一种轨道板结构 |
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| 申请号 | CN202311571775.X | 申请日 | 2023-11-23 | 公开(公告)号 | CN117604831A | 公开(公告)日 | 2024-02-27 |
| 申请人 | 中铁第一勘察设计院集团有限公司; | 发明人 | 刘超; 韩振江; 梁栋; 王飞; 曲士荣; 吴昊; 杨嘉岳; 张蕾; 宋彦琳; 王东; 郭永保; 何源; 贾祥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种轨道板结构，该结构包括无砟轨道板主体；所述无砟轨道板主体包括根据车辆荷载要求加载预应 力 的 混凝土 预制板结构；信息采集单元，所述信息采集单元包括光纤光栅 传感器 以及若干信息收集组件，所述光纤光栅传感器沿轨道纵向设置于所述无砟轨道板主体的内部且与所述无砟轨道板主体内的 钢 筋网的 钢筋 密贴相连。该结构消除了有砟轨道道床纵向 稳定性 差， 道砟 易滑落，线路养护工作量大,维护成本高的难点，提升了轨道结构的施工 质量 ，并可以对其使用状态进行长期监测，提高了旅客舒适性和安全性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种轨道板结构，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种轨道板结构技术领域背景技术[0002] 有砟轨道是指轨下基础为石质散粒道床的轨道，通常也称为碎石道床轨道，是轨道结构的主要形式之一。它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。但相对无砟轨道来说，其也具有线路平面几何形状不易保持，使用寿命短，养护维修工作量大等缺点。 [0003] 无砟轨道(Ballastless track)是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构，又称作无碴轨道，是当今世界先进的轨道技术。无砟轨道与有砟轨道相比，无砟轨道避免了道砟飞溅，平顺性好，稳定性好，使用寿命长，耐久性好，维修工作少，列车运行时速可达350千米以上。 [0004] 轨道板(rail slab)是指结构型式为板体的无砟轨道配件，用以支承和固定钢轨的，将列车通过钢轨传递的载荷分布给板下基底的新型轨下部件。轨道板在生产加工以及铺设过程中，对于轨道板的敏感信息的采集十分重要。传统的轨道板生产过程中可以通过一些外设设备对加工过程中的各种敏感信息进行采集，在生产完成后将各种采集敏感信息的设备移除。在进行铺设以及列车运行时需要重新布置信息采集设备，对铺设敏感信息以及运行时所需获得的敏感信息进行采集，以便对铺设过程以及使用过程中轨道板的施工质量以及使用情况进行监控。可见，现有技术中的轨道板敏感信息的采集需要多次重复设置信息采集设备费时费力。 发明内容[0005] 本发明提供了一种轨道板结构。 [0006] 本发明提供了如下方案： [0007] 一种轨道板结构，包括： [0008] 无砟轨道板主体，所述无砟轨道板主体包括根据车辆荷载要求加载预应力的混凝土预制板结构； [0009] 信息采集单元，所述信息采集单元包括光纤光栅传感器以及若干信息收集组件；所述光纤光栅传感器沿轨道纵向设置于所述无砟轨道板主体的内部且与所述无砟轨道板主体内的钢筋网的钢筋密贴相连若干所述信息收集组件沿轨道横向且间隔地设置，并与所述光纤光栅传感器连接； [0011] 其中，所述光纤光栅传感器在所述无砟轨道板主体成型过程中设置于所述无砟轨道板主体的内部；所述信息收集组件用于收集所述光纤光栅传感器采集到的敏感信息，并将所述敏感信息传递至所述数据处理器，所述敏感信息至少包括混凝土应力应变数据以及轨道板纵横向位移量；所述数据处理器用于对所述敏感信息进行处理和/或展示。 [0012] 优选地：所述无砟轨道板主体的下表面设置有若干方形凸台。 [0013] 优选地：所述无砟轨道板主体的上表面用于安装齿轨以及钢轨；所述无砟轨道板主体的上表面设置有纵向凸台；所述纵向凸台的上部用于安装所述齿轨；所述无线传输单元设置于第三轨设备上，所述敏感信息还包括预制板间伸缩量信息。 [0014] 优选地：所述纵向凸台设置有若干齿条扣件安装孔，所述齿条扣件安装孔用于实现轨条扣件的安装，以便通过所述轨条扣件实现所述齿轨的安装； [0015] 两组承轨台，两组所述承轨台分别设置于所述无砟轨道板主体的上表面且位于所述纵向凸台的两侧；所述承轨台设置有用于安装所述钢轨的钢轨扣件安装孔。 [0016] 优选地：若干所述方形凸台用于一一对应的嵌入所述无砟轨道板主体下方的路基底座的若干定位凹槽内。 [0017] 优选地：所述无砟轨道板主体中间设置有横向贯通的若干预留孔，所述预留孔内设置有玻璃管内衬，所述玻璃管内衬用于供管道内模组系统连接线穿过；所述无线传输单元设置于管梁上，所述敏感信息还包括管梁内温度数据、管梁内压强。 [0018] 优选地：所述无砟轨道板主体在纵向按管梁方向上的长度为3‑7米，所述无砟轨道板主体的横向宽度为0.5‑0.7米，所述无砟轨道板主体的厚度为0.3‑0.6米；所述预留孔的孔径为50‑100毫米。 [0019] 优选地：相邻两个所述预留孔的孔间距为1‑3米，位于边侧的所述预留孔的中心距离板端为1.2‑1.3米。 [0020] 优选地：所述钢筋网具有双层结构，所述钢筋网包含的横向、纵向以及垂向布置的钢筋的外部均设置有绝缘层。 [0021] 优选地：若干所述方形凸台用于嵌入所述无砟轨道板主体下方的自密实混凝土层内；所述方形凸台的厚度为48‑52毫米；所述方形凸台的长度和宽度均为49‑52毫米；所述自密实混凝土填充层设置有若干预埋钢筋，所述预埋钢筋延伸至所述自密实混凝土填充层下方的长度为78‑82毫米；每根所述预埋钢筋均与若干所述方形凸台错位布置。 [0022] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果： [0023] 通过本发明，可以实现一种轨道板结构，在一种实现方式下，该结构可以包括无砟轨道板主体；所述无砟轨道板主体包括根据车辆荷载要求加载预应力的混凝土预制板结构；信息采集单元，所述信息采集单元包括光纤光栅传感器以及若干信息收集组件，所述光纤光栅传感器沿轨道纵向设置于所述无砟轨道板主体的内部且与所述无砟轨道板主体内的钢筋网的钢筋密贴相连；若干所述信息收集组件沿轨道横向且间隔地设置，并与所述光纤光栅传感器连接；无线传输单元，所述无线传输单元用于在所述信息收集组件以及位于综合基地的数据处理器之间建立通信链路；其中，所述光纤光栅传感器在所述无砟轨道板主体成型过程中设置于所述无砟轨道板主体的内部；所述信息收集组件与所述光纤光栅传感器相连，所述信息收集组件用于收集所述光纤光栅传感器采集到的敏感信息，并将所述敏感信息传递至所述数据处理器，所述敏感信息至少包括混凝土应力应变数据以及轨道板纵横向位移量；所述数据处理器用于对所述敏感信息进行处理和/或展示。该结构消除了有砟轨道道床纵向稳定性差，道砟易滑落，线路养护工作量大,维护成本高的难点，提升了轨道结构的施工质量，并可以对其使用状态进行了长期监测，提高了旅客舒适性和安全性。同时，能够提升支撑轨的施工质量，解决超高速磁浮交通支撑轨结构的整体性破坏隐患、并对结构状态进行实时监测，能够直接提升磁浮列车运行的平顺性和安全性，技术经济效果显著。通过设置预留孔的设计，提升了结构质量，消除了现场浇筑频繁穿孔带来的整体性延缓，预留了结构长期监测条件。 [0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0026] 图1是本发明实施例提供的一种轨道板结构的结构示意图； [0028] 图3是本发明实施例提供的适用于齿轨铁路用的无砟轨道板主体的结构示意图； [0029] 图4是本发明实施例提供的路基地段无砟轨道系统横断面图； [0030] 图5是本发明实施例提供的适用于真空管梁磁浮系统用的无砟轨道板主体的结构示意图； [0031] 图6是本发明实施例提供的管梁系统横断面图； [0032] 图7是本发明实施例提供的方形凸台位置及其与管梁基础连接方式示意图。 [0033] 图中：无砟轨道板主体1、光纤光栅传感器2、信息收集组件3、钢筋网4、无线传输单元5、方形凸台6、纵向凸台7、齿条扣件安装孔71、承轨台8、钢轨扣件安装孔81、齿轨9、钢轨10、路基底座11、预留孔12、模组系统连接线13、自密实混凝土层14、管梁15、管梁或隧道基础表面16。 具体实施方式[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0035] 实施例 [0036] 参见图1、图2，为本发明实施例提供的一种轨道板结构，如图1、图2所示，该结构可以包括： [0037] 无砟轨道板主体1；所述无砟轨道板主体1包括根据车辆荷载要求加载预应力的混凝土预制板结构； [0038] 信息采集单元，所述信息采集单元包括光纤光栅传感器2以及若干信息收集组件3，所述光纤光栅传感器2设置于所述无砟轨道板主体1的内部且与所述无砟轨道板主体1内的钢筋网4的钢筋密贴相连；若干所述信息收集组件沿轨道横向且间隔地设置，并与所述光纤光栅传感器连接； [0039] 无线传输单元5，所述无线传输单元5用于在所述信息收集组件3以及位于综合基地的数据处理器之间建立通信链路； [0040] 其中，所述光纤光栅传感器2在所述无砟轨道板主体1成型过程中设置于所述无砟轨道板主体1的内部；所述信息收集组件3用于收集所述光纤光栅传感器2采集到的敏感信息，并将所述敏感信息传递至所述数据处理器，所述敏感信息至少包括混凝土应力应变数据以及轨道板纵横向位移量；所述数据处理器用于对所述敏感信息进行处理和/或展示。 [0041] 本申请实施例提供的轨道板结构，采用预制的无砟轨道板作为轨道载体，采用钢筋混凝土预制结构，根据车辆荷载要求加载预应力，消除了有砟轨道存在的道床稳定性差、维护量大等问题。纵向贴合光栅光纤传感器，在端部设置信息采集组件，预制混凝土浇筑并振捣凝固后，光栅光纤传感器以及信息采集组件将保留在结构内部，可以通过该信息采集组件对预制轨道板进行长期监测。信息采集组件采集的敏感信息包括预制板间伸缩量、混凝土应力应变数据、轨道板纵横向位移量等，这些敏感信息可以通过数据处理器处理后在显示器上进行显示，方便用户查看。 [0042] 可见，该结构可以提高轨道结构的稳定性，保证施工质量，并提供实时监测能力。同时，通过该无线传输单元5可以将信息收集组件3获取到的敏感数据以无线的方式传输给数据处理器，这样的方式可以保证在设置多个无砟轨道板主体1时，可以通过各个无砟轨道板主体1包含的信息采集组件通过无线传输单元5进行组网，现场无需大量布线。 [0044] 为了保证该无砟轨道板主体1在与路基安装时获得良好的稳定性，本申请实施例还可以提供所述无砟轨道板主体1的下表面设置有若干方形凸台6。 [0045] 可以理解的是，本申请实施例提供的轨道板结构可以根据应用场景的不同，在其上部或者内部设置不同的结构。 [0046] 例如，在一种应用场景下，齿轨铁路是一种采用齿轮啮合系统提供动力，服务于地形起伏较大的山地型城镇(社区)、景区和矿区交通的中小运量轨道交通系统。相比于传统依靠轮轨蠕滑运行的线路，其显著特点是轨道中间铺设有一条与钢轨平行的齿轨，一般为齿条，同时在车辆上安装有相匹配的啮合齿轮，当车辆行驶在大坡度地段时，齿轮与齿条之间的啮合力可以克服钢轮与钢轨间粘着力不足的问题，从而具备较大的爬坡能力，可以将铁路的爬坡能力从30‰提升至300‰及以上。国外齿轨交通系统主要用于山区旅游，采用有砟轨道，有砟轨道的道床纵向稳定性差，道砟易滑落，线路养护工作量大，维护成本高。国内既有齿轨铁路主要服务于矿区隧道内，线下基础结构稳定。但随着国内基础建设需求的不断增加，应用场景的不断改进，对于齿轨铁路养护维修的要求也不断变高。 [0047] 由于有砟轨道的散粒体特性需要大量的养护维修工作量，同时，由于轨道结构本身收缩带来的齿条啮合不良的安全隐患也始终存在。 [0048] 为了解决上述问题，如图3、图4所示，本申请实施例还可以提供所述无砟轨道板主体1的上表面用于安装齿轨9以及钢轨10；所述无砟轨道板主体1的上表面设置有纵向凸台7；所述纵向凸台7的上部用于安装所述齿轨9；所述无线传输单元5设置于第三轨设备上，所述敏感信息还包括预制板间伸缩量信息。 [0049] 可以理解的是，本申请实施例提供的无砟轨道板主体1上部需要设置齿轨9以及道轨，为了方便齿轨9以及道轨的安装，本申请实施例可以提供所述无砟轨道板主体1的上表面设置有纵向凸台7；所述纵向凸台7的上部用于安装所述齿轨9。 [0050] 进一步的，所述纵向凸台7设置有若干齿条扣件安装孔71，所述齿条扣件安装孔71用于实现轨条扣件的安装，以便通过所述轨条扣件实现所述齿轨9的安装。 [0051] 两组承轨台8，两组所述承轨台8分别设置于所述无砟轨道板主体1的上表面且位于所述纵向凸台7的两侧；所述承轨台8设置有用于安装所述钢轨10的钢轨10扣件安装孔81。 [0052] 在实际应用中还可以取消轨道板向上的凸台，可以将其应用于高速铁路、地铁等场景。 [0053] 若干所述方形凸台6用于一一对应的嵌入所述无砟轨道板主体1下方的路基底座11的若干定位凹槽内。方形凸台6可以沿着行车方向成间隔分布多个，每个方形凸台6的长方向均沿无砟轨道板主体1的横向延伸。在实际应用中，若干方形凸台可以在路基基座现场浇筑施工为凝固状态下，嵌入若干定位凹槽内，保证两者连接的稳定性以及增强定位的准确性。 [0054] 为了进一步的提高路基底座11在不同安装位置使用时，可以与地面基础进行稳定连接，本申请实施例可以提供所述路基底座11与路基之间设置有用于加强纵横向连接的若干钢钎。无砟轨道板安装在路基地段时，路基底座11和路基间通过钢钎加强纵横向连接。 [0055] 所述路基底座11与桥梁或隧道基础表面间设之间设置有用于加强纵横向连接的若干预埋钢筋钩。无砟轨道板安装在桥梁、隧道地段时，路基底座11和桥梁、隧道间通过预埋钢筋钩加强纵横向连接。 [0056] 在另一些应用场景中，对于高速运行的地面交通工具而言，空气阻碍了速度更进一步的提升，为了解决这个技术问题，工程师提出了真空管道+磁悬浮的概念，将车辆封闭在真空管道内运行以消除空气阻力。超高速磁浮车辆在启停阶段都需要通过支撑轨来提供垂向支撑并以保持车辆稳定。真空管内的密封环境和管梁15受力状态也影响着列车超高速运营的安全性、稳定性，需要对真空管梁15的服役状态进行长期的安全监测。 [0057] 目前，行业技术处于研发阶段，支撑轨采用普通钢筋混凝土浇筑，现场钻孔或用模具预留模组连接线的横穿孔洞，并在管梁15钢壳上安装监测设备。现有技术中支撑轨采用混凝土结构，纵向连续现浇，在桥梁(一般长度20‑30米)梁缝位置断开，模组连接线在支撑轨两侧分列，在支撑轨内纵向间隔1.5m左右开孔以横穿连接线，横穿支撑轨时，需要在支撑轨横向打孔或在现浇结构内预埋管材。 [0058] 然而，采用现场浇筑开孔的方式，由于管道内模组系统连接线13需要频繁开槽横穿支撑轨，这种方式会降低支撑轨混凝土结构的整体性。同时，由于连接线在不同位置的管径需求是不同的，横穿位置也不是完全固定的，存在一定的随机性，并且，由于支撑轨安装在前，模组结构安装在后，这使得现场施工时，存在一定的难度，容易造成预留管径与需求不符，或未开孔、忘记开孔等问题，需要后期补救，无论是管径扩宽或是临时开孔，都会破坏支撑轨的整体性、耐久性。 [0059] 为了解决上述问题，如图5、图6、图7所示，本申请实施例可以提供所述无砟轨道板主体1中间设置有横向贯通的若干预留孔12，所述预留孔12内设置有玻璃管内衬，所述玻璃管内衬用于供管道内模组系统连接线13穿过；所述无线传输单元5设置于管梁15上，所述敏感信息还包括管梁15内温度数据、管梁15内压强。 [0060] 在低真空条件下，相较于现有技术中现场浇筑结构，预制结构的耐久性更高、寿命周期更长，不容易发生混凝土劣化、破损等问题。由于现浇结构受施工质量、养护水平的限制，不可避免的导致部分地段混凝土结构的提前破损，产生的小碎片在低真空、超高速条件下严重危害行车运营安全。