一种地道床用自排装置及排水方法

申请号 CN202110075782.5 申请日 2021-01-20 公开(公告)号 CN112900160B 公开(公告)日 2022-07-08
申请人 东南大学; 发明人 金浩;
摘要 本 发明 公开了一种地 铁 道床用自排 水 装置及排水方法,自排水装置埋置在地铁道床底部,从外至内依次为 外壳 、吸 水体 、透水层和排水槽;排水槽沿轨道长度方向密贴于隧道仰拱处,当道床与隧道剥离后,与地铁道床两侧的排水通道相连通;透水层罩设在排水槽外侧,吸水体设置在透水层的外周;外壳罩设在透水层外周,且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙。本发明设置在道床内部,能及时排出隧道与道床间的渗漏水,避免道床脱空加剧,避免出现冒泥现象,保障列车行车运行安全。
权利要求

1.一种地道床用自排装置,其特征在于:自排水装置埋置在地铁道床底部,且密贴于隧道衬砌顶部;
自排水装置从外至内依次设置外壳、吸水体、透水层和排水槽;
排水槽沿轨道长度方向密贴于隧道衬砌顶部,当道床与隧道剥离后,排水槽与地铁道床两侧的排水通道相连通;
透水层罩设在排水槽外侧,吸水体设置在透水层的外周;
外壳罩设在透水层外周,且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙;吸水体为多孔材料,弹性模量设置为4‑9MPa;以保证在列车荷载的作用下,预留缝隙高度的减小量在
0.9‑2.5mm范围内;道床浇筑前预留缝隙初始高度设置为1.5‑4.5mm,浇筑道床后预留缝隙的高度降低至1‑3mm,列车经过时排水装置外壳受压,在列车荷载的作用下预留缝隙的高度降低至0.1‑0.5mm;
当地铁道床上部有列车通过时,列车荷载传至外壳上部,外壳高度下降,挤压吸水体,吸水体中储存的积水通过透水层,汇集到排水槽中,并排到地铁道床结构外部;与此同时,预留缝隙的高度从1.2mm降低至0.1mm;列车通过后,吸水体在自身弹作用下,带动外壳缓慢上升;
道床浇筑后,预留缝隙高度减小量ΔH1计算公式为:
在列车荷载作用下,预留缝隙高度减小量ΔH2计算公式为:
预留缝隙高度计算公式为:
H0=H2+ΔH1+ΔH2
其中,
H为吸水体高度,单位:mm;
H0为预留缝隙初始高度,单位:mm;
H2为列车荷载作用下预留缝最小高度,单位:mm;
ΔH1为道床浇筑后预留缝隙高度减少量,单位:mm;
ΔH2为列车荷载作用下预留缝隙高度减小量,单位:mm;
E为吸水体材料的弹性模量,单位:MPa;
m0为一节列车长度范围内的道床质量,单位:t;
P为一节列车总轴重,单位:t;
σ0为道床最低点压应力,单位:MPa;
2
S1为自排水装置外壳上表面面积,单位:mm;
2
S2为自排水装置吸水体与管片接触面积,单位:mm。
2.根据权利要求1所述的地铁道床用自排水装置,其特征在于:排水槽断面面积S的计算公式为:
S=Q/V
其中,Q为地铁盾构隧道中渗漏水量;
V为根据地铁线路纵坡平均坡度,计算得出的水流速度。
3.根据权利要求1所述的地铁道床用自排水装置,其特征在于:排水槽的断面呈矩形,外壳和透水层的断面均呈倒置的U型,吸水体的断面呈倒置的凹字型。
4.一种地铁道床用自排水方法,基于权利要求1‑3任一项所述的地铁道床用自排水装置,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1、设置自排水装置:在隧道仰拱处布设至少一个自排水装置;其中,每个自排水装置中的排水槽均沿轨道长度方向密贴于隧道仰拱;透水层罩设在排水槽外侧,吸水体设置在透水层的外周;外壳罩设在透水层外周,且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有初始高度为H0的预留缝隙;
步骤2、浇筑地铁道床:在设置有自排水装置的隧道内浇筑地铁道床,使每个自排水装置均内置在地铁道床底部;此时,外壳底端面与隧道衬砌之间设置的预留缝隙的高度,将由H0降低至H1,其中,H1<H0;预留缝隙初始高度H0范围为1.5‑4.5mm,H1范围为1‑3mm;
步骤3、吸水:汇集在地铁道床底部或道床脱空腔中的积水,通过步骤2中高度为H1的预留缝隙与吸水体相接触,吸水体吸纳积水;
步骤4、自排水:当地铁道床上部有列车通过时,列车荷载传至外壳上部,外壳高度下降,挤压吸水体,吸水体中储存的积水通过透水层,汇集到排水槽中,通过排水槽汇集到蓄水池,并通过排水排水;与此同时,预留缝隙的高度从H1降低至H2,且H2>0;列车通过后,吸水体在自身弹力作用下,带动外壳缓慢上升,预留缝隙的高度从H2上升至H3,其中,H3≤H1;预留缝高度H2范围为0.1‑0.5mm;
步骤5、重复步骤1至步骤4,实现地铁道床的循环自排水。

