CN114032720B - 一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置及其安装方法，所述包括处于铁道路基下方弧形的引导通道，引导通道的两端高于中部；所述引导通道内插入有拱形杆件；拱形杆件上沿长度方向安装有若干防水型差分电容式感应控制装置，防水型差分电容式感应控制装置通信连接有电路系统；拱形杆件两端分别通过锚固件固定在路基中。本发明中各个子系统相互配合，有效减少轨道下高应力引起的变形，解决因含水量增加岩土体膨胀引起的变形，并预警轨道产生大变形，从而保证列车的安全高速运行。非开挖方式的安装方法有效地避免了在处理轨道变形时对轨道的拆除和恢复等复杂的施工过程，提高了施工效率，适用范围广。

Description

一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及非开挖施工安装管道技术领域，具体为一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法。

背景技术

众所周知，铁路轨道是连接城市交通的重要工具。它具有固定铁路轨道轨距，承载钢轨及通过车辆的重量荷载，使轨道压力荷载均匀分散传递至路基，保持线路稳定畅通。

高铁运行速度快，若轨道结构发生微小变形，列车运行则会受到影响，甚至出现交通事故，因此对轨道的平整度要求极高。由于岩土体的开挖，两侧山体的应力向中间挤压，部分岩土体受到挤压后向上隆起，轨道出现变形。除此之外，目前在泥岩区域修筑的铁路轨道，其路基也往往会出现的隆起膨胀。泥岩具有强度低，易风化崩解，且具有一定的膨胀性，当泥岩在含水量出现不均匀变化时，岩土体呈现不均匀胀缩，最终表现在轨道结构出现鼓胀变形。

因此，针对广泛存在的膨胀泥岩，为有效地阻隔地应力对轨道底部的影响，切断应力的传递路径，并且解决其吸水膨胀的问题，提出了一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置及其安装方法来达到此目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决铁道路基的微膨胀变形以及泥质岩石吸水膨胀所给轨道结构带来的病害，而提出的一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置及其安装方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置，包括处于铁道路基下方弧形的引导通道，引导通道的两端高于中部；所述引导通道内插入有拱形杆件；拱形杆件上沿长度方向安装有若干防水型差分电容式感应控制装置，防水型差分电容式感应控制装置通信连接有电路系统；拱形杆件两端分别通过锚固件固定在路基中。

进一步的改进，所述拱形杆件上均匀成形有若干凹槽，防水型差分电容式感应控制装置固定在凹槽内；所述锚固件为锚杆，锚杆为预应力锚杆。

进一步的改进，所述防水型差分电容式感应控制装置包括陶瓷材料制备的圆柱桶，圆柱桶内插入有PPS工程塑料绝缘体，PPS工程塑料绝缘体与圆柱桶的上交界面和下交界面处分别安装有第一金属弹性隔离膜片和第二金属弹性隔离膜片；对应第一金属弹性隔离膜片和第二金属弹性隔离膜片，PPS工程塑料绝缘体内分别固定有第一圆形金属平板、第二圆形金属平板。

进一步的改进，所述圆柱桶为类竹节结构，圆柱桶上下端面开口，桶的中部有陶瓷材料节；第一金属弹性隔离膜片和第二金属弹性隔离膜片，分别胶结在圆柱桶的上、下端面；第一圆形金属平板和第二圆形金属平板分别胶接在圆柱桶内壁的上三分之一处和下三分之一处，作为电容固定极板。

进一步的改进，所述电路系统包括第一引线和第二引线；第一引线分别与第一金属弹性隔离膜片和第一圆形金属平板电性连接，形成上部电容元件，接入分级控制线路；第二引线分别与第二金属弹性隔离膜片和第二圆形金属平板电性连接，形成下部电容元件，接入预警装置。

