CN216378939U - 一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，包括自下而上层设的底座板、中间层板和轨道板，在无砟轨道结构中埋设有垂向测温缆线，垂向测温缆线为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆，并且在轨道板内、中间层板内以及底座板内分别分布有至少一个光纤光栅测温传感器。通过在轨道结构中布设垂向测温缆线，能够获取对应测点处的轨道板、中间层板和底座板的温度，获得轨道结构的垂向温度梯度，便于工务部门等及时地判断轨道结构的健康状况以及对无砟轨道进行进一步检测维护；采用光纤光栅阵列光缆，易于在轨道结构中布设，能提高轨道结构温度监测的准确性和可靠性，减少工务部门的劳动强度和作业成本。

Description

一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构

技术领域

本实用新型属于轨道交通工程技术领域，具体涉及一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构。

背景技术

板式无砟轨道采用纵连结构体系，具有平顺性好、变形量小等优点，但是受到温度荷载影响较大。随着线路服役时间的增长，轨道结构的层间粘结性能逐步退化；轨道结构在垂向温度荷载作用下，轨道板在会发生垂向的上拱变形，时间长了以后容易出现轨道板与砂浆层间的离缝；轨道结构在纵向温度荷载作用下，伴随着轨道板与砂浆层间的离缝，轨道板间的宽窄接缝受力较大，极端情况下会发生轨道板宽窄接缝挤碎，轨道板上拱变形等病害。由于高铁线路长，分布在全国不同的气候带，目前铁路工务部门对轨道结构温度的判读，主要是基于当地的天气预报；但是由于铁路位于郊外，环境相对恶劣，其本身温度变化与城市的天气预报差别较大；为了弥补上述问题，相关部门采用了针对局部地段温度监测的方法，虽然较好地掌握了监测点的轨道结构温度变化，但仍难以此判断全线的轨道板温度场状态，判断可依据的信息基础较差，存在漏判、误判等问题，不利于工务部门针对性地、及时地开展检测维护。

实用新型内容

本实用新型涉及一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型涉及一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，包括自下而上层设的底座板、中间层板和轨道板，还包括垂向测温缆线，所述垂向测温缆线为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆，所述垂向测温缆线埋设于无砟轨道结构中并且其在轨道板内、中间层板内以及底座板内分别分布有至少一个光纤光栅测温传感器。

作为实施方式之一，所述垂向测温缆线有多根，相应地在所述无砟轨道结构中形成多个垂向测温点。

作为实施方式之一，各所述垂向测温点沿轨道纵向依次间隔布置。

作为实施方式之一，各所述垂向测温缆线通过水平连接缆线连接构成为连续式光纤光栅阵列测温光缆。

作为实施方式之一，于所述轨道板表面开设有布线槽，所述水平连接缆线布设于所述布线槽内并且所述布线槽采用混凝土封填。

作为实施方式之一，相邻两个垂向测温点之间的间距在5～10m范围内。

作为实施方式之一，所述垂向测温缆线为顶端位于轨道板内、底端位于底座板内的U形缆线。

作为实施方式之一，所述垂向测温缆线的每根垂向线段在轨道板内、中间层板内以及底座板内分别有至少一个光纤光栅测温传感器。

作为实施方式之一，于轨道板上开设灌浆孔并且该灌浆孔延伸至所述底座板内，所述垂向测温缆线埋设于所述灌浆孔内并且该灌浆孔进行灌浆封填。

作为实施方式之一，所述中间层板为砂浆层板。

本实用新型至少具有如下有益效果：

通过在轨道结构中布设垂向测温缆线，能够获取对应测点处的轨道板、中间层板和底座板的温度，从而获得轨道结构的垂向温度梯度，并根据该垂向温度梯度判断轨道结构的垂向温度荷载是否在正常范围内，以便于工务部门等及时地对无砟轨道进行进一步检测维护；垂向测温缆线采用光纤光栅阵列光缆，易于在轨道结构中布设，数据采集可靠性和准确度高，相应地提高轨道结构温度监测的准确性和可靠性，减少工务部门的劳动强度和作业成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的无砟轨道上的光缆布置俯视图；

图2为本发明实施例提供的无砟轨道上的光缆布置剖面图。

具体实施方式

下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，包括自下而上层设的底座板13、中间层板12和轨道板11，该多层式轨道结构是本领域常规结构；在其中一个实施例中，中间层板12为砂浆层板。