说明书全文

一种地道床用自排装置及排水方法

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通领域,特别是一种地铁道床用自排水装置及排水方法。

背景技术

[0002] 随着地铁运输需求及运营里程不断扩大,地铁隧道险及病害发生的次数也在不断增加。其中,道床脱空是地铁隧道普遍存在的病害问题。地铁整体道床脱空后会出现渗水、翻浆冒泥现象,地下渗出的积水会进一步腐蚀道床,使道床最终形成脱空状态。整体道床脱空在列车经过时使轨道线路及整体道床产生变形或下沉,情况严重可能影响列车正常运行速度,给地铁运营造成极大的安全隐患。
[0003] 地铁隧道渗漏水是导致道床脱空的主要诱因。然而,现有地铁隧道排水措施多为道床表面排水,一旦道床发生的脱空,现有排水措施无法及时排出隧道与道床之间的积水,将进一步导致脱空加大,影响列车安全运行。因此,如何发明一种设置在道床结构内部,能及时排出隧道与道床间渗漏水的自排水装置,成为行业亟需。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种地铁道床用自排水装置及排水方法,该地铁道床用自排水装置设置在道床结构内部,能及时排出隧道与道床间渗漏水,避免道床脱空加剧,进而避免出现翻浆冒泥现象,保障列车安全运行。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
[0006] 一种地铁道床用自排水装置,自排水装置埋置在地铁道床底部,且密贴于隧道衬砌顶部。
[0007] 自排水装置从外至内依次设置外壳、吸水体、透水层和排水槽。
[0008] 排水槽沿轨道长度方向密贴于于隧道衬砌顶部,当道床与隧道剥离后,排水槽与地铁道床两侧的排水通道相连通。
[0009] 透水层罩设在排水槽外侧,吸水体设置在透水层的外周。
[0010] 外壳罩设在透水层外周,且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙。
[0011] 吸水体为多孔材料,弹性模量设置为4‑9MPa。以保证在列车荷载的作用下,预留缝隙高度的减小量在0.9‑2.5mm范围内。
[0012] 道床浇筑前预留缝隙初始高度设置为1.5‑4.5mm,浇筑道床后预留缝隙的高度降低至1‑3mm,列车经过时排水装置外壳受压,在列车荷载的作用下预留缝隙的高度降低至0.1‑0.5mm。
[0013] 道床浇筑后,预留缝隙高度减少量ΔH1计算公式为:
[0014]
[0015] 在列车荷载作用下,预留缝隙高度减小量ΔH2计算公式为:
[0016]
[0017] 预留缝隙高度计算公式为:
[0018] H0=H2+ΔH1+ΔH2
[0019] 其中,
[0020] H为吸水体高度,单位:mm。
[0021] H0为预留缝隙初始高度,单位:mm。
[0022] H2为列车荷载作用下预留缝最小高度,单位:mm。
[0023] ΔH1为道床浇筑后预留缝隙高度减少量,单位:mm。