进一步的改进，所述分级控制线路针对不同的电容值变化，控制不同级别的真空泵工作状态，将分级的最高级设置为接通预警装置。

进一步的改进，所述引导通道一端连通有入土端，另一端连通有出土端；入土端和出土端均形成排水通道，对应排水通道安装有排水通道装置；排水通道装置包括土工塑料排水板，土工塑料排水板通过管板连接件连通有真空泵，真空泵与电路系统电连接；土工塑料排水板，包裹在拱形杆件外围，并在接头处采用胶接方式连接；拱形杆件两端形成有锚杆通孔且两端的端部连接有锁扣连接头；锁扣连接头，呈锁扣圆环状，锁扣连接头和预制的拱形杆件端部进行螺纹连接；凹槽在拱形杆件上表面的五等分点开槽形成，槽口为圆柱状，凹槽中放置并固定有防水型差分电容式感应控制装置；锚杆通孔的通孔方向为竖直方向，通孔半径为锚杆钻孔半径。

一种上述消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法，包括如下步骤：

步骤一：对安装现场进行勘测，设计弧形通道的设计图纸，对井段出钻点、入钻点、场地进行表面清理，做好场平工作，保证定向钻机定位锚固；

步骤二：钻进前依据设计图纸要求的弧形通道，计算出钻杆应达到的深度，确定定向钻孔轨迹，设计线路，测量确定入土端、出土端的位置和钻机安装中线及位置线；

步骤三：安装调试钻机、泥浆系统、动力系统；

步骤四：拖车钻机开机，钻头由弧形装置安装通道的出土基坑处进入沿设计好的线路，由泥浆马达带动钻头旋转，完成引导孔的开挖；

步骤五：取下钻头并将岩石扩孔钻头连接在钻杆上，然后由钻机牵引岩石扩孔钻头，更换不同大小的岩石扩孔钻头，完成对引导孔的扩孔工作，直至达到设计的安装通道孔径；

步骤六：取下岩石扩孔钻头，连接拱形杆件，用钢制旋转接头代替泥浆马达，将装置回拖至设计位置；

步骤七：对弧形装置采用锚杆加固，通过锚杆将装置与地层相连，防止装置错动；

步骤八：连接电路，在易积水区域采用电路控制，控制排水和系统预警；

步骤九：拆卸设备并退场，清理施工安装现场；

进一步的改进，所述步骤六中，将拱形杆件回拖至设计位置后，使用锚杆将弧形装置锚固，防止弧形装置发生相对地层较大错动而导致排水、预警系统崩溃；具体锚固步骤如下：

步骤S101，拱形杆件在两端开有直径28mm的圆形的锚杆通孔，锚杆通孔为竖直方向，弧形装置回拖至指定位置后，两端高于开挖基坑面，定位预留圆孔处；

步骤S，根据锚杆通孔位置，在岩层定位并开挖锚孔，深度视岩层情况而定，在所述锚孔中安装预应力锚杆，采用直径28mm的中空注浆锚杆，锚杆自由端超过弧形装置端部的高度；

步骤S103，所述预应力锚杆底部固定后进行张拉，采用注浆机向预应力锚杆中注浆，浆液通过预应力锚杆输送到所述锚孔中，从而将预应力锚杆锚固在所述锚孔中；

步骤S104，回填采用砂浆浇筑，待砂浆硬化后，预应力锚杆与弧形装置粘结为一体，从而有效将预制弧形装置固定在岩层中。

进一步的改进，拱形杆件的连接方式如下：将拱形杆件的端部锁扣连接头与钢制旋转接头的端部进行锁扣连接，将钢制旋转接头的另一端和岩石扩孔器端部进行螺纹连接，将岩石扩孔器的另一端和钻杆进行螺纹连接；拱形杆件回拖时，利用钢制旋转接头旋转，减小装置回拖时所受的阻力，使拱形杆件能够高效并准确回拖至设计位置。

本发明的优点：

（1）本发明设计合理，弧形装置能够有效抵抗泥质岩石本身的应力挤压及吸水膨胀带来的变形；

（2）本发明采用非开挖的施工安装方式，消除了传统开挖施工，例如打孔放炮，对居民正常生活的干扰以及对交通、环境、周边建筑所造成影响和破坏；

（3）本发明中若底拱变形过大或遇到降雨水量过大不能及时排放，可以通过警报器做出预警，及时补救。

（4）本发明采用具有防水性能的电容式感应器作为电路系统的开关控制，在土层中没有机械触点和运动部件，减少了由于动作次数导致器件发生故障的可能。

附图说明

图1为本发明提出的一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置及其安装方法的简易图；

图2为本发明提出的一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置的防水型差分电容式感应控制装置示意图；

