基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法技术

本发明专利技术提出一种基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，包括以下步骤：S1)根据引起隧道基底不均匀沉降的变量，建立地铁隧道不均匀沉降的基础模型；S2)采集隧道基底的不均匀沉降量、隧道基底的倾斜变形数据，结合地铁隧道现状条件对采集的数据信息进行集中分析处理，得到铁轨形变或沉降量；S3)将铁轨发生的形变或沉降量进行放大，并作用于高速运行地铁列车上，得到列车失稳以及脱轨模型；S4)虚拟上述事故情景并进行动画展示。该方法为城市开通地铁后安全运营服务提供了一种应急准备策略，是针对隧道不均匀沉降导致列车脱轨事故的预先展现，以便强化抢险准备。

Construction method of train derailment accident scenario based on uneven settlement of tunnel

The invention provides a construction method of train derailment accident scene based on uneven settlement of tunnel, which comprises the following steps: S1) according to the tunnel caused by the uneven settlement of the base variables, establish subway tunnel uneven settlement of foundation model; S2) uneven settlement, inclined tunnel base deformation data acquisition tunnel base, centralized analysis of combined data information on the acquisition of the subway tunnel conditions, by rail deformation or settlement; S3) will track the occurrence or deformation settlement of the amplifier, and the role of the high speed running of the subway train, the train derailment and get instability model; S4) the accident scene and virtual animation display. The method provides an emergency preparedness strategy for the safe operation of the city after the subway is opened. It is a pre show for the train derailment accident caused by uneven settlement of the tunnel, so as to strengthen the emergency preparation.

【技术实现步骤摘要】
基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法
本专利技术城市地铁运营应急管理领域，特别是指一种基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法。
技术介绍
随着社会的高速发展，城市人口密集，空间拥挤，交通堵塞，开发利用城市地下空间是21世纪城市发展的必经之路，国际上许多学者将21世纪称之为“地下空间开发利用的世纪”。地铁，是城市建设的生命线工程，地铁建设为整座城市的交通提供便利的同时，也给城市的安全埋下了巨大的隐患，地铁隧道不均匀沉降严重影响列车的运营安全，保证地铁隧道的安全运营迫在眉睫。然而，地铁隧道极易因多方面的影响而发生不均匀沉降，如地铁隧道难免会穿越不良地质地段(回填区、流沙层、采空区、软岩段和断裂带等)，列车运行过程中震动荷载，将使不良地质地段产生活化，从导致隧道发生不均匀沉降；再如，其他线路的施工和其他外荷载的施加(如新建建筑物)会对已运行地铁隧道线路造成不良影响，即引起隧道结构体、地铁路基、地铁轨道产生变形、倾斜、位移、隆起或沉降等，进而严重影响列车行驶安全。近年来，地铁运营事故频繁发生，相比于地铁隧道修建时所发生的安全事故，运营期所发生的安全事故带来的后果及危害更为严重，具有显著的灾难特性，地铁隧道安全运营与全体公民生命财产安全息息相关。因此，对隧道不均匀沉降导致列车脱轨事故的情景构建具有重要研究意义，这并不完全在于其重要理论价值，更主要是对重大列车脱轨突发事件应急准备规划、应急预案管理和应急培训演练等一系列应急管理工作实践具有不可或缺的支撑和指导。
技术实现思路
为了解决以上现有技术存在的缺陷，本专利技术提出一种基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，为城市开通地铁后安全运营服务提供了一种应急准备策略，是针对隧道不均匀沉降导致列车脱轨事故的预先展现，以便强化抢险准备。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其包括以下步骤：S1)根据引起隧道基底不均匀沉降的变量，建立地铁隧道不均匀沉降的基础模型；S2)采集隧道基底的不均匀沉降量、隧道基底的倾斜变形数据，结合地铁隧道现状条件对采集的数据信息进行集中分析处理，得到铁轨形变或沉降量；S3)将铁轨发生的形变或沉降量进行放大，并作用于高速运行地铁列车上，得到列车失稳以及脱轨模型；S4)虚拟上述基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景并进行动画展示。上述技术方案中，步骤S1)中，所述引起隧道基底不均匀沉降的变量包括：a施工期隧道下卧土体不均匀性；b运营期下卧土体的不均匀性；c地下水作用；d列车震动荷载作用。上述技术方案中，步骤S2)所述隧道基底的不均匀沉降量是监测点相对于基准点高度的变化量ΔS：ΔS＝SI-SO式中：SI表示某监测点的下沉值；S0表示的基准点的下沉值；ΔS表示监测点相对于基准点高度的变化量。上述技术方案中，步骤S2)中所述隧道基底的倾斜变形是指相邻点在竖直方向的下沉差与两相邻点间水平距离的比值，它反映了沉降槽沿某一方向的坡度，用T表示，倾斜变形为下沉的一阶导数：式中：S(x)为相邻两监测点在数值方向的下沉差；X为相邻两监测点的水平距离。上述技术方案中，步骤S3)中，所述列车失稳以及脱轨模型包括：A安全接触状态、B脱轨临界状态、C脱轨状态；定义车轮抬升量为Zup，车轮爬升量为Z1，车轮跳动量为Z2，Zup＝Z1+Z2；定义车轮轮缘高度为hf；若Zup小于hf，车辆处于A安全接触状态；若Zup等于hf，车辆处于B脱轨临界状态；若Zup大于hf，车辆处于C脱轨状态。上述技术方案中，步骤S4)具体包括以下步骤：S41)利用具有弯曲变形的轨道的实体图像获得轨道弯曲的数据模型；S42)虚拟隧道不均匀沉降模型；S43)对构建好的所述轨道弯曲的数据模型进行弯曲处理；S44)虚拟列车脱轨动画。上述技术方案中，步骤S41)包括：S411)引入一张具有轨道弯曲数据信息的图像，将弯曲的数据信息映射至需要被弯曲计算的虚拟平面上；S412)捕捉平面的轨道弯曲图像的弯曲信息，并与原平面的弯曲图像的弯曲信息进行进一步的匹配设置；S413)进一步处理样条线图像数据，即在数据中添加深度的设置，使其成为一个参数化数据模型。上述技术方案中，步骤S43)包括：S431)利用弯曲程序引入列车轨道模型到对象模块中，将其指定为作用物体；S432)通过弯曲模块对作用物体进行弯曲计算，得到更多的列车轨道弯曲模型；S433)在执行第一次的弯曲计算后，将第一次的弯曲结果作为作用物体，再一次执行弯曲指令，执行更细化的弯曲数据处理；S434)对弯曲中心部分的局部弯曲数据信息再进行弯曲处理，得到更加精确的弯曲结果；S435)对轨道弯曲模型多次进行列车出轨处理，得到轨道列车脱轨结果。步骤S44)中，利用所述的弯曲程序中的物理学引擎执行弯曲指令，形成完整的动画，该步骤为最后形成动画的过程。综上所述，本专利技术的基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，从认识引起隧道基底不均匀沉降的机理(下卧土层的不均匀性、地下水作用及列车震动荷载作用)出发，建立地铁隧道不均匀沉降的基础模型，分析隧道基底不均匀沉降造成地铁铁轨形变，通过实际测量或计算得到铁轨变形或沉降情况；然后将地铁铁轨发生形变进行放大，并作用于高速运行地铁列车上，使车轮失稳(跳起或脱轨)，进而导致列车脱轨事故发生；并且将这种“基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景”以实例化的模式构建并展示给地铁列车运行管理者，以指导预期风险研究，实现对风险进行深入剖析的应急准备策略，能对既有应急体系开展“压力测试”，进而优化应对策略，完善预案，强化准备。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术列车脱轨事故情景构建方法的整体流程示意图；图2为车轮脱轨示意图；图3为轮轨碰撞示意图；图4为列车脱轨过程示意图；图5为车轮抬升量示意图；图6为车轮爬轨示意图；图7为车轮瞬时跳离钢轨示意图；图8为本专利技术列车脱轨事故情景构建方法进行动画展示的流程示意图；图9为图8中获得轨道弯曲的数据模型的流程示意图；图10为图8中对轨道列车脱轨数据模型进行弯曲处理的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合附图及本专利技术所涉及到的技术原理等知识详细介绍本专利技术的技术方案。如图1所示，本专利技术的基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其包括以下步骤：S1)根据引起隧道基底不均匀沉降的变量，建立地铁隧道不均匀沉降的基础模型；S2)采集隧道基底的不均匀沉降量、隧道基底的倾斜变形数据，结合地铁隧道现状条件对采集的数据信息进行集中分析处理，得到铁轨形变或沉降量；S3)将铁轨发生的形变或沉降量进行放大，并作用于高速运行地铁列车上，得到列车失稳以及脱轨模型；S4)虚拟上述基于隧道不均匀沉降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)根据引起隧道基底不均匀沉降的变量，建立地铁隧道不均匀沉降的基础模型；S2)采集隧道基底的不均匀沉降量、隧道基底的倾斜变形数据，结合地铁隧道现状条件对采集的数据信息进行集中分析处理，得到铁轨形变或沉降量；S3)将铁轨发生的形变或沉降量进行放大，并作用于高速运行地铁列车上，得到列车失稳以及脱轨模型；S4)虚拟上述基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景并进行动画展示。