[0024] ΔH2为列车荷载作用下预留缝隙高度减小量,单位:mm。
[0025] E为吸水体材料的弹性模量,单位:MPa。
[0026] m0为一节列车长度范围内的道床质量,单位:t。
[0027] P为一节列车总轴重,单位:t。
[0028] σ0为道床最低点压应,单位:MPa。
[0029] S1为自排水装置外壳上表面面积,单位:mm2。
[0030] S2为自排水装置吸水体与管片接触面积,单位:mm2。
[0031] 排水槽断面面积S的计算公式为:
[0032] S=Q/V
[0033] 其中,Q为地铁盾构隧道中渗漏水量。
[0034] V为根据地铁线路纵坡平均坡度,计算得出的水流速度。
[0035] 排水槽的断面呈矩形,外壳和透水层的断面均呈倒置的U型,吸水体的断面呈倒置的凹字型。
[0036] 一种地铁道床用自排水方法,包括如下步骤。
[0037] 步骤1、设置自排水装置:在隧道仰拱处布设至少一个自排水装置。其中,每个自排水装置中的排水槽均沿轨道长度方向密贴于隧道仰拱。透水层罩设在排水槽外侧,吸水体设置在透水层的外周。外壳罩设在透水层外周,且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有初始高度为H0的预留缝隙。
[0038] 步骤2、浇筑地铁道床:在设置有自排水装置的隧道内浇筑地铁道床,使每个自排水装置均内置在地铁道床底部。此时,外壳底端面与隧道衬砌之间设置的预留缝隙的高度,将由H0降低至H1,其中,H1<H0。预留缝隙初始高度H0范围为1.5‑4.5mm,H1范围为1‑3mm。
[0039] 步骤3、吸水:汇集在地铁道床底部或道床脱空腔中的积水,通过步骤2中高度为H1的预留缝隙与吸水体相接触,吸水体吸纳积水。
[0040] 步骤4、自排水:当地铁道床上部有列车通过时,列车荷载传至外壳上部,外壳高度下降,挤压吸水体,吸水体中储存的积水通过透水层,汇集到排水槽中,通过排水槽汇集到蓄水池,并通过排水排水。与此同时,预留缝隙的高度从H1降低至H2,且H2>0。列车通过后,吸水体在自身弹力作用下,带动外壳缓慢上升,预留缝隙的高度从H2上升至H3,其中,H3≤H1。预留缝高度H2范围为0.1‑0.5mm。
[0041] 步骤5、重复步骤1至步骤4,实现地铁道床的循环自排水。
[0042] 本发明具有如下有益效果:
[0043] 本发明通过在道床内部设置自排水装置,在道床与隧道衬砌结合面形成排水通道,及时排出渗漏水,防止道床脱空进一步加大,有利于道床脱空病害的整治,保证地铁列车安全运行。附图说明
[0044] 图1显示了本发明一种地铁道床用自排水装置的结构示意图。
[0045] 图2显示了本发明一种地铁道床用自排水装置的第一种布置位置示意图。
[0046] 图3显示了本发明一种地铁道床用自排水装置的第二种布置位置示意图。
[0047] 其中有:
[0048] 1、外壳;2、吸水体;3、透水层;4、排水槽;5、地铁道床;6、隧道衬砌;7、预留缝隙;8、自排水装置;9、轨道板;10、列车荷载。