如图1和图2，上述无砟轨道结构还包括垂向测温缆线211，所述垂向测温缆线211为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆，所述垂向测温缆线211埋设于无砟轨道结构中并且其在轨道板11内、中间层板12内以及底座板13内分别分布有至少一个光纤光栅测温传感器。通过上述垂向测温缆线211能够获取对应测点处的轨道板11、中间层板12和底座板13的温度，从而获得轨道结构的垂向温度梯度，并根据该垂向温度梯度判断轨道结构的垂向温度荷载是否在正常范围内，以便于工务部门等及时地对无砟轨道进行进一步检测维护。优选地，可基于轨道结构的有限元分析模型，将垂向温度荷载施加至该有限元分析模型中，以计算出理论上的轨道结构受力情况。

上述光纤光栅阵列光缆为单根光缆内集成有多个光纤光栅测温传感器的缆线，其为现有产品，具有监测覆盖范围广(根据需要可覆盖10km以上)、测量精度高、传感单元间距小(最小间距可为1cm)等特点，具体结构此处不作赘述。

进一步优选地，如图1和图2，所述垂向测温缆线211有多根，相应地在所述无砟轨道结构中形成多个垂向测温点21，便于对不同位置处的轨道结构健康状况进行准确地监测。在其中一个实施例中，至少部分垂向测温点21沿轨道纵向呈直线排列，通过在无砟轨道上按合适的纵向间距设置垂向测温点21，根据各垂向测温点21反馈的温度数据，还可获得轨道结构的纵向温度梯度，可根据该纵向温度梯度判断轨道结构的纵向温度荷载是否在正常范围内，以便于工务部门等及时地对无砟轨道进行进一步检测维护。

进一步地，如图1和图2，各所述垂向测温缆线211通过水平连接缆线连接构成为连续式光纤光栅阵列测温光缆2。当上述垂向测温点21数量足够时，上述水平连接缆线内可不设置光纤光栅测温传感器，而仅用于信号的传输；显然，优选为上述水平连接缆线内也设置光纤光栅测温传感器，则轨道结构的温度数据更为丰富，对于轨道结构的纵向温度荷载等情况的判断就更为准确可靠，尤其是轨道板11的纵向温度信息更为全面，利于轨道板11的健康监测，包括对轨道板11的垂向上拱变形等病害的监测，可减少出现漏检、误判等情况的出现。

基于上述结构，如图2，垂向测温缆线211为顶端位于轨道板11内、底端位于底座板13内的U形缆线，其位于轨道板11内的两个端部分别连接一水平连接缆线，便于在轨道结构内形成连续式光纤光栅阵列测温光缆2。进一步优选地，如图2，所述垂向测温缆线211的每根垂向线段在轨道板11内、中间层板12内以及底座板13内分别有至少一个光纤光栅测温传感器，则每根垂向线段能够实现轨道结构的垂向温度监测，两根垂向线段所获得的温度信息相互佐证，能提高监测结果的准确性，例如：在每个垂向测温点21，可获取轨道板11内各光纤光栅温度传感器在同一时刻的监测数据并取平均值，中间层板12和底座板13内的监测数据同样处理，监测结果准确性和可靠性显然更高；若同一结构板内的不同光纤光栅温度传感器的监测数据差异较大，还可标记该垂向测温缆线211，便于工务部门及时检测该垂向测温缆线211是否存在故障，即实现了垂向测温缆线211的故障自检，工作可靠性高。本实施例中，每根垂向线段在轨道板11内、中间层板12内以及底座板13内分别有一个光纤光栅测温传感器。

在其中一个实施例中，上述垂向测温点21有多个，相邻两个垂向测温点21之间的间距在5～10m范围内，进一步优选为每隔6～7m设置一个垂向测温点21。

在其中一个实施例中，垂向测温点21的纵向长度(也即上述两根垂向线段之间的间距)在700～800mm范围内。垂向测温缆线211中，底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在220～350mm范围，中间层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在190～220mm范围，轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离在80～150mm范围，当然，并不限于上述布设位置，可根据具体的轨道结构进行设计和调节。在可选的具体实施例中：(1)CRTSII型板式无砟轨道路基地段，垂向测温的纵向长度为800mm，轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm，中间层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm，底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为300mm；(2)CRTSII型板式无砟轨道桥梁地段，垂向测温点21的纵向长度为700mm，轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm，中间层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm，底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为250mm；(3)CRTSII型板式无砟轨道隧道地段，垂向测温点21的纵向长度为700mm，轨道板11中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为100mm，中间层板12中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为215mm，底座板13中的光纤光栅测温传感器与轨道板表面之间的距离为250mm。

