PL244786B1 - Sposób przekształcenia torowiska kolei konwencjonalnej typu koło-szyna lub magnetycznej kolei zintegrowanej na system próżniowy kolei magnetycznej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób przekształcenia torowiska kolei konwencjonalnej typu koło-szyna lub magnetycznej kolei zintegrowanej na system próżniowy kolei magnetycznej wraz ze sposobem szczelnego połączenia dylatacyjnego poszczególnych segmentów tunelu (7) charakteryzuje się tym, że hermetyczny tunel (7), zawierający elementy nawierzchni lewitacyjnej (4), posadawia się pośrednio lub bezpośrednio na podłożu podsypkowym istniejącej nawierzchni kolejowej (1) oraz, że szczelność oraz kompensacja ruchów termicznych poszczególnych segmentów konstrukcji zapewniona jest, poprzez ułożenie na zewnętrznej stronie tunelu (7) kolejno: płyt, na nich elastycznych membran a następnie warstwy doszczelniającej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przekształcenia torowiska kolei konwencjonalnej typu kołoszyna lub magnetycznej kolei zintegrowanej na system próżniowy kolei magnetycznej.

Poprzez kolej konwencjonalną należy szeroko rozumieć wszelkie pojazdy szynowe, jak kolej, tramwaj oraz metro, poruszające się po nawierzchni złożonej z szyn przy użyciu kół tocznych znajdujących się w podwoziu pojazdu.

Poprzez kolej magnetyczną należy rozumieć wszelkie pojazdy poruszające się po specjalnej nawierzchni umożliwiającej ruch bez kontaktu z podłożem np. przy pomocy lewitacji, oparty na oddziaływaniach magnetycznych lub elektromagnetycznych między nawierzchnią a podwoziem pojazdu.

Przez kolej magnetyczną zintegrowaną rozumiemy wszelkie pojazdy szynowe kolei konwencjonalnej oraz pojazdy kolei magnetycznej poruszające się po wspólnym torowisku składającym się z elementów nawierzchni typu koło-szyna oraz elementów nawierzchni zintegrowanej magnetycznej.

Ujęte w opisie wynalazku rozwiązanie przekształcenia torowiska konwencjonalnego lub zintegrowanego magnetycznego będące przedmiotem wynalazku zapewnione jest dla wszystkich znanych rozstawów szyn pojazdów, korzystających z nawierzchni kolejowej typu podsypkowego, jak również magnetycznego. Z kolei ujęty w opisie system tworzący trwale szczelne połączenie dylatacyjne dla kompensacji ruchów termicznych (podłużnych), oraz poprzecznych (wymuszonych posiadaniem podpór) segmentów konstrukcji kolei próżniowej, zapewniony jest dla wszystkich możliwych średnic rur lub innych kształtów płaszcza tunelu zbliżonych do owalu bądź wieloboku, potrzebnych do stworzenia arterii próżniowej, zapewniając tym samym możliwość tworzenia szczelnych tuneli dla pojazdów dowolnej wielkości.

Przez nawierzchnię podsypkową rozumieć należy nawierzchnię opartą na szynach z przytwierdzeniem bezpośrednim lub sprężystym do podkładu szynowego betonowego, żelbetowego, strunobetonowego lub drewnianego ułożonego na warstwie tłucznia lub kruszywa.

Przez nawierzchnię magnetyczną należy rozumieć każdą nawierzchnię umożliwiającą bezkontaktowy ruch pojazdów z podłożem spowodowany oddziaływaniami magnetycznymi między podwoziem pojazdu a nawierzchnią, zwaną lewitacją magnetyczną.

Przez nawierzchnię zintegrowaną magnetyczną należy rozumieć nawierzchnię kolejową typu konwencjonalnego wyposażoną w urządzenia integrujące zamontowane poza skrajnią kolejową, pozwalające na przemieszczanie się po wspólnym torze pojazdu lewitującego nad nawierzchnią magnetyczną oraz pojazdu szynowego.

Stosując rozwiązanie według wynalazku możliwe będzie wybudowanie w prosty oraz szybki sposób na szlaku komunikacji konwencjonalnej, stacji etc. hermetycznego tunelu pozwalającego prowadzić ruch szybkobieżnych kapsuł o podwoziu magnetycznym (pojazdów kolei magnetycznej).