具体实施方式

[0049] 下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0050] 本发明的描述中,需要理解的是,术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度,因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案,并不限制本发明的保护范围。
[0051] 如图2和图3所示,一种地铁道床用自排水装置,简称自排水装置8,埋置在地铁道床5底部,且密贴于隧道衬砌6顶部。
[0052] 如图1所示,一种地铁道床用自排水装置,从外至内依次设置外壳1、吸水体2、透水层3和排水槽4。
[0053] 排水槽沿轨道长度方向布设在隧道衬砌顶部,当道床与隧道剥离后,排水槽与地铁道床外侧的排水通道相连通。在本实施例中,排水槽优选为矩形,排水槽断面面积S的计算公式为:
[0054] S=Q/V
[0055] 其中,Q为地铁盾构隧道中渗漏水量,设计值为21L/s,具体由消防废水、结构渗漏水和轨道冲洗水三部分组成,其设计值由给排水设计专业给出。
[0056] V为根据地铁线路纵坡平均坡度(3%),计算得出的水流速度0.5m/s。
[0057] 可得排水槽断面面积S为0.042m2。
[0058] 根据排水槽断面面积S,按照深宽比1∶2.3确定排水槽宽310mm,高135mm。按道床浇筑后吸水体断面面积等于排水槽面积,确定吸水体宽430mm,高195mm。
[0059] 透水层罩设在排水槽外侧,透水层优选为金属网状结构。本实施中,透水层的断面呈倒置的U型,透水层的U型内腔形成矩形的排水槽。
[0060] 吸水体设置在透水层的外周,吸水体的断面优选呈倒置的凹字型。吸水体为多孔材料,弹性模量为4‑9MPa,本实施例中优选取5MPa,从而保证在列车荷载的作用下,预留缝隙高度的减小量在0.9‑2.5mm范围内。
[0061] 外壳罩设在透水层外周,断面优选呈倒置的U型,且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙7。
[0062] 道床浇筑后,预留缝隙高度减少量ΔH1计算公式为:
[0063]
[0064] 在本实施例中,道床浇筑后,计算得预留缝隙高度优选减少量ΔH1=0.8mm;也即,浇筑道床后预留缝隙的高度降低至1‑3mm。
[0065] 在列车荷载作用下,列车经过时排水装置外壳受压,预留缝隙高度减小量ΔH2计算公式为:
[0066]
[0067] 在本实施例中,列车荷载作用下,计算预留缝隙高度优选减小量ΔH2=1.1mm;也即,在列车荷载的作用下预留缝隙的高度降低至0.1‑0.5mm。
[0068] 预留缝隙初始高度计算公式为:
[0069] H0=H2+ΔH1+ΔH2
[0070] 其中,
[0071] H为吸水体高度,单位:mm。
[0072] H0为预留缝隙初始高度,单位:mm。
[0073] H2为列车荷载作用下预留缝最小高度,单位:mm。
[0074] ΔH1为道床浇筑后预留缝隙高度减少量,单位:mm。
[0075] ΔH2为列车荷载作用下预留缝隙高度减小量,单位:mm。
[0076] E为吸水体材料的弹性模量,单位:MPa。
[0077] m0为一节列车长度范围内的道床质量,单位:t。
[0078] P为一节列车总轴重,单位:t。
[0079] σ0为道床最低点压应力,单位:MPa。
[0080] S1为自排水装置外壳上表面面积,单位:mm2。
[0081] S2为自排水装置吸水体与管片接触面积,单位:mm2。
[0082] 在本实施例中,经过上述计算后,道床浇筑前预留缝隙初始高度设置优选为1.5‑4.5mm,进一步为2.0mm。
[0083] 步骤1、设置自排水装置:在隧道衬砌上表面布设至少一个自排水装置。
[0084] 自排水装置优选具有如下两种布设方式:
[0085] 布设方式一:自排水装置的数量为一个,布设在轨道板9正下方(也即地铁道床最低点)的隧道衬砌上表面,在满足道床结构的动力学响应的前提下,可满足排水要求。
[0086] 布设方式二:自排水装置的数量为三个,沿周向均匀布设在隧道衬砌上表面,在满足道床结构的动力学响应的前提下,以满足产生大量结构渗漏水情况下的排水要求。当然,作为替换,自排水装置的数量也可以为若干个,具体根据隧道衬砌的渗水量进行设置。
[0087] 外壳罩设在透水层外周,且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有高度为2.0mm的预留缝隙。
[0088] 步骤2、浇筑地铁道床:在设置有自排水装置的隧道衬砌上方浇筑地铁道床,使得每个自排水装置均内置在地铁道床底部。此时,外壳底端面与隧道衬砌之间设置的预留缝隙的高度,将由2.0mm降低至1.2mm。
[0089] 步骤3、吸水:汇集在地铁道床底部或道床脱空腔中的积水,通过步骤2中高度为1.2的预留缝隙与吸水体相接触,吸水体吸纳积水。
[0090] 步骤4、自排水:当地铁道床上部有列车通过时,列车荷载传至外壳上部,外壳高度下降,挤压吸水体,吸水体中储存的积水通过透水层,汇集到排水槽中,并排到地铁道床结构外部。与此同时,预留缝隙的高度从1.2mm降低至0.1mm。列车通过后,吸水体在自身弹力作用下,带动外壳缓慢上升。
[0091] 步骤5、重复步骤1至步骤4,实现地铁道床的循环自排水。
[0092] 以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。
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