跨铁路通道基坑与营业线联动的安全预警系统及方法与流程

本发明涉及铁路营业线邻近施工安全监测与预警，更具体地说，它涉及跨铁路通道基坑与营业线联动的安全预警系统及方法。

背景技术：

1、跨铁路通道基坑施工通常与既有铁路营业线空间距离较近，部分工程还涉及下穿、邻近开挖、支护转换、顶进施工、降水控制等复杂施工情形。施工期间，基坑围护结构、土体应力状态以及营业线轨道基础条件会随工序推进发生变化；与此同时，铁路营业线列车运行产生的周期性动荷载会作用于轨道、路基及邻近支承结构，引起营业线受控对象产生动态变形响应。上述施工扰动与列车动荷载叠加后，营业线受控对象的变形状态往往呈现出时间连续性强、影响因素交织、响应滞后性和累积性并存的特点。

2、现有铁路邻近施工安全监测方式通常通过沉降计、位移计、倾斜计、轨道几何状态监测设备等采集变形数据，并结合预设报警阈值对超限风险进行提示。该类方式能够对明显超限或突发异常形成有效提示，在工程安全管理中具有较好的应用基础。然而，在跨铁路通道基坑与营业线联动影响场景下，仅依据单一监测值、单次峰值或固定报警阈值进行判断，难以充分揭示多次列车通过后营业线受控对象残余变形逐步累积的阶梯式演化特征，也不易准确区分列车通过期间的动态峰值、列车通过后的稳定残余变形以及无列车通过时的静态变形变化。

3、此外，跨铁路通道基坑施工过程中的不同工序对营业线受控对象的影响程度并不相同。例如，基坑分层开挖、支撑施作或拆换、降水水位调整、顶进姿态修正等工序均可能引起不同程度的扰动；当这些工序变化与列车运行事件在时间上发生耦合时，营业线受控对象的残余变形累积趋势可能出现增强、延续或方向性偏移。现有监测预警方式在将残余变形阶梯演化与具体施工工序进行关联归因方面仍存在改进空间，施工管理人员往往需要结合经验判断敏感施工工序，预警结果与施工调控措施之间的衔接不够精细。

4、因此，本技术提出了一种跨铁路通道基坑与营业线联动的安全预警系统及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供跨铁路通道基坑与营业线联动的安全预警系统及方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、跨铁路通道基坑与营业线联动的安全预警系统，包括：

4、过车残余响应构建模块，用于基于铁路营业线的列车运行信号、跨铁路通道基坑对应的施工影响区边界、营业线受控对象的变形监测数据以及无列车通过时的静态变形数据，生成过车残余响应数据；其中，过车残余响应数据至少包括过车事件序列、与过车事件序列关联的残余变形阶梯序列，以及过车事件序列中各过车事件对应的稳定性置信因子、动态峰值和静态变形值；

5、残余阶梯演化判别模块，用于基于残余变形阶梯序列和稳定性置信因子确定营业线受控对象对应的残余变形阶梯斜率，并根据残余变形阶梯斜率确定营业线受控对象的残余变形累积等级；

6、工序耦合敏感归因模块，用于基于跨铁路通道基坑的施工状态数据、工序完成状态、过车事件序列、残余变形阶梯斜率以及残余变形累积等级，确定施工工序敏感系数，并根据施工工序敏感系数从施工状态数据对应的施工工序中确定敏感施工工序；

7、安全止点动态调控模块，用于对敏感施工工序对应的施工过程进行安全止点动态调控，并生成过渡调控指令或止点锁定调控指令。

8、在其中一个实施例中，过车残余响应数据的生成包括：针对过车事件序列中的各过车事件，设置包括通过前时间段、通过中时间段和通过后时间段的过车时间窗口；根据通过前时间段和通过中时间段内的变形监测数据分别确定通过前基准变形值和动态峰值，在通过后时间段内的变形监测数据满足预设稳态条件时确定通过后稳定残余变形值和稳定性置信因子，并根据静态变形数据确定静态变形值；将通过后稳定残余变形值与通过前基准变形值之差确定为事件残余变形值，并按照各过车事件的排列顺序形成残余变形阶梯序列。

9、在其中一个实施例中，残余变形阶梯斜率的确定方式包括：从过车事件序列中选取连续多个过车事件，并根据连续多个过车事件对应的事件残余变形值形成当前阶梯分析窗口；以连续多个过车事件的排列序号为排序变量，以对应的事件残余变形值为响应变量，以对应的稳定性置信因子为趋势拟合权重，对当前阶梯分析窗口进行局部加权趋势拟合，获得初始阶梯趋势率；确定方向一致因子和持续累积因子，采用方向一致因子和持续累积因子对初始阶梯趋势率进行修正，获得残余变形阶梯斜率。

10、在其中一个实施例中，方向一致因子和持续累积因子的确定方式包括：根据相邻事件残余变形值的增量方向与初始阶梯趋势率的方向一致程度确定方向一致因子；根据事件残余变形值沿初始阶梯趋势率对应方向连续偏离基准波动区间的过车事件数量确定持续累积因子。