对于上述垂向测温缆线211的设置，优选地，对应于每个垂向测温缆线211所在位置，于轨道板11上开设灌浆孔212并且该灌浆孔212延伸至底座板13内，所述垂向测温缆线211埋设于对应的灌浆孔212内并且该灌浆孔212进行灌浆封填。该灌浆孔212内灌注的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土，保证垂向测温缆线211在该灌浆孔212内的位置精度，同时能较好地保护垂向测温缆线211。

一般地，底座板13、中间层板12和轨道板11为分层结构，例如各层依次浇筑而成，各层之间的结合性、一体性等将影响轨道结构的健康状况，层间病害也是轨道结构的主要病害之一，本实施例中，通过在轨道结构中设置多个灌浆孔212，在满足上述垂向测温缆线211的布设需求外，灌浆孔212内成型的一体式混凝土柱能有效地提高轨道结构各层之间的结构一体性和协同受力性能，从而能相应地提高轨道结构的健康状态和服役寿命。

对于上述水平连接缆线的布置，优选地，于轨道板11上开设布线槽111以埋设所述水平连接缆线，并且所述布线槽111采用混凝土封填。同样地，该布线槽111内浇筑的混凝土优选为采用高强、快凝混凝土。

上述布线槽111显然与相邻的灌浆孔212连通，进一步地，布线槽111与灌浆孔212内同期浇筑混凝土，至少是每个灌浆孔212与其相邻的两道布线槽111内同期浇筑混凝土，则在轨道结构中形成T型混凝土结构，其在提高轨道结构各层之间的结构一体性和协同受力性能的同时，还能较好地对轨道板11起到多向约束的效果，进一步提高轨道结构的运行可靠性。

必要时，可使底座板13、中间层板12内预留凸出至灌浆孔212内的固结钢筋，使轨道板11内预留凸出至灌浆孔212和布线槽111内的固结钢筋，可进一步提高后浇混凝土(即灌浆孔212和布线槽111内的混凝土)与先期轨道结构之间的结合性。

优选地，上述连续式光纤光栅阵列测温光缆2布设在轨道中部，即位于两列轨线之间。

一般地，可在车站或轨道附近配置光纤光栅温度解调仪，上述垂向测温缆线211/光纤光栅阵列测温光缆与附近的光纤光栅温度解调仪连接，光纤光栅温度解调仪接收垂向测温缆线211/光纤光栅阵列测温光缆发送的温度信息，并解调成解调信号发送给后台处理器。该光纤光栅温度解调仪为现有设备；其与后台处理器之间可以为电连接或通讯连接关系，此为常规技术。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，包括自下而上层设的底座板、中间层板和轨道板，其特征在于：还包括垂向测温缆线，所述垂向测温缆线为集成有多个光纤光栅测温传感器的光纤光栅阵列光缆，所述垂向测温缆线埋设于无砟轨道结构中并且其在轨道板内、中间层板内以及底座板内分别分布有至少一个光纤光栅测温传感器。

2.如权利要求1所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：所述垂向测温缆线有多根，相应地在所述无砟轨道结构中形成多个垂向测温点。

3.如权利要求2所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：各所述垂向测温点沿轨道纵向依次间隔布置。

4.如权利要求2所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：各所述垂向测温缆线通过水平连接缆线连接构成为连续式光纤光栅阵列测温光缆。

5.如权利要求4所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：于所述轨道板表面开设有布线槽，所述水平连接缆线布设于所述布线槽内并且所述布线槽采用混凝土封填。

6.如权利要求2所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：相邻两个垂向测温点之间的间距在5～10m范围内。

7.如权利要求1至6中任一项所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：所述垂向测温缆线为顶端位于轨道板内、底端位于底座板内的U形缆线。

8.如权利要求7所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：所述垂向测温缆线的每根垂向线段在轨道板内、中间层板内以及底座板内分别有至少一个光纤光栅测温传感器。

9.如权利要求1至6中任一项所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：于轨道板上开设灌浆孔并且该灌浆孔延伸至所述底座板内，所述垂向测温缆线埋设于所述灌浆孔内并且该灌浆孔进行灌浆封填。

10.如权利要求1所述的具有垂向温度监测功能的无砟轨道结构，其特征在于：所述中间层板为砂浆层板。

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