Z dokumentu WO 2018/098323 A1 znany jest sposób montażu struktur niskociśnieniowych w oparciu o prefabrykaty, jednak nie dotyczą one integracji torowiska ani kolei magnetycznej, ani niskociśnieniowej z istniejącą infrastrukturą (np. kolejową lub drogową), co jest przedmiotem niniejszego ujawnienia. Podobnie, w dokumentach: US 2016/0229416 A1 oraz US 2016/0229420 A1 opisana jest w ramach systemu transportowego metoda tworzenia struktur niskociśnieniowych, niemniej żadna z nich, w przeciwieństwie do niniejszego ujawnienia, nie odnosi się do integracji z już istniejącą infrastrukturą.

Z dokumentów: US 2017/0254456 A1 oraz US 2016/0230915 A1 znany jest sposób na dylatację elementów infrastruktury niskociśnieniowej, który opiera się na założeniu, że elementy rury na połączeniu mają różną średnicę, co pozwala na wsunięcie jednej do drugiej i zastosowanie jednej z opisanych metod uszczelnienia. Jest to odmienne podejście niż w niniejszym ujawnieniu, gdzie nie ma potrzeby bezpośredniego łączenia ze sobą rur o różnej średnicy.

Z dokumentu: (P.426732) znany jest sposób przekształcenia samodzielnego torowiska kolei konwencjonalnej typu koło-szyna składającego się z podkładu, na którym zamontowane są szyny na zintegrowane torowisko kolei konwencjonalnej i kolei magnetycznej, jednak nie odnosi się on do dalszego przekształcenia zintegrowanego torowiska na zamknięty system niskociśnieniowy, co jest przedmiotem niniejszego ujawnienia.

Rozwiązanie opisane w niniejszym patencie opiera się na zamianie istniejącej konwencjonalnej nawierzchni kolejowej posadowionej na tłuczniu lub kruszywie służącej jako tor kolejowy lub zintegrowany tor magnetyczny, na tor umieszczony w zamkniętym tunelu będącym obudową wytworzoną z me talu, kompozytów np. GRP, tworzyw sztucznych np. HDPE, betonu. Kształt tunelu w przekroju poprzecznym w jakim umieszczony będzie opisywany tor jest zasadniczo zbliżony do okręgu, owalu, lecz również może posiadać geometrię skrzynki lub wieloboku. W tunelu hermetycznym umieszcza się wszelkie sieci oraz nawierzchnię lewitacyjną oraz silnik liniowy. Tunel może być posadowiony bezpośrednio na tłuczniu lub pośrednio na oczepie stalowym lub betonowym lub palach wbijanych lub wierconych w strefie istniejących podkładów. Segmenty tunelu łączone i zabezpieczone będą szczelnymi połączeniami dylatacyjnymi pozwalającymi na kompensację odkształceń termicznych (podłużnych) oraz poprzecznych (wymuszonych) przy jednoczesnym ograniczeniu infiltracji gazów, cieczy (tunel zatopiony, tunel zasypany, tunel w górotworze) do wnętrza tunelu w stopniu minimalnym.

W korzystnym przykładzie wykonania, nawierzchnia magnetyczna jest płytą z materiału o wysokiej przewodności elektrycznej wykonana jest np. z aluminium albo miedzi, albo polimerów przewodzących.

W korzystnym przykładzie wykonania, element wsporczy jest to element wykonany z betonu, stali, kompozytu pełniący rolę bezpośredniego połączenia belki nośnej nawierzchni lewitacyjnej z elementami obudowy tunelu hermetycznego.

W korzystnym przykładzie wykonania, element wsporczy posiada możliwość rektyfikacji toru w profilu (pionie) i w planie (poziomo).

Istotą wynalazku jest sposób przekształcenia torowiska kolei konwencjonalnej typu koło-szyna lub magnetycznej kolei zintegrowanej na system próżniowy kolei magnetycznej charakteryzujący się tym, że obejmuje następujące etapy:

a) ułożenie i mocowanie podpór na istniejących podkładach kolejowych;

b) posadowienie segmentów płaszcza tunelu na podporach;

c) mocowanie belki nośnej nawierzchni lewitacyjnej do płaszcza tunelu za pomocą wsporników podporowych;

d) montowanie dodatkowego wspornika podporowego wraz z silnikiem liniowym na środku dolnej części płaszcza tunelu;

e) ułożenie płyt usztywniających na zewnętrznej stronie tunelu, które to płyty uszczelniono poprzez mocowanie na nich elastycznych membran, a następnie zhermetyzowano poprzez nałożenie warstwy doszczelniającej;

przy czym, w etapie a) podpory są mocowane w miejscu istniejących przytwierdzeń przyszynowych, na istniejących podkładach kolejowych albo podpory są mocowane do oczepów zwieńczających pale fundamentowe wykonane w przestrzeni między istniejącymi podkładami kolejowymi.