此外在部分区段混凝土需要破除维修时，现浇结构需要对维修区段的混泥土道床逐步拆除，用时久、费用更高，预制结构仅需要用千斤顶顶起预制道床，直接更换即可，维修更加方便。 [0061] 该结构满足低真空管道超高速磁浮列车的高速、高平顺需求，并对其服役状态进行监测，采用具有长期监测能力的装配式支撑轨结构，保证支撑轨结构的施工质量，解决了模组系统连接线13频繁开孔降低支撑轨结构整体性的问题，并基于光纤光栅传感器2为系统的安全运营提供了一种长期监测方案。 [0062] 进一步的，所述无砟轨道板主体1在纵向按管梁15方向上的长度为3‑7米，所述无砟轨道板主体1的横向宽度为0.5‑0.7米，所述无砟轨道板主体1的厚度为0.3‑0.6米。无砟轨道板主体1在纵向按管梁15长度以3‑7米划分为单元结构，根据管梁15纵向长度，优选的，宜采用5米长度。无砟轨道板主体1横向宽度为0.5‑0.7米，根据列车参数分析，优选的，宜采用0.6米宽度；无砟轨道板主体1厚度为0.3‑0.6米，根据结构受力分析，优选的，宜选用0.4米厚度。 [0063] 所述预留孔12的孔径为50‑100毫米。无砟轨道板主体1中间设置横向贯通的预留孔12，孔径为50‑100毫米，优选的，宜选用DN80玻璃管作为孔径内衬。相邻两个所述预留孔12的孔间距为1‑3米，位于边侧的所述预留孔12的中心距离板端为1.2‑1.3米。预留孔12根据模组穿孔需要，孔间距可按1‑3米设置，优选的，宜采用2.5米间距，边侧预留孔12中心距离板端宜为1.25米。经对模组预制板供电、通信、信号等电缆需求分析，其孔径需求一般在 50‑100mm范围，管径距离在1‑5m左右，经调研分析，本专利优选的提出，采用80mm管径、2.5m间距时，能够覆盖全部的穿管需求。 [0064] 进一步的，所述钢筋网4具有双层结构，所述钢筋网4包含的横向、纵向以及垂向布置的钢筋的外部均设置有绝缘层。无砟轨道板主体1内部按双层钢筋设置，纵向、横向、垂向钢筋采用绝缘处理，避免钢筋独自闭合；在需要时，可以电气连接闭合，在板端设置综合接口，统一引出后汇集。 [0065] 为了保证无砟轨道板主体1安装后的稳定性，本申请实施例还可以提供所述若干所述方形凸台6用于嵌入所述无砟轨道板主体1下方的自密实混凝土层14内。进一步的，所述方形凸台6的厚度为48‑52毫米；所述方形凸台6的长度和宽度均为49‑52毫米。 [0066] 所述自密实混凝土填充层设置有若干预埋钢筋，所述预埋钢筋延伸至所述自密实混凝土填充层下方的长度为78‑82毫米；每根所述预埋钢筋均与若干所述方形凸台6错位布置。预埋钢筋可以深入管梁或隧道基础表面16以下。 [0067] 无砟轨道板主体1带有向下的方形凸台6，方形凸台6厚度宜为50mm，方形凸台67尺寸宜为50mm*50mm，预制板和管梁15之间采用自密实混凝土填充，填充厚度应大于80mm，优选的，宜采用100mm厚度，管梁15内预埋钢筋以加强连接，预埋钢筋与凸台错开布置，钢筋漏出高度80mm。 [0068] 向下的方形凸台6，能够让预制板更好的嵌入进自密实混凝土层14内，并给予其更未定的纵横向约束。自密实混凝土浇筑后，其凝固之前将预制板从上方吊装过来，下降到设计位置后，等待下方的自密实混凝土凝固后撤走吊装工装。 [0069] 总之，本申请提供的轨道板结构，消除了有砟轨道道床纵向稳定性差，道砟易滑落，线路养护工作量大,维护成本高的难点，提升了轨道结构的施工质量，并可以对其使用状态进行了长期监测，提高了旅客舒适性和安全性。同时，能够提升支撑轨的施工质量，解决超高速磁浮交通支撑轨结构的整体性破坏隐患、并对结构状态进行实时监测，能够直接提升磁浮列车运行的平顺性和安全性，技术经济效果显著。通过设置预留孔12的设计，提升了结构质量，消除了现场浇筑频繁穿孔带来的整体性延缓，预留了结构长期监测条件。 [0070] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 |
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