图3为本发明提出的一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置的电路系统示意图；

图4为本发明提出的一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置的排水装置示意图；

图5为本发明提出的一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置的拱形抗压结构示意图；

图6为本发明提出的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法的引导孔开挖示意图；

图7为本发明提出的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法的扩孔示意图；

图8为本发明提出的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法的装置回拖示意图；

图9为本发明提出的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法的锚杆加固示意图；

图10为本发明提出的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法的连接示意图。

具体实施方式

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。

实施例1

参照图2-5，一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置及其安装方法，弧形装置包括防水型差分电容式感应控制装置、电路系统、排水通道装置以及拱形抗压结构。

防水型差分电容式感应控制装置固定在拱形抗压结构的凹槽15中，装置包括陶瓷材料制备的圆柱桶1、第一金属弹性隔离膜片2、第二金属弹性隔离膜片3、第一圆形金属平板4、第二圆形金属平板5以及PPS工程塑料绝缘体6，陶瓷圆柱桶1，为类竹节结构，圆柱桶上下端面不封面，桶的中部有陶瓷材料节，金属弹性隔离膜片，包括第一金属弹性隔离膜片2和第二金属弹性隔离膜片3，分别胶结在陶瓷圆柱桶的上下端面，圆形金属平板，包括第一圆形金属平板4和第二圆形金属平板5，分别胶接在圆柱桶内壁的上三分之一处和下三分之一处，作为电容固定极板。PPS工程塑料绝缘体6，分布在金属弹性隔离膜片、圆形金属平板的间隔空间。

电路系统包括第一引线9、第二引线10、分级控制线路8和预警装置11，第一引线9，分别与第一金属弹性隔离膜片2和第一圆形金属平板4电性连接，形成上部电容元件，接入分级控制线路8，第二引线10，分别与第二金属弹性隔离膜片3和第二圆形金属平板5电性连接，形成下部电容元件，接入预警装置11，分级控制线路8，可实现针对不同的电容值变化，控制不同级别的真空泵7工作状态，将分级的最高级设置为接通预警装置11。

排水通道装置包括真空泵7、土工塑料排水板12以及管板连接件13，真空泵7，包括具备不同级别的工作状态的线路控制以及支管，线路控制与电路系统电性连接，支管通过管板连接件13与土工塑料排水板12连接，土工塑料排水板12，包裹在弧形装置外围，并在接头处采用胶接方式连接。

拱形抗压结构包括预制的拱形杆件14、凹槽15、锁扣连接头16以及锚杆通孔17，的预制的拱形杆件14，按照设计图纸在场外进行提前预制加工，的凹槽15，在预制的拱形杆件上表面的五等分点开槽，槽口为圆柱状，凹槽中放置并固定有防水型差分电容式感应控制装置，的锁扣连接头16，呈锁扣圆环状，连接头和预制的拱形杆件14端部进行螺纹连接。的锚杆通孔17，通孔方向为竖直方向，通孔半径为锚杆钻孔半径。

实施例2

参照图5-8，一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：对安装现场进行勘测，对井段出钻点、入钻点、场地进行表面清理，做好场平工作，保证定向钻机定位锚固；

步骤二：钻进前依据设计图纸要求的弧形通道，计算出钻杆应达到的深度，确定定向钻孔轨迹，设计线路，测量确定入土端20、出土端21的位置和钻机安装中线及位置线；

步骤三：安装调试钻机、泥浆系统、动力系统；

步骤四：拖车18钻机开机，钻头19由弧形装置安装通道的出土基坑处进入沿设计好的线路，由泥浆马达带动钻头旋转，完成引导孔22的开挖；

步骤五：取下钻头19并将岩石扩孔钻头23连接在钻杆上，然后由钻机牵引岩石扩孔钻头23，更换不同大小的岩石扩孔钻头，完成对引导孔的扩孔工作，直至达到设计的安装通道孔径，形成引导通道26；

