專利名稱：鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)及工作方法。
背景技術(shù)：
路基是鐵路的基礎(chǔ)，關(guān)系到鐵路的安全、高效運行。路基是軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，隨著列車 運行速度的提高，要求路基結(jié)構(gòu)要為上部結(jié)構(gòu)提供更加平順而穩(wěn)定的支承。路基填筑工程 的壓實質(zhì)量是決定其結(jié)構(gòu)性能好壞的根本，路基壓實質(zhì)量包括壓實程度、壓實均勻性和壓 實穩(wěn)定性等三方面的內(nèi)容。目前，對于路基填筑工程壓實質(zhì)量的檢測與控制，采用常規(guī)的 “點式”抽樣檢測方法，即在每層完成碾壓后，隨機選點，抽樣檢測?！包c式”抽樣檢測方法的 主要不足(I)理論上，“點式”抽樣檢測方法，隱含的前提條件是路基性能參數(shù)大致服從正態(tài)分布 規(guī)律，在這樣條件下，采用抽樣方法進(jìn)行檢測，其結(jié)果在一定保證率條件下能夠代表取樣路 段路基的性能狀況。事實上，由于填料本身變異可引起路基結(jié)構(gòu)性能的變異、振動壓路機激 振力隨機波動變化引起壓實作用力不均勻以及量測深度范圍內(nèi)下臥層剛度不均勻引起路 基性能的變異等各種原因，很難保證路基性能參數(shù)服從正態(tài)分布規(guī)律，那么常規(guī)“點式”抽 樣方法的檢測結(jié)果不一定具有代表性。
(2) “點式”抽樣檢測方法的檢測結(jié)果僅反映路基面檢測點附近的局部的質(zhì)量特 性，無法反應(yīng)路基面檢測點附近以外的整體的質(zhì)量特性，而路基沿線路縱向整體的質(zhì)量特 性(如剛度均勻性)對軌道在運營時的平順性有很大的影響。
(3)“點式”抽樣檢測方法是在完成碾壓后進(jìn)行的，是工后檢測，無法實現(xiàn)碾壓過程 中的實時控制。同時，逐點檢測費時費力，給施工過程帶來明顯的干擾，使高效的施工設(shè)備 無法有效地發(fā)揮作用，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，難以適應(yīng)機械化施工要求。
(4) “點式”抽樣檢測方法，如果碾壓段發(fā)現(xiàn)個別檢測點的檢測結(jié)果不滿足規(guī)范要 求，很難界定重新碾壓的范圍。若全部碾壓，則有可能造成其它合格區(qū)域的“過壓”現(xiàn)象；(5)按照規(guī)定，常規(guī)路基質(zhì)量檢測指標(biāo)地基系數(shù)Atl和變形模量Av2檢測的填料粒徑應(yīng) 不大于7. 5cm。而規(guī)范對路基填料的尺寸要求是基床部分最大為IOcm,基床以下部分最大 為15cm。對于超過7. 5cm的填料壓實如何檢驗和控制卻未作明確要求；基于常規(guī)“點式”抽樣檢測方法的不足，相關(guān)部門提出路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制方 法，采用能夠?qū)崟r對整個碾壓面壓實質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)測與控制的連續(xù)壓實控制技術(shù)，以保 證路基填筑工程的施工質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于采用連續(xù)壓實控制技術(shù)進(jìn)行鐵路路基填筑工程施工 質(zhì)量監(jiān)測與控制的快速、穩(wěn)定、精度高、功能強的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)及 工作方法，以實現(xiàn)對鐵路路基填筑工程連續(xù)壓實質(zhì)量的監(jiān)測和控制，提高施工質(zhì)量和工作 效率。
上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)一種鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其組成包括單片機，所述的單片機分別與鐵電存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、彩色液晶顯示電路、GPS模塊、GPRS模塊、時鐘芯片、電可擦可編程只讀存儲器、SD卡、USB接口電路、鍵盤電路、方波轉(zhuǎn)換電路連接，所述的A/D轉(zhuǎn)換器與電壓轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理電路連接，所述的方波轉(zhuǎn)換電路與所述的信號調(diào)理電路連接。
一種鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，相關(guān)校驗在試驗路段進(jìn)行常規(guī)指標(biāo)地基系數(shù)Ao值與振動壓實值VCV的相關(guān)性試驗，即確定常規(guī)指標(biāo)地基系數(shù) Ac1值與振動壓實值的相關(guān)系數(shù)、回歸模型、并利用回歸模型計算常規(guī)指標(biāo)Atl合格值對應(yīng)的振動壓實值即目標(biāo)振動壓實值[Key];過程控制在填料一致的施工路段上，使用相關(guān)校驗時相同的加載設(shè)備，利用目標(biāo)振動壓實值[εκ]對路基連續(xù)壓實質(zhì)量進(jìn)行全過程的監(jiān)測與控制；質(zhì)量檢測在填料一致的施工路段上，使用相關(guān)校驗時相同的振動壓路機， 利用振動壓實值W的分布情況，選取薄弱區(qū)域，在薄弱區(qū)域選取薄弱點進(jìn)行常規(guī)“點式” 抽樣檢測；其中，過程控制和質(zhì)量檢測的施工路段的填料、含水量及填層厚度等應(yīng)與相關(guān)校驗的試驗路段相同；振動壓路機及其振動壓實工藝參數(shù)也要相同。