Korzystnie, segmenty płaszcza tunelu mocowane w etapie b) są wykonane z betonu, stali, tworzywa sztucznego, materiału kompozytowego oraz że w przekroju posiada kształt zbliżony do okręgu, owalu lub wieloboku.

Korzystnie, belka nośna nawierzchni lewitacyjnej mocowana w etapie c) jest płytą z materiału o wysokiej przewodności elektrycznej, korzystnie z aluminium albo miedzi, albo polimerów przewodzących.

Korzystnie, w etapie b) tunel na podporach posadawia się bezpośrednio na szynach kolejowych bez/lub z przekładkami z elementów sprężystych.

Korzystnie, w etapie b) tunel posadawia się na podporach bezpośrednio na podbudowie tłuczniowej torowiska bez/lub z matą ochronną w strefie kontaktu tłucznia z obudową.

Korzystnie, zastosowane w etapie c) wsporniki podporowe są blokami wykonanymi z betonu, stali, kompozytu.

Korzystnie, zastosowany w etapie a) oczep jest wykonany z betonu, stali lub innego materiału konstrukcyjnego i może mieć postać belki poprzecznej, tzw. poprzecznicy.

Korzystnie, zastosowany w etapie a) pal jest wykonany jako wbijany, wwibrowywany lub wiercony w gruncie, oraz jest wykonany z betonu, stali, kompozytu.

Korzystnie, w etapie e) na obudowie tunelu montuje się płyty usztywniające wykonane z HDPE, miedziane lub z innego materiału usztywniającego połączenie.

Korzystnie, w etapie e) na płycie mocowana jest elastyczna membrana o rozciągliwości przy zerwaniu przekraczającej 1000%, korzystnie wykonana z elastomeru polimocznikowego.

Korzystnie, w etapie e) na zewnętrznej stronie tunelu układane są płyty usztywniające o palczastym kształcie lub płyty usztywniające pracujące ślizgowo jedna na drugiej.

Korzystnie, e etapie e) zewnętrzną stronę tunelu zhermetyzowano poprzez nałożenie warstwy doszczelniającej wykonanej z elastomeru, korzystnie polimocznika lub mma, opasek gumowych, opasek dociskowych, opasek termokurczliwych lub innego materiału montowanego na klej do obudowy tunelu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym, fig. 1 przedstawia szczegółowy przekrój nawierzchni kolejowej przekształconej na tor w tunelu, który zamocowany jest na typowych podkładach kolejowych, fig. 2 przedstawia wariant wykonania wynalazku przy zastosowaniu posadowienia pośredniego na palach i głowicach, fig. 3 przedstawia wariant wykonania wynalazku przy ułożeniu konstrukcji tunelu bezpośrednio lub poprzez podkładkę elastyczną na istniejących szynach kolejowych, fig. 4 przedstawia bezpośrednie ułożenie konstrukcji tunelu na tłuczniu poprzez matę ochronną lub bez maty ochronnej w strefie kontaktu z podłożem, fig. 5 przedstawia przekrój poprzeczny przez wycinek tunelu próżniowego, ze szczególnym uwzględnieniem łączenia segmentów płaszcza tunelu wraz z elementami uszczelnienia połączenia dylatacyjnego oraz fig. 6 przedstawia wycinek tunelu z fig. 5 ze szczególnym uwzględnieniem połączenia dylatacyjnego w rzucie z góry.

Przedmiot wynalazku przedstawiony w przykładzie wykonania uwidoczniony na fig. 1 do fig. 4 przedstawia przekrój tunelowy składający się z obudowy tunelu 7 wykonanej z metalu np. stali, betonu, tworzywa sztucznego lub materiału kompozytowego pełniącego rolę tunelu, w którym możliwa jest pełna kontrola poziomu ciśnienia roboczego. Do ścian tunelu 7 przymocowane są wsporniki podporowe 8 będące oparciem dla nawierzchni magnetycznej 4 posiadającą także możliwość wykorzystania jej do stabilizacji poprzecznej. Wsporniki podporowe 8 wykonane mogą być ze stali, betonu, tworzywa sztucznego oraz materiału kompozytowego i posiadają możliwość rektyfikacji (precyzyjnego) ustawienia nawierzchni lewitacyjnej w planie i profilu. Ponadto w tunelu 7 zamocowany jest w części centralnej element napędowy będący elektromagnetycznym silnikiem liniowym 5 poprzez dodatkowy wspornik podporowy 8'. W celu zapewnienia bezpieczeństwa przemieszczania się obsługi serwisowej przewidziano montaż pomostu roboczego 10.