步骤六：取下岩石扩孔钻头，连接弧形装置，用钢制旋转接头24代替泥浆马达，将装置回拖至设计位置；

步骤七：对弧形装置采用锚杆加固，通过锚杆25将装置与地层相连，防止装置错动；

步骤八：连接电路，在易积水区域采用电路控制，控制排水和系统预警；

步骤九：拆卸设备并退场，清理施工安装现场；

将弧形装置回拖至指定位置后，需使用锚杆25将弧形装置锚固，防止弧形装置发生相对地层较大错动而导致排水、预警系统崩溃。具体锚固步骤如下：

步骤S101，拱形抗压结构在两端开有直径28mm的圆孔，圆孔为竖直方向，弧形装置回拖至指定位置后，两端高于开挖基坑面，定位预留圆孔处。

步骤S102，根据锚杆通孔位置，在岩层定位并开挖锚孔，深度视岩层情况而定，在锚孔中安装锚杆，采用直径28mm的中空注浆锚杆，锚杆自由端超过弧形装置端部一定高度。

步骤S103，预应力锚杆底部固定后进行张拉，采用注浆机向锚杆中注浆，浆液通过锚杆输送到锚孔中，从而将锚杆锚固在锚孔中；

步骤S104，回填采用砂浆浇筑，待砂浆硬化后，锚杆与弧形装置粘结为一体，从而有效将预制弧形装置固定在岩层中。

实施例3

参照图10，弧形装置的连接方式：将弧形装置的端部锁扣连接头16与钢制旋转接头24的端部进行锁扣连接、将钢制旋转接头24的另一端和岩石扩孔钻头23端部进行螺纹连接，将岩石扩孔钻头23的另一端和钻杆进行螺纹连接。

弧形装置的回拖，利用钢制旋转接头24旋转，减小装置回拖时所受的阻力，使装置能够高效并准确回拖至设计位置。

Claims (9)

1.一种消除铁道路基隆起变形的弧形装置，其特征在于，包括处于铁道路基下方弧形的引导通道（26），引导通道（26）的两端高于中部；所述引导通道（26）内插入有拱形杆件（14）；拱形杆件（14）上沿长度方向安装有若干防水型差分电容式感应控制装置，防水型差分电容式感应控制装置通信连接有电路系统；拱形杆件（14）两端分别通过锚固件固定在路基中；

所述引导通道（26）一端连通有入土端（20），另一端连通有出土端（21）；入土端（20）和出土端（21）均形成排水通道，对应排水通道安装有排水通道装置；排水通道装置包括土工塑料排水板（12），土工塑料排水板（12）通过管板连接件（13）连通有真空泵（7），真空泵（7）与电路系统电连接；土工塑料排水板（12），包裹在拱形杆件（14）外围，并在接头处采用胶接方式连接；拱形杆件（14）两端形成有锚杆通孔（17）且两端的端部连接有锁扣连接头（16）；锁扣连接头（16），呈锁扣圆环状，锁扣连接头（16）和预制的拱形杆件（14）端部进行螺纹连接；凹槽（15）在拱形杆件（14）上表面的五等分点开槽形成，槽口为圆柱状，凹槽（15）中放置并固定有防水型差分电容式感应控制装置；锚杆通孔（17）的通孔方向为竖直方向，通孔半径为锚杆（25）钻孔半径。

2.如权利要求1所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置，其特征在于，所述拱形杆件（14）上均匀成形有若干凹槽（15），防水型差分电容式感应控制装置固定在凹槽（15）内；所述锚固件为锚杆（25），锚杆（25）为预应力锚杆。

3.如权利要求1所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置，其特征在于，所述防水型差分电容式感应控制装置包括陶瓷材料制备的圆柱桶（1），圆柱桶（1）内插入有PPS工程塑料绝缘体（6），PPS工程塑料绝缘体（6）与圆柱桶（1）的上交界面和下交界面处分别安装有第一金属弹性隔离膜片（2）和第二金属弹性隔离膜片（3）；对应第一金属弹性隔离膜片（2）和第二金属弹性隔离膜片（3），PPS工程塑料绝缘体（6）内分别固定有第一圆形金属平板（4）、第二圆形金属平板（5）。