【技术特征摘要】
1.一种基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)根据引起隧道基底不均匀沉降的变量，建立地铁隧道不均匀沉降的基础模型；S2)采集隧道基底的不均匀沉降量、隧道基底的倾斜变形数据，结合地铁隧道现状条件对采集的数据信息进行集中分析处理，得到铁轨形变或沉降量；S3)将铁轨发生的形变或沉降量进行放大，并作用于高速运行地铁列车上，得到列车失稳以及脱轨模型；S4)虚拟上述基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景并进行动画展示。2.根据权利要求1所述的基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其特征在于，步骤S1)中：所述引起隧道基底不均匀沉降的变量包括：a施工期隧道下卧土体不均匀性；b运营期下卧土体的不均匀性；c地下水作用；d列车震动荷载作用。3.根据权利要求1所述的基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其特征在于，步骤S2)中：所述隧道基底的不均匀沉降量是监测点相对于基准点高度的变化量ΔS：ΔS＝SI-SO式中：SI表示某监测点的下沉值；SO表示的基准点的下沉值；ΔS表示监测点相对于基准点高度的变化量。4.根据权利要求3所述的基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其特征在于，步骤S2)中：所述隧道基底的倾斜变形是指相邻点在竖直方向的下沉差与两相邻点间水平距离的比值，用T表示，倾斜变形为下沉的一阶导数：式中：S(x)为相邻两监测点在数值方向的下沉差；X为相邻两监测点的水平距离。5.根据权利要求1所述的基于隧道不均匀沉降的列车脱轨事故情景构建方法，其特征在于，步骤S3)中：所述列车失稳以及脱轨模型包括：A安全接触状态、B脱轨临界状态、C脱轨状态；定义车轮抬升量为Zup，车轮爬升量为Z1，车轮跳动量为Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：于广明，袁长丰，王大宁，李冰冰，吴昊，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37