Przedmiot wynalazku ujęty na fig. 1 przedstawia rozwiązanie polegające na montażu obudowy tunelu 7 na istniejących podkładach kolejowych betonowych, strunobetonowych, stalowych lub kompozytowych 2 o zmiennym rozstawie. Montaż polega na wymianie blach przytwierdzeń szyn kolejowych i montażu w ich miejscu stalowych, betonowych lub kompozytowych podpór 6 tunelu w sposób odpowiadający montażowi szyny klasycznej, tj. za pomocą śrub lub łączników sprężystych. Rozwiązanie odnajduje zastosowanie na każdym odcinku toru, gdzie przygotowana i wykonana została nawierzchnia podsypkowa.

Przedmiot wynalazku ujęty na fig. 2 przedstawia rozwiązanie polegające na montażu obudowy tunelu 7 na specjalnie wykonanych oczepach 11 tzw. poprzecznicach spinających głowicę jednego lub kilku pali 12 wierconych, wbijanych, wwibrowywanych w strefie między podkładami kolejowymi. Oczepy 11 oraz pale 12 mogą być wykonane ze stali lub betonu lub innego materiału konstrukcyjnego. Rozwiązanie odnajduje zastosowanie przy przekraczaniu terenów o niskiej nośności podłoża gruntowego lub przy przekraczaniu kolizji. Rozwiązanie ujęte na fig. 2 pozwala na wyniesienie konstrukcji ponad poziom terenu w taki sposób by umożliwić bezkolizyjne przekroczenie przeszkody (przejście dla zwierząt, droga, tor, chodnik itp.).

Przedmiot wynalazku ujęty na fig. 3 przedstawia rozwiązanie polegające na montażu obudowy tunelu 7 poprzez elastyczne przekładki 14 wykonane z materiałów sprężystych typu elastomer, kauczuk na istniejących szynach kolejowych bez ingerencji w rozstaw podkładów. Rozwiązanie to pozwala na szybką metodę wykonania konstrukcji nawierzchni kolei magnetycznej.

Przedmiot wynalazku ujęty na fig. 4 przedstawia rozwiązanie polegające na montażu obudowy tunelu 7 poprzez bezpośrednie ułożenie konstrukcji tunelu na owalnie wyprofilowanej warstwie tłucznia podsypki kolejowej 1 oraz macie ochronnej 13. Rozwiązanie to pozwala na szybką metodę wykonania konstrukcji nawierzchni kolei magnetycznej, lecz wymaga przeprowadzenia demontażu podkładów 2 oraz szyn 3.

Przedmiot wynalazku ujęty na fig. 5 przedstawia rozwiązanie polegające na zamontowaniu po zewnętrznej stronie tunelu 7 płyt HDPE lub miedzianych 9 dostosowanych do kształtu zewnętrznego tunelu 7, przenoszących obciążenia od parcia ciśnienia atmosferycznego na powłokę uszczelniającą dylatacji. Możliwość ruchu w takim rozwiązaniu zapewniona jest poprzez nadanie płytom 9 na powierzchni styku kształtu np. palczastego lub nakładkowego, tak że jedna ślizga się po drugiej i zamocowaniu np. poprzez złącze klejone ich do konstrukcji tunelu 7 w sposób pozwalający na wzajemne przemieszczenie się elementów. Na warstwie płyt ułożono membranę 15 z materiału wysoce elastycznego, o rozciągliwości przy zerwaniu przekraczającej 1000%, zapobiegającą przed wnikaniem w bruzdy między płytami aplikowanego systemu natryskowego np. z polimocznika lub mma natryskiwanego jako ostatnią warstwę doszczelniającą 16 lub będącą dodatkowym zabezpieczeniem dla innego systemu doszczelniającego takiego jak opaski gumowe, opaski dociskowe, opaski termokurczliwe lub innego materiału montowanego na klej 16 do obudowy tunelu 7.

Przedmiot wynalazku ujęty na fig. 6 przedstawia połączenie dylatacyjne segmentów płaszcza tunelu 7 z fig. 5 w rzucie z góry. Ząbki poszczególnych segmentów tunelu 7 mogą swobodnie zamykać się i rozwierać, w zależności od panujących warunków atmosferycznych, przy zachowaniu szczelności połączenia. Ruch ten umożliwiony jest w zakresie nałożonej membrany 15. Ponadto ostatnia warstwa doszczelniająca 16 zajmuje obszar szerszy od membrany 15 dla zapewnienia maksymalnej szczelności.