所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，所述的加載設(shè)備采用豎向振動壓路機，振動壓路機的振動壓實工藝參數(shù)應(yīng)保持穩(wěn)定，即振動壓路機振動頻率的波動范圍不應(yīng)超過額定值的±0. 5Hz ;振動壓路機應(yīng)保持勻速行駛，行駛速度宜采用3km/ h，最多不應(yīng)超過4 km/h ;加速度傳感器應(yīng)緊密牢固地垂直安裝在振動壓路機振動輪的內(nèi)側(cè)機架上。
所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，所述的相關(guān)校驗的目的一是判定指標(biāo)的適用性，當(dāng)常規(guī)指標(biāo)Ao與振動壓實值EK的相關(guān)程度達(dá)到一定值時，指標(biāo)才是適用的，否則，應(yīng)改良填料或調(diào)整振動壓路機相關(guān)參數(shù)，直到相關(guān)程度達(dá)到一定值； 二是當(dāng)常規(guī)指標(biāo)Ao值與振動壓實值叱^的相關(guān)程度達(dá)到一定值時，確定常規(guī)指標(biāo)4。與振動壓實值的相關(guān)系數(shù)、回歸模型以及與常規(guī)指標(biāo)Atl合格值對應(yīng)的目標(biāo)振動壓實值 [Key],所述的相關(guān)校驗包括如下步驟(1)利用振動壓路機對試驗路段進(jìn)行全路段的連續(xù)碾壓，同時記錄存儲每個檢測單元的振動壓實值εκ，再利用全路段的振動壓實值εκ，并考慮振動壓實值的范圍選取相應(yīng)的檢測點做常規(guī)“點式”抽樣檢測，所述的檢測點數(shù)要大于18點；(2)確定常規(guī)指標(biāo)Atl值與對應(yīng)振動壓實值W間的相關(guān)系數(shù)，即
權(quán)利要求
1.一種鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其組成包括單片機，其特征是所述的單片機分別與鐵電存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、彩色液晶顯示電路、GPS模塊、GPRS模塊、時鐘芯片、電可擦可編程只讀存儲器、SD卡、USB接口電路、鍵盤電路、方波轉(zhuǎn)換電路連接，所述的 A/D轉(zhuǎn)換器與電壓轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理電路連接，所述的方波轉(zhuǎn)換電路與所述的信號調(diào)理電路連接。
2.一種鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是相關(guān)校驗在試驗路段進(jìn)行常規(guī)指標(biāo)地基系數(shù)K3tl值與振動壓實值VCV的相關(guān)性試驗，即確定常規(guī)指標(biāo)地基系數(shù)K3tl值與振動壓實值VCK的相關(guān)系數(shù)、回歸模型、并利用回歸模型計算常規(guī)指標(biāo)Atl合格值對應(yīng)的振動壓實值即目標(biāo)振動壓實值[Key];過程控制在填料一致的施工路段上，使用相關(guān)校驗時相同的加載設(shè)備，利用目標(biāo)振動壓實值[εκ]對路基連續(xù)壓實質(zhì)量進(jìn)行全過程的監(jiān)測與控制；質(zhì)量檢測在填料一致的施工路段上，使用相關(guān)校驗時相同的振動壓路機，利用振動壓實值W的分布情況，選取薄弱區(qū)域，在薄弱區(qū)域選取薄弱點進(jìn)行常規(guī)“點式”抽樣檢測；其中，過程控制和質(zhì)量檢測的施工路段的填料、含水量及填層厚度等應(yīng)與相關(guān)校驗的試驗路段相同；振動壓路機及其振動壓實工藝參數(shù)也要相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的加載設(shè)備采用豎向振動壓路機，振動壓路機的振動壓實工藝參數(shù)應(yīng)保持穩(wěn)定， 即振動壓路機振動頻率的波動范圍不應(yīng)超過額定值的±0. 5Hz ;振動壓路機應(yīng)保持勻速行駛，行駛速度宜采用3km/h，最多不應(yīng)超過4 km/h ;加速度傳感器應(yīng)緊密牢固地垂直安裝在振動壓路機振動輪的內(nèi)側(cè)機架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的相關(guān)校驗的目的一是判定指標(biāo)的適用性，當(dāng)常規(guī)指標(biāo)Atl與振動壓實值W的相關(guān)程度達(dá)到一定值時，指標(biāo)才是適用的，否則，應(yīng)改良填料或調(diào)整振動壓路機相關(guān)參數(shù)，直到相關(guān)程度達(dá)到一定值；二是當(dāng)常規(guī)指標(biāo)Aci值與振動壓實值的相關(guān)程度達(dá)到一定值時，確定常規(guī)指標(biāo)&與振動壓實值KCT的相關(guān)系數(shù)、回歸模型以及與常規(guī)指標(biāo)&合格值對應(yīng)的目標(biāo)振動壓實值[EK]，所述的相關(guān)校驗包括如下步驟(1)利用振動壓路機對試驗路段進(jìn)行全路段的連續(xù)碾壓，同時記錄存儲每個檢測單元的振動壓實值再利用全路段的振動壓實值并考慮振動壓實值的范圍選取相應(yīng)的檢測點做常規(guī)“點式”抽樣檢測，所述的檢測點數(shù)要大于18點；(2)確定常規(guī)指標(biāo)&值與對應(yīng)振動壓實值VCV間的相關(guān)系數(shù) r，即
