非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道 |
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| 申请号 | CN202210736389.0 | 申请日 | 2022-06-27 | 公开(公告)号 | CN115341416A | 公开(公告)日 | 2022-11-15 |
| 申请人 | 北京交通大学; | 发明人 | 钟阳龙; 李宗昊; 高亮; 邵春强; 康曼; 赵书鑫; 张芷寒; 蔡小培; 肖宏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于轨道结构技术领域，具体提供了一种 非 牛 顿 流体 作为填充层的 变形 自动调整式无砟轨道，该无砟轨道包括：1)无砟轨道主体，其包括 钢 轨(1)以及用于安装所述钢轨的轨道板(2)；2)隔断袋(3)，其设置于所述轨道板的下方；以及3)底座板(5)，其设置于所述隔断袋的下方并铺设于线路的路基上；其中，所述隔断袋(3)形成有填充腔室，所述填充腔室内填充有 非 牛顿流体 (4)。通过这样的构成，优化了传统的无砟轨道的轨道结构，有效地解决了传统的无砟轨道所出现的线下 基础 变形(如沉降、上拱等)问题，由于本发明具有结构简单的优点，因此在未来包含无砟轨道的线路中具有广阔的应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，其特征在于，所述无砟轨道包括： |
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| 说明书全文 | 非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道技术领域背景技术[0002] 高速铁路因其具有载客量高、耗时少、安全性好、正点率高、舒适方便以及能耗低等方面的优点，目前已经成为了交通运输领域最典型的道路方式之一。高速铁路的结构中包含用于承载并允许列车行走的轨道，其中的无砟轨道因其具有线路稳定、平顺等方面优点，有利于在形成高速铁路时铺设出无缝线路以保证列车的高速行驶，故而被作为高速铁路的轨道的首选形式，并且在未来也仍将是各骨干路线建设中所选择的主要的轨道形式。 [0003] 以国内高速铁路为例，运营实践表明，采用无砟轨道的线路(高速铁路)运营状态总体良好，但在线路的部分区段出现了一定程度的病害，其中，线路的主要病害之一表现为线下基础变形(沉降、上拱等)是，线下基础变形的出现为较为明显地影响包含线路在内的总体轨道系统的服役状态以及行车的安全性和舒适性等指标。目前，国内高速铁路主要采用特殊扣件系统调整、注浆抬升、切割无砟道床等措施针对线下基础变形进行整治。工程实践表明，当线下基础变形较大时，存在整治时间较长、成本较高、影响线路正常运营等方向的。因此，亟待进一步提升无砟轨道的变形调整能力亟待进一步提升以降低相关病害整治时间及整治成本。进一步的研究数据表明，无砟轨道的路基、桥梁、隧道中出现沉降、上拱等线下基础变形的概率更好且变形尤为明显/严重，以路基出现沉降变形的路段为例，如路基的沉降量已经超出铁路扣件的调整范围因此无法满足轨道标准高度的基本要求。 [0004] 相关领域的学者针对无砟轨道在运营、维修、养护中所面临的问题进行了深入研究，也提出了较为合理的解决方案，如采用强夯法增加路基的密实度、通过压力灌浆对路基不均匀沉降处进行处治等，但对于维修轨道结构产生的时间、成本问题以及维修对轨道结构的二次破坏问题等尚未得出较好的解决方案，故而如何克服无砟轨道存在的上述问题，成为了现阶段轨道结构进一步发展的瓶颈难题。 [0005] 相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。 发明内容[0006] 技术问题 [0007] 为了至少在一定程度地解决上述技术问题，提出本发明。 [0008] 技术方案 [0009] 有鉴于此，本发明提供了一种种采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，该无砟轨道包括：1)无砟轨道主体，其包括钢轨以及用于安装所述钢轨的轨道板；2)隔断袋，其设置于所述轨道板的下方；以及3)底座板，其设置于所述隔断袋的下方并铺设于线路的路基上；其中，所述隔断袋形成有填充腔室，所述填充腔室内填充有非牛顿流体。 [0010] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，所述无砟轨道还包括：至少一个凸形挡台，其设置于所述底座板和/或所述轨道板。 [0011] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，所述凸形挡台以一体灌浇的的方式设置于所述底座板。 [0012] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，沿所述轨道板靠近所述钢轨的侧面观察，所述凸形挡台和轨道板齐平。 [0013] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，沿所述轨道板沿其厚度方向的投影面观察，所述隔断袋(3)的面积与轨道板的面积大致相等。 [0014] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，所述隔断袋为具有弹性性能的结构。 [0015] 其中，隔断袋应当具备良好的弹性性能，主要是满足于在路基发生不均匀沉降时可以确保非牛顿流体可以较好的发挥其自流平特征以实现无砟轨道所处的线路对线下基础变形的自适应。 [0016] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，所述隔断袋为具有密封性能的结构。 [0017] 其中，隔断袋的密封性能主要是为保证在将非牛顿流体灌注至隔断袋之后，处于隔断袋内的非牛顿流体不外溢。如实现隔断袋的密封性能的方式可以为：将非牛顿流体装入隔断袋后，借助于密封胶等措施将隔断袋完全密封，保证其不会在施工或者轨道线下基础变形时由于泄露等问题而影响隔断袋内的非牛顿流体发挥其自流平特性的水平。 [0018] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，所述隔断袋为具有粘接性能的结构。 [0019] 其中，隔断袋应当具备较好的粘结性能，主要是为了保证其能够与上方的轨道板结构及下方的底座板之间均能够可靠地粘接在一起，从而起到类似于CRTSⅠ、Ⅱ型板式无砟轨道中CA砂浆的作用。 [0020] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，所述非牛顿流体为聚乙烯、聚丙烯酰胺和聚氯乙烯中的一种或者几种。 [0021] 对于上述采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道，所述钢轨通过扣件安装至所述轨道板。 [0022] 技术效果 [0023] 本发明的采用非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道在基本不改变原有轨道结构的前提下，通过增加包含了非牛顿流体的层(隔断袋)，当轨道结构正常运营时，隔断袋内的非牛顿流体在列车、钢轨、轨道板等结构施加的压力的作用下会暂时变成固体，不会对轨道结构的正常运营有任何影响。但在轨道结构出现病害时，尤其在前述的线下基础变形(如沉降、上拱等)较为明显的地段，隔断袋内的非牛顿流体可以通过其自身所具备的自流平特征，实现轨道结构所处的线路对线下基础变形的自适应，从而可以在不影响轨道结构正常运营的情况下，最大程度地降低由于轨道结构需要整治其病害所产生的的时间以及成本等问题，并且，这样的自适应调整也可有效地避免维修对轨道结构的二次破坏，进而也便不会去面对如何应对二次破坏后不好解决的问题。 [0024] 可以看出，本发明优化了传统的无砟轨道的轨道结构，有效地解决了传统的无砟轨道所出现的线下基础变形(如沉降、上拱等)问题，由于其具有结构简单的优点，因此在未来包含无砟轨道的线路中具有广阔的应用前景。附图说明 [0025] 下面参照附图来描述本发明的非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道。附图中： [0026] 图1示出本发明一种实施例的非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道的结构示意图；以及 [0027] 图2示出本发明一种实施例的非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道的侧视示意图。 [0028] 附图标记列表 [0029] 100、非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道；1、钢轨；2、轨道板；3、隔断袋；4、非牛顿流体；5、底座板；6、凸形挡台。 [0030] 其中，盛装于隔断袋内的非牛顿流体采用引线为虚线的方式示出。 具体实施方式[0031] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。 [0032] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。 [0033] 另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节，本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的无砟轨道的施工方式等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。 [0034] 参照图1和图2，图1示出本发明一种实施例的非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道的结构示意图，图2示出本发明一种实施例的非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道的侧视示意图。如图1和图2所示，在一种可能的实施方式中，非牛顿流体作为填充层的变形自动调整式无砟轨道100主要包括钢轨1、轨道板2、隔断袋3、非牛顿流体4、底座板5和凸形挡台6。其中，钢轨1包括两个并通过扣件安装于轨道板2的指定位置处。非牛顿流体4盛装在隔断袋3中，包含非牛顿流体的隔断袋3铺设于轨道板2的下面以及底座板5的上面。底座板5铺设于无砟轨道所处的线路的路基上。轨道板2和底座板5一般采用预制结构，但也可以采用现浇结构。 [0035] 在一种可能的实施方式中，轨道板2沿长度方向的两个侧边的大致中部的位置分别设有凸形挡台6，两个凸形挡台6与底座板5灌浇成一个整体，并且沿上端面的高度与轨道板2的上侧面大致齐平。其中，凸形挡台6可参照CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构的组成部分，其主要功能是限制轨道板的纵、横向位移。凸形挡台的具体结构形式、布置方式等可按固定于底座上的悬臂构件设计。如凸形挡台的形式可以是：a)在轨道板和底座板上分别设置一个结构，两个结构对接(如插接或者扣合)形成单个凸形挡台；b)在轨道板和底座板上分别设置有两个凸形挡台，两个凸形挡台之间沿轨道板的宽度方向间隔排布；等。优选地，轨道板2与凸性挡台6之间可用树脂材料等缓冲结构来填充，以减少在传递水平力时对凸形挡台6的冲击，增加凸形挡台的使用寿命。 [0036] 在一种可能的实施方式中，隔断袋3应当具有完全密封的性能，以保证盛装于其(填充腔室)内的非牛顿流体4不会发生泄露。此外，隔断袋3应当具有良好的弹性性能，以保证其在运送、施工过程中以及施工完成后不会产生损坏，以及保证其在横向(轨道板/底座板的宽度方向)上不会发生形变。 [0037] 在本发明的无砟轨道中，之所以将装有非牛顿流体4的隔断袋3铺设在轨道板2的下面，是需要在无砟轨道正常运营的情况下保证其上方能够向隔断袋3施加足够大的压力从而使非牛顿流体4因其自身具有的粘性特征而暂时地变成固态。之所以将底座板5将装有非牛顿流体4的隔断袋3铺设在底座板5的上面，是为了方便施工。这样一来，便可在基本不改变原有施工程序下，仅通过增加铺设包含非牛顿流体4的隔断袋3的方式来对无砟轨道进行改进。 [0038] 这样一来，装有非牛顿流体4的隔断袋3在铺设时，直接铺设在轨道板2和底座板5之间，即传统的无砟轨道的CA砂浆的位置，这样的设置能够较好地连接轨道板2和底座板5，通过调整隔断袋3的厚度可以调整轨道板2的定位，并起到一定限位作用。具体而言，调整轨道板2的定位主要是在安装轨道板的施工过程中利用非牛顿流体的粘性来控制轨道板的位置，从而保证线路的平顺性。限位作用主要是在凸形挡台结构限位之后，保证轨道板进一步的限位。 [0039] 当整个轨道结构施工完成后，装有非牛顿流体4的隔断袋3仅作为填充层设置于无砟轨道的轨道结构中，因非牛顿流体4自有的粘度较强的属性(在其受到压力时会产生粘度，在压力不断加大的时候粘度也会不断加强，当压力极强的时候非牛顿流体4会暂时变成一种硬度极高的固态)，故而当其受到如行人/列车、钢轨1、轨道板2等形式的大荷载时，便会暂时地变为并维持固态形式，并且在横向上具有一定的刚度使之不会在横向上发生形变。即：在无砟轨道的轨道结构完好的情情形下以及无砟轨道的路基等并未出现病害时，并不会影响无砟轨道的轨道结构的强度等性能，从而能构保持无砟轨道的轨道结构的正常运营。 [0040] 而当出现不均匀的线下基础变形时，尤其在线下基础变形的沉降、上拱等较大的地段，无砟轨道的的轨道结构内部就会出现不同程度的损伤。此时，装在隔断袋3内的非牛顿流体4可以通过其自身的自流平特征，实现线路对基础变形的自适应，从而保证无砟轨道所处的线路的正常运营，大大地降低了整治病害所需的时间与成本，并且有效地避免了轨道结构通过传统的维修方式来整治病害时所出现的轨道结构被二次破坏的问题。 [0041] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。如本发明是基于路基上的无砟轨道纵连板的改进例，事实上在桥梁、隧道等线路中的不同地段也具有有同样的原理。 |
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