铁路线路局部方案平、纵断面联合优化设计方法

发布时间：2018-10-18 15:56

【摘要】：在“扩内需保增长”的大政方针下,中国继续加大铁路建设力度。2008年11月《中长期铁路网规划(2008年调整)》通过国家批准。到2020年,中国将新建约4万公里铁路,铁路建设投资总规模将突破5万亿元,全国铁路营业里程达到12万公里以上,复线率和电化率分别达到50%和60%以上,主要繁忙干线实现客货分线,基本形成布局合理、结构清晰、功能完善、衔接顺畅的铁路网络,运输能力满足国民经济和社会发展需要,主要技术装备达到或接近国际先进水平。在中长期铁路网规划中明确提出以扩大西部路网规模为主,形成西部铁路网骨架,完善中东部铁路网结构,提高对地区经济发展的适应能力,规划建设新线共约4.1万km。其中西部铁路建设规划中的格敦(格尔木～敦煌)、库格(库尔勒～格尔木)、拉日(拉萨～日喀则)等线路由于地理位置特殊,对线路勘察设计提出了更高的要求,要求在铁路设计及施工过程中尽可能的采用新技术、新方法、新设备、新工艺,高效准确的完成线路设计与施工中的诸多环节。在复杂艰险地区的铁路线路设计过程中,一般是在确定大桥、长大隧道位置的基础上,各专业相互配合,确定线路的具体位置,线路设计过程中更为注重线路局部方案平、纵断面联合优化设计方法方面,力争取得经济合理的设计方案。国内外的专家学者在铁路平、纵断面整体联合优化设计方面进行了大量的研究工作,采用枚举法、动态规划法、线性规划法、数值搜索法、遗传算法、蚁群算法、降维法等多种方法进行深入研究,取得了系列的成果。这些方法大多是基于数字地形模型,以线路填挖方量综合最小为目标函数,搜索最优方案。由于在西部地区地形、地质条件复杂,线路平面位置的极小变动也有可能引起工程量的较大变化。因此,研究一种适用于复杂艰险地区的线路坐标精确计算方法,设计基于数字地形模型的线路各点高程内插方法,在线路平面方案拟定情况下,内插各点标高,优化线路纵断面并计算相应的土石方工程数量,通过不断调整线路平面、纵断面方案,寻找土石方数量最小的最优方案就显得尤为必要。本文结合西部铁路建设的实际需求,主要开展进行以下几方面的研究工作： 1.设计线路中桩坐标计算方法及程序,设计方法能够适用于直—缓—圆—缓—直五段式线路的逐点坐标高精度计算工作,同时编制相应程序实现设计算法。 2.根据现有资料,研究基于等高线数模的线路逐点高程内插设计算法。针对线路数地模的海量数据存取特点,利用原始等高线数模建立栅格网模型,设计内插点所处栅格快速定位方法,对该内插点所处及周边栅格内的点遍历,找出距离内插点最近的6个点,采用多个邻近点之加权平均水平面移动拟合法计算各点高程。将设计线路的平面点位坐标计算后导入,可快速得到设计线每百米点的地面标高,生成地面线。 3.以生成的地面线为参考,综合考虑最小坡段长度、最大限坡、最大坡度差等方面的具体要求,采用降维法的基本思路,设计纵断面自动拉坡程序,初始拉坡完成后,要进行曲线折减、桥、隧、车站位置等方面的检查工作,采用程序设计方法自动生成初始纵断面。 4.结合线路横断面设计标准图示,设计新建铁路路基工程数量的计算程序,实现不同方案下的土石方量计算,作为线路方案比选的主要依据。 5.通过具体工程实例,采用前面研究算法及编制程序实现线路局部方案比选过程,验证所设计方案的合理性、可行性。论文上总体上以等高线数字地模为初始资料,以曲线半径作为变量,研究不同线位条件下,局部线路纵断面自动优化拉坡和土石方数量计算的自动优化方法,高效、精确、快速地完成线路局部方案的比选工作,使所设计方案更经济、客观,对复杂艰险地区的线路局部方案比选具有一定的应用价值。
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【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U212.32

【参考文献】