[发明专利]一种道床劣化状态的快速无损检测方法

说明书

本发明公开了一种道床劣化状态的快速无损检测方法，在各检测点处选取道砟颗粒进行扫描；根据道砟颗粒点云数据计算道砟颗粒点云所围区域内体积最大的内接椭球的体积和真椭球度；使用真椭球度计算各检测点处道床劣化指数，进行道床劣化状态评估。本发明通过对有限个道砟颗粒劣化的状态进行无损检测，在检测过程中确保不受设备质量和环境因素的干扰，计算与道床劣化状态具有高度相关性的道床劣化指数，评估道床的劣化状况，推动实际工程中更全面准确的道床状况评估和维护活动，以节省维护资源。

技术领域

本发明属于轨道检测领域，具体涉及一种道床劣化状态的快速无损检测方法。

背景技术

虽然近几十年来无砟轨道发展迅速，但有砟轨道仍然是各种交通运输(高速铁路、重载铁路、地铁等)的主要轨道类型。特别是在中国的普通高速铁路中，有砟轨道是主要的轨道类型。道床是重载铁路有砟轨道的关键组成部分，它主要由道砟组成，具有均匀支承轨枕，将荷载均匀传递到子结构(路基、桥梁、隧道)，抵抗轨枕移动，排水的作用。长期运行的有砟轨道受到列车周期性载荷的作用，导致道砟颗粒劣化(破碎和磨损)并且污染(道砟之间的空隙被更细尺寸的污垢材料所取代)程度迅速增加，从而导致轨道变形，排水不畅，承载能力下降。此时，必须按照维护指南对道砟进行耗时又昂贵的清理或更换，这会产生大巨大的劳动力和资金成本。因此，确定在轨道道床生命周期的哪个阶段、污染水平或劣化程度应该开始清洗或更换以及寻找最有利成本，具有至关重要的意义。为了获得这一关键判断，需要对道床的状态进行长期和经常性的检测。

然而，道床的污染检测并不是最常规的检测项目，道床劣化检测在实际有砟轨道工程中甚至未见开展，且当前有砟轨道维护相关规范中没有关于道床污染或劣化的具体检测规定。因此，本发明所提出的道床劣化检测方法一方面填补了当前道床劣化检测技术的空白，推动相应规范的成立；另一方面则是作为更科学的检测手段，促进道床维护计划的合理制定，从而降低道砟消耗以及控制维护成本，与道床维护检测未来主要的发展方向相契合。

早前，由于检测技术和设备缺乏先进性，道砟污染维护指标仅基于总通过荷载，这是预测道床状况和估计道砟污染水平的粗略方法。另一种方法则是通过筛分从现场钻取的道砟样品来确定道床的污染指数或道砟的破碎程度，这种方法需要大量的人力和资源并破碎原有的道床结构，因此它是一种相对有限的方法，在典型的铁路检查中很少使用。

相比之下，无损检测技术近年来得到越来越多的应用。探地雷达(GPR)被用于检测道砟的污染程度，作为当前道砟维护检查中普遍使用的检测技术。然而，探地雷达本身以及相应的道砟维护标准中仍存在不可忽视的缺陷：(1)GPR只能检测污染，道砟污染是在道砟使用期间产生的，其来源受到多种因素的影响，如总通过荷载、运输类型、道砟材料、特殊结构、区域和气候条件。不同的条件下道砟达到需要维护的污染水平的速度不同，因而当探地雷达检测到污染不严重时，道砟劣化可能达到需要紧急维护的程度；(2)设备质量(天线)、环境干扰源(电缆等)以及探地雷达指示器与污染指数之间的相关性会严重影响道砟污染水平的确定，探地雷达可能需要复杂的现场或实验室道砟筛分来协助检查；(3)数据分析难度大，GPR所获得的数据需要进行复杂的处理和分析，需要专业的软件和技术支持，对检测人员的要求较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种道床劣化状态的快速无损检测方法。通过对有限个道砟颗粒劣化的状态进行无损检测，在检测过程中确保不受设备质量和环境因素的干扰，进一步计算道床劣化指数，评估道床的劣化状况，推动实际工程中更全面准确的道床状况评估和维护活动，以节省维护资源。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种道床劣化状态的快速无损检测方法，包括以下步骤：

步骤1、对设定轨道长度间隔的检测点的道砟颗粒进行扫描，获得道砟颗粒点云数据，每个检测点扫描的道砟颗粒的数量为10-30个；

步骤2、计算每个道砟颗粒对应的道砟颗粒点云所围区域内体积最大的内接椭球，输出内接椭球的体积以及道砟颗粒的体积；