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的過程控制即壓實過程質(zhì)量控制，所述的壓實過程質(zhì)量控制是路基填筑工程壓實質(zhì)量全過程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是施工質(zhì)量的保證；所述的壓實過程質(zhì)量控制主要包括三個方面(I)壓實程度控制填筑體物理力學(xué)性能達(dá)到規(guī)定值的程度，解決填筑體是否有足夠的強度和剛度支承上部結(jié)構(gòu)；(2)壓實均勻性控制填筑體物理力學(xué)性能的均勻分布程度， 解決能否均勻支承上部結(jié)構(gòu)；(3)壓實穩(wěn)定性控制填筑體物理力學(xué)性能的穩(wěn)定程度，解決在列車重復(fù)荷載作用下填筑體能否長期、有效地支承上部結(jié)構(gòu)的疲勞問題；路基填筑工程壓實過程質(zhì)量控制以連續(xù)記錄各個檢測單元振動壓實值為依據(jù)，按照壓實程度、壓實均勻性和壓實穩(wěn)定性的相關(guān)控制準(zhǔn)則進(jìn)行實時的壓實質(zhì)量控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的壓實過程在施工過程中的判定和控制應(yīng)符合下列規(guī)定(1)檢測單元壓實程度根據(jù)振動壓實值與目標(biāo)振動壓實值[εκ]的比較進(jìn)行判定，對于第i個檢測單元對應(yīng)的振動壓實值'^，當(dāng)滿足
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的壓實均勻性在施工過程中壓實均勻性判定和控制應(yīng)符合下列規(guī)定(O壓實均勻性可通過碾壓輪跡上振動壓實曲線的波動變化程度和碾壓面振動壓實值的分布特征進(jìn)行判定；(2)壓實均勻性宜按振動壓實值不小于其平均值的80%，即，其中，VCV為相關(guān)路段振動壓實值VCV的平均值。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的壓實穩(wěn)定性在施工過程中壓實穩(wěn)定性判定和控制應(yīng)符合下列規(guī)定(O壓實穩(wěn)定評定和控制應(yīng)采用振動壓路機同一行駛方向的振動壓實值進(jìn)行；(2)壓實穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)同一碾壓輪跡上前后兩遍振動壓實值的差異進(jìn)行判定；(3)穩(wěn)定性應(yīng)按同一碾壓輪跡上前后兩遍振動壓實值變化率不大于5進(jìn)行控制，δ 取 3% ο
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的質(zhì)量控制是利用施工段碾壓面的全部振動壓實值描繪碾壓面壓實狀態(tài)分布圖，選取薄弱區(qū)域中的薄弱點進(jìn)行常規(guī)“點式”抽樣檢測，所述的施工段碾壓面全部振動壓實值應(yīng)符合下列規(guī)定(1)施工段宜按100米長度劃分為多個分析段進(jìn)行，不足100米的施工段可單獨取作一段；(2)每100米長度的分析段宜統(tǒng)計全部壓實振動值的最大值、最小值、平均值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)及分布直方圖等。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述的施工段碾壓面壓實狀態(tài)分布圖的形成方法包括如下步驟(O施工段碾壓面全部振動壓實值EK按照從低值到高值的順序進(jìn)行排列，滿足
全文摘要
鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)及工作方法。目前，對于路基填筑工程壓實質(zhì)量的檢測與控制，采用常規(guī)的“點式”抽樣檢測方法，“點式”抽樣檢測方法是在完成碾壓后進(jìn)行的，是工后檢測，無法實現(xiàn)碾壓全過程的實時控制。本發(fā)明包括單片機(1)，所述的單片機分別與鐵電存儲器(2)、A/D轉(zhuǎn)換器(3)、彩色液晶顯示電路(4)、GPS模塊(5)、GPRS模塊(6)、時鐘芯片(7)、電可擦可編程只讀存儲器(8)、SD卡(9)、USB接口電路(10)、鍵盤電路(11)、方波轉(zhuǎn)換電路(12)連接，所述的A/D轉(zhuǎn)換器與電壓轉(zhuǎn)換電路(13)、信號調(diào)理電路(14)連接，所述的方波轉(zhuǎn)換電路與所述的信號調(diào)理電路連接。本發(fā)明用于鐵路路基連續(xù)壓實質(zhì)量監(jiān)測與控制。
文檔編號G01N33/24GK103061236SQ20131004779
公開日2013年4月24日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者高輝 申請人:黑龍江工程學(xué)院