Przedmiotem wynalazku jest sposób przekształcenia układu prowadzącego, czyli klasycznego torowiska stosowanego dla kolei konwencjonalnej, metra, tramwaju lub zintegrowanego torowiska kolei magnetycznej działającej w atmosferze normalnej na zamknięty w hermetycznym tunelu, układ prowadzący stanowiący tor kolei magnetycznej, działający w atmosferze normalnej lub przy obniżonym lub podwyższonym ciśnieniu oraz sposób trwałego uszczelnienia tunelu lub rurociągu przy pomocy szczelnego połączenia dylatacyjnego, kompensującego termiczne ruchy szczeliny między rurami konstrukcji kolei próżniowej. Rozwiązanie opisane w patencie pozwala na szybką, przy stosunkowo niskich kosztach, budowę infrastruktury próżniowej kolei próżniowej.

Claims (12)

1. Sposób przekształcenia torowiska kolei konwencjonalnej typu koło-szyna lub magnetycznej kolei zintegrowanej na system próżniowy kolei magnetycznej, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

a) ułożenie i mocowanie podpór (6) na istniejących podkładach kolejowych;

b) posadowienie segmentów płaszcza tunelu (7) na podporach (6);

c) mocowanie belki nośnej nawierzchni lewitacyjnej (4) do płaszcza tunelu (7) za pomocą wsporników podporowych (8);

d) montowanie dodatkowego wspornika podporowego (8') wraz z silnikiem liniowym (5) na środku dolnej części płaszcza tunelu (7);

e) ułożenie płyt usztywniających (9) na zewnętrznej stronie tunelu (7), które to płyty usztywniające (9) uszczelniono poprzez mocowanie na nich elastycznych membran (15), a następnie zhermetyzowano poprzez nałożenie warstwy doszczelniającej (16);

przy czym, w etapie a) podpory (6) są mocowane w miejscu istniejących przytwierdzeń przyszynowych, na istniejących podkładach kolejowych albo podpory (6) są mocowane do oczepów (11) zwieńczających pale fundamentowe (12) wykonane w przestrzeni między istniejącymi podkładami kolejowymi.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że segmenty płaszcza tunelu (7) mocowane w etapie b) są wykonane z betonu, stali, tworzywa sztucznego, materiału kompozytowego oraz że w przekroju posiada kształt zbliżony do okręgu, owalu lub wieloboku.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że belka nośna nawierzchni lewitacyjnej (4) mocowana w etapie c) jest płytą z materiału o wysokiej przewodności elektrycznej, korzystnie z aluminium, albo miedzi, albo polimerów przewodzących.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie b) tunel (7) na podporach (6) posadawia się bezpośrednio na szynach kolejowych (3) bez/lub z przekładkami z elementów sprężystych (14).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie b) tunel (7) posadawia się na podporach (6) bezpośrednio na podbudowie tłuczniowej torowiska (1) bez/lub z matą ochronną (13) w strefie kontaktu tłucznia z obudową.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zastosowane w etapie c) wsporniki podporowe (8) są blokami wykonanymi z betonu, stali, kompozytu.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zastosowany w etapie a) oczep (11) jest wykonany z betonu, stali lub innego materiału konstrukcyjnego i może mieć postać belki poprzecznej, tzw. poprzecznicy.

PL 244786 Β1

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zastosowany w etapie a) pal (12) jest wykonany jako wbijany, wwibrowywany lub wiercony w gruncie, oraz jest wykonany z betonu, stali, kompozytu.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie e) montowane na obudowie tunelu (7) płyty usztywniające (9) są wykonane z HDPE, miedziane lub z innego materiału usztywniającego połączenie.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie e) na płycie (9) mocowana jest elastyczna membrana (15) o rozciągliwości przy zerwaniu przekraczającej 1000%, korzystnie wykonana z elastomeru polimocznikowego.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie e) na zewnętrznej stronie tunelu (7) układane są płyty usztywniające (9) o palczastym kształcie lub płyty usztywniające (9) pracujące ślizgowo jedna na drugiej.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie e) zewnętrzną stronę tunelu (7) zhermetyzowano poprzez nałożenie warstwy doszczelniającej (16) wykonanej z elastomeru, korzystnie polimocznika lub mma, opasek gumowych, opasek dociskowych, opasek termokurczliwych lub innego materiału montowanego na klej do obudowy tunelu (7).