(shí)制定工程處置對(duì)策提供快速、高效的決策平臺(tái)。

4 系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定性和適應(yīng)性

集成系統(tǒng)中嵌入了 5種沉降預(yù)測(cè)方法,為了保證軟件預(yù)測(cè)分析的可靠性,需要對(duì)軟件系統(tǒng)誤差進(jìn)行檢驗(yàn)。采用 5種預(yù)測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)構(gòu)造出對(duì)應(yīng)的 5組沉降 時(shí)間數(shù)據(jù),通過(guò)比較軟件預(yù)測(cè)沉降值與標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)計(jì)算值,實(shí)際檢驗(yàn)軟件的系統(tǒng)誤差。表1為 5種預(yù)測(cè)方法測(cè)試的結(jié)果。

圖8 客運(yùn)專線沉降變形評(píng)估進(jìn)度與工后沉降監(jiān)控

表1 系統(tǒng)誤差統(tǒng)計(jì)(30年后)

綜合以上分析結(jié)果,拓展雙曲線法的系統(tǒng)誤差較小,Asoaka法的系統(tǒng)誤差相對(duì)較大,5種預(yù)測(cè)方法的系統(tǒng)絕對(duì)誤差范圍為 0.01～0.03mm,相對(duì)誤差范圍為0.1%～0.5%。從表1可以看出,系統(tǒng)誤差比鐵路客運(yùn)專線要求的測(cè)量誤差小一個(gè)數(shù)量級(jí),滿足精度要求。

目前,該軟件系統(tǒng)已成功應(yīng)用于武廣鐵路客運(yùn)專線的沉降變形評(píng)估工作,近 1000km的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)表明:

(1)95%以上的觀測(cè)斷面,采用本軟件系統(tǒng)均能進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,尤其對(duì)于數(shù)據(jù)相對(duì)波動(dòng)較大的斷面,總可以找到一種有效的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。部分不能進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的斷面,主要是由于觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯異常或觀測(cè)期太短造成的。

(2)采用本軟件進(jìn)行曲線回歸分析的相關(guān)系數(shù),能真實(shí)地反映回歸曲線與原始沉降觀測(cè)過(guò)程線的擬合程度,不同預(yù)測(cè)方法給出的相關(guān)系數(shù)存在一定的差異,整體比較而言,三點(diǎn)法和 Asoaka法的相關(guān)系數(shù)較高,擬合效果較好。

(3)軟件預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值整體上較接近,采用不同預(yù)測(cè)方法得到的預(yù)測(cè)沉降量存在一定的差異。整體比較而言,三點(diǎn)法的預(yù)測(cè)誤差較小,預(yù)測(cè)效果較好;Asoaka法預(yù)測(cè)誤差不穩(wěn)定,部分?jǐn)嗝娴念A(yù)測(cè)結(jié)果嚴(yán)重失真;拓展雙曲線法的數(shù)據(jù)適用性較強(qiáng),其預(yù)測(cè)誤差比三點(diǎn)法要大。

(4)軟件給出的最大沉降量和工后沉降量計(jì)算結(jié)果,符合沉降變形的整體趨勢(shì),準(zhǔn)確地反映了沉降變形的最終狀態(tài)。

綜合而言,本軟件系統(tǒng)對(duì)鐵路客運(yùn)專線沉降變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理過(guò)程穩(wěn)定,計(jì)算有效,具有較好的適用性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

針對(duì)鐵路客運(yùn)專線沉降變形分析評(píng)估的技術(shù)要求,開發(fā)建立的“鐵路客運(yùn)專線沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析預(yù)測(cè)集成系統(tǒng)”具備了沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)管理、沉降分析預(yù)測(cè)、區(qū)段沉降評(píng)估、數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)生成和全線監(jiān)控管理等綜合功能,在設(shè)定的權(quán)限范圍內(nèi),沉降觀測(cè)單位可對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)及其工程屬性信息的快速錄入、查詢、編輯、統(tǒng)計(jì)和校驗(yàn);評(píng)估單位可進(jìn)行沉降過(guò)程分析、沉降速率分析、多種預(yù)測(cè)方法的對(duì)比分析、預(yù)測(cè)總沉降與設(shè)計(jì)總沉降的比較分析、沉降變形發(fā)展趨勢(shì)的逐步擬合分析、區(qū)段縱向沉降差與工后沉降分析,并自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表和分析圖形;建設(shè)單位可對(duì)全線分析評(píng)估結(jié)果進(jìn)行檢視、統(tǒng)計(jì)、分析和監(jiān)控管理。

系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測(cè)和武廣鐵路客運(yùn)專線近 1000km的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)結(jié)果表明,本軟件系統(tǒng)具有很好的針對(duì)性和適用性,為鐵路客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件的評(píng)估提供了一套實(shí)用、有效和可靠的分析工具,同時(shí)很好地保證了各部門的協(xié)調(diào)工作,為客運(yùn)專線沉降評(píng)估工作的信息化管理、科學(xué)決策提供了平臺(tái)。

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