4.根据权利要求3所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置，其特征在于，所述圆柱桶（1）为类竹节结构，圆柱桶（1）上下端面开口，桶的中部有陶瓷材料节；第一金属弹性隔离膜片（2）和第二金属弹性隔离膜片（3），分别胶结在圆柱桶（1）的上、下端面；第一圆形金属平板（4）和第二圆形金属平板（5）分别胶接在圆柱桶内壁的上三分之一处和下三分之一处，作为电容固定极板。

5.根据权利要求1所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置，其特征在于，所述电路系统包括第一引线（9）和第二引线（10）；第一引线（9）分别与第一金属弹性隔离膜片（2）和第一圆形金属平板（4）电性连接，形成上部电容元件，接入分级控制线路（8）；第二引线（10）分别与第二金属弹性隔离膜片（3）和第二圆形金属平板（5）电性连接，形成下部电容元件，接入预警装置（11）。

6.根据权利要求5所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置，其特征在于，所述分级控制线路（8）针对不同的电容值变化，控制不同级别的真空泵（7）工作状态，将分级的最高级设置为接通预警装置（11）。

7.根据权利要求1-6任一所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对安装现场进行勘测，设计弧形通道的设计图纸，对井段出钻点、入钻点、场地进行表面清理，做好场平工作，保证定向钻机定位锚固；

步骤二：钻进前依据设计图纸要求的弧形通道，计算出钻杆应达到的深度，确定定向钻孔轨迹，设计线路，测量确定入土端（20）、出土端（21）的位置和钻机安装中线及位置线；

步骤三：安装调试钻机、泥浆系统、动力系统；

步骤四：拖车（18）钻机开机，钻头（19）由弧形装置安装通道的出土基坑处进入沿设计好的线路，由泥浆马达带动钻头旋转，完成引导孔（22）的开挖；

步骤五：取下钻头（19）并将岩石扩孔钻头（23）连接在钻杆上，然后由钻机牵引岩石扩孔钻头（23），更换不同大小的岩石扩孔钻头，完成对引导孔的扩孔工作，直至达到设计的安装通道孔径，形成引导通道（26）；

步骤六：取下岩石扩孔钻头，连接拱形杆件（14），用钢制旋转接头（24）代替泥浆马达，将装置回拖至设计位置；

步骤七：对弧形装置采用锚杆加固，通过锚杆（25）将装置与地层相连，防止装置错动；

步骤八：连接电路，在易积水区域采用电路控制，控制排水和系统预警；

步骤九：拆卸设备并退场，清理施工安装现场。

8.根据权利要求7所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法，其特征在于：所述步骤六中，将拱形杆件（14）回拖至设计位置后，使用锚杆（25）将弧形装置锚固，防止弧形装置发生相对地层较大错动而导致排水、预警系统崩溃；具体锚固步骤如下：

步骤S101，拱形杆件（14）在两端开有直径28mm的圆形的锚杆通孔（17），锚杆通孔（17）为竖直方向，弧形装置回拖至指定位置后，两端高于开挖基坑面，定位预留圆孔处；

步骤S102，根据锚杆通孔（17）位置，在岩层定位并开挖锚孔，深度视岩层情况而定，在所述锚孔中安装预应力锚杆，采用直径28mm的中空注浆锚杆，锚杆自由端超过弧形装置端部的高度；

步骤S103，所述预应力锚杆底部固定后进行张拉，采用注浆机向预应力锚杆中注浆，浆液通过预应力锚杆输送到所述锚孔中，从而将预应力锚杆锚固在所述锚孔中；

步骤S104，回填采用砂浆浇筑，待砂浆硬化后，预应力锚杆与弧形装置粘结为一体，从而有效将预制弧形装置固定在岩层中。

9.根据权利要求7所述的消除铁道路基隆起变形的弧形装置的安装方法，其特征在于：拱形杆件（14）的连接方式如下：将拱形杆件（14）的端部锁扣连接头（16）与钢制旋转接头（24）的端部进行锁扣连接，将钢制旋转接头（24）的另一端和岩石扩孔钻头（23）端部进行螺纹连接，将岩石扩孔器的另一端和钻杆进行螺纹连接；拱形杆件（14）回拖时，利用钢制旋转接头（24）旋转，减小装置回拖时所受的阻力，使拱形杆件（14）能够高效并准确回拖至设计位置。

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