11、在其中一个实施例中，施工工序敏感系数的确定过程包括：根据施工状态数据中的施工参数变化时间和工序完成状态，确定工序变化节点以及各工序变化节点对应的施工工序和工序扰动量；针对每一工序变化节点，基于工序变化节点之前和之后的连续多个过车事件分别确定节点前基准事件组和候选响应事件组，并按照残余变形阶梯斜率的确定方式分别确定节点前基准阶梯斜率和节点后响应阶梯斜率；根据候选响应事件组、节点前基准阶梯斜率、节点后响应阶梯斜率以及预设偏离条件，确定响应起始事件和偏离持续事件数量；进而确定各工序变化节点对应的节点级敏感值；将同一施工工序对应的多个节点级敏感值进行汇总，获得施工工序敏感系数。

12、在其中一个实施例中，确定响应起始事件和偏离持续事件数量的过程包括：在候选响应事件组内移动构建响应子窗口，并按照残余变形阶梯斜率的确定方式确定各响应子窗口对应的子窗口阶梯斜率；当响应子窗口首次达到预设偏离条件，且自该响应子窗口起的后续连续多个响应子窗口保持同向偏离时，将首次达到预设偏离条件的响应子窗口中的首个过车事件确定为响应起始事件；将自首次达到预设偏离条件的响应子窗口起保持同向偏离的连续多个响应子窗口覆盖的过车事件数量确定为偏离持续事件数量。

13、在其中一个实施例中，确定各工序变化节点对应的节点级敏感值的过程包括：将工序变化节点至候选响应事件组末端之间的时间范围确定为响应时段；根据工序变化节点至响应起始事件之间的时间间隔、节点后响应阶梯斜率相对于节点前基准阶梯斜率的变化程度、工序扰动量、偏离持续事件数量以及响应时段内其他工序变化节点的竞争情况，确定节点级敏感值。

14、在其中一个实施例中，安全止点动态调控模块进一步用于：建立当前施工工序状态链，并从当前施工工序状态链中确定与敏感施工工序对应的预设安全止点；其中，当前施工工序状态链包括敏感施工工序的当前执行位置、可到达的预设安全止点、后续工序放行状态以及与敏感施工工序存在工序冲突关系的其他施工工序。

15、在其中一个实施例中，当敏感施工工序尚未到达对应的预设安全止点时，生成过渡调控指令，根据残余变形累积等级和施工工序敏感系数确定调控强度，并根据调控强度限制敏感施工工序的施工速度、单次施工量或施工参数变化幅度，以及禁止与敏感施工工序存在工序冲突关系的其他施工工序进入下一工序状态；

16、当敏感施工工序到达对应的预设安全止点时，生成止点锁定调控指令，止点锁定调控指令包括敏感施工工序锁定指令、施工强度降级指令、下一工序禁止放行指令和监测频率加密指令中的至少一种。

17、在其中一个实施例中，跨铁路通道基坑与营业线联动的安全预警方法，包括：

18、s1：基于铁路营业线的列车运行信号、施工影响区边界、变形监测数据和静态变形数据，生成过车残余响应数据；

19、s2：基于残余变形阶梯序列和稳定性置信因子确定残余变形阶梯斜率，并确定残余变形累积等级；

20、s3：基于施工状态数据、工序完成状态、过车事件序列、残余变形阶梯斜率和残余变形累积等级，确定施工工序敏感系数；

21、s4：根据施工工序敏感系数从施工状态数据对应的施工工序中确定敏感施工工序；

22、s5：建立当前施工工序状态链，并从当前施工工序状态链中确定与敏感施工工序对应的预设安全止点；

23、s6：根据敏感施工工序是否到达对应的预设安全止点，生成过渡调控指令或止点锁定调控指令。

24、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

25、本发明基于铁路营业线的列车运行信号、跨铁路通道基坑对应的施工影响区边界、营业线受控对象的变形监测数据以及无列车通过时的静态变形数据，生成包括过车事件序列、残余变形阶梯序列、稳定性置信因子、动态峰值和静态变形值的过车残余响应数据，实现列车通过期间动态变形、过车后残余变形与无列车通过时静态变形的关联分析，有利于完整反映营业线受控对象在连续过车作用下的变形响应过程；

26、依据残余变形阶梯序列和稳定性置信因子确定残余变形阶梯斜率，并根据残余变形阶梯斜率确定残余变形累积等级，能够识别营业线受控对象残余变形随过车事件持续累积的演化状态；在此基础上，结合跨铁路通道基坑的施工状态数据、工序完成状态和过车事件序列确定施工工序敏感系数，进而从多个施工工序中确定敏感施工工序，提高残余变形累积状态与具体施工工序之间的关联程度；

27、针对敏感施工工序对应的施工过程实施安全止点动态调控，根据敏感施工工序的当前执行状态和预设安全止点，生成过渡调控指令或止点锁定调控指令，使预警结果能够进一步落实至施工速度、单次施工量、施工参数变化幅度、工序放行状态或施工止点锁定等调控内容，增强跨铁路通道基坑施工过程与铁路营业线变形状态之间的联动调控能力。