组合式弹性道床结构的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种组合式弹性道床结构。

背景技术：

随着轨道交通的快速发展，其带来的环境振动影响问题日趋严重，如北京市多条线路由于振动问题被迫调整线路规划，新建线路开通后即面临了大量的振动投诉问题。目前国内解决轨道交通引起的环境振动问题时，通常采用ALT.1扣件、Vanguard扣件、剪切型减振器系统扣件等扣件减振措施；弹性短轨枕、弹性长轨枕等轨枕减振措施；以及橡胶浮置板轨道、钢弹簧浮置板轨道、梯形轨道、各类道床减振垫等道床减振措施。然而，单纯依靠上述轨道减振措施存在如下问题：

(1)当面对振动敏感目标的敏感度较高时(如地铁线路近距离穿越敏感建筑或新建地铁沿线已有对振动要求极高的科研机构等)，单纯依靠轨道减振措施难以解决振动问题。从应用效果来看，虽然北京市轨道交通新建线路均采用了大量轨道减振措施，单条线路上减振区段长度比例最高已达64％，但线路开通后沿线居民、科研机构关于环境振动的投诉屡见不鲜，主要投诉内容即为轨道交通振动和噪声扰民，古建筑保护和精密仪器正常使用受到影响等。

(2)轨道减振措施多以降低轨道刚度为手段，同一线路采取不同轨道减振措施使得整条线路刚度不均匀，进而恶化轮轨关系，导致钢轨波磨的产生和发展。这不仅增大了环境振动水平，还为轨道交通的安全运营埋下隐患。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种组合式弹性道床结构，以减小轨道振动对周围环境的影响。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种组合式弹性道床结构，包括：

混凝土制作的无砟整体道床，所述无砟整体道床包括仰拱找平层和平面基面，所述平面基面上放置轨枕，所述混凝土为弹性混凝土和普通水泥混凝土的组合体。

进一步地，所述弹性混凝土的阻尼比高于设定的阈值。

进一步地，所述弹性混凝土包括橡胶混凝土或者柔性混凝土。

进一步地，所述普通水泥混凝土内置在所述弹性混凝土的内部。

进一步地，所述普通水泥混凝土为长方体形状，在道床结构的纵截面，普通水泥混凝土的水平平分线与线路的中心线重合。

进一步地，在长度方向，普通水泥混凝土沿着钢轨方向贯穿整个道床结构，在宽度方向，普通水泥混凝土的宽度小于两条钢轨之间的宽度，普通水泥混凝土的宽度与两条钢轨之间的宽度之间的差值小于设定的阈值。

进一步地，所述组合式弹性道床结构采用分段预制方式进行制备，在内置的普通水泥混凝土梁的部位预埋剪力铰，在施工现场将各段道床之间的剪力铰连接，完成各段道床拼接。

进一步地，所述轨枕包括短轨枕、长轨枕或者梯形轨枕。

进一步地，当所述组合式弹性道床结构设置在隧道中时，所述隧道仰拱的找平层采用与道床相同的弹性混凝土铺设。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提出的组合式弹性道床结构具有环保、低成本、施工快速、耐久性和延展性好等特点，适合全线普遍使用，同时在振动要求特别严格的地段配合其他减振措施，不仅可以满足环境振动要求、降低轨道减振投资，而且确保了整条线路的轨道刚度和平顺性，避免钢轨异常波磨的产生。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1给出了在组合式弹性道床结构的基面上面放置短轨枕的示意图；

图2给出了在组合式弹性道床结构的基面上面放置长轨枕的示意图；

图3给出了在组合式弹性道床结构的基面上面放置梯形枕的示意图；

图4为马蹄形隧道中铺设组合式弹性道床结构的纵断面示意图；

图5为矩形隧道中铺设组合式弹性道床结构的纵断面示意图；

图6为盾构隧道中铺设组合式弹性道床结构的纵断面示意图；

图7为组合式弹性道床结构的基面上面放置短轨枕的平面示意图；

图8为组合式弹性道床结构的拼装示意图(短轨枕)；

图9为组合式弹性道床结构的拼装示意图(长轨枕)；

图10为组合式弹性道床结构的拼装示意图(梯形轨枕)。

图中，1-预制组合式混凝土弹性道床；2-钢轨；3-内置普通混凝土梁；4-短轨枕；5-长轨枕；6-梯形轨枕。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

为了解决上述问题，新型减振技术的研发势在必行。根据轨道交通减振理论体系，凡可降低敏感目标敏感度的措施均属于综合减振的范畴。除降低系统刚度方法外，还可通过增加参振质量、耗散振动能量等方法进行减振处理。

在机场跑道、高速公路道面使用的橡胶混凝土材料，是一种半刚性的混凝土材料，性能介于传统水泥混凝土与沥青混凝土之间。由于橡胶主要通过物理力学作用改善混凝土内部结构，并不改变混凝土中各种材料本身的化学性能，因而不会破坏混凝土的耐久性。材料的阻尼是衡量材料本身减振性能的主要指标，阻尼越大则表明材料吸振能力越强。橡胶混凝土相对于普通混凝土材料具有较高的阻尼比、更好的抗冲击性和延展性，弹性模量和基频随橡胶掺量的增加而降低。当橡胶粉掺量在0.5％～2.5％之间时，与普通混凝土相比，阻尼比可提高50％～60％；当橡胶粉掺量超过2.5％后，阻尼比随橡胶粉掺量增大而快速增大，阻尼比提高约1.3～2.3倍；当橡胶粉掺量在4.5％左右时，可获得阻尼比、弹性模量和抗压强度均较高的弹性混凝土。因此橡胶混凝土能用于够减振降噪。

此外，橡胶混凝土具有较好的耐火性、吸振性、抗冲击特性、抗爆裂特性、隔热、隔音性能等，已经在工程领域方面得到了大量的应用。世界上第一个可使用的橡胶集料混凝土结构是1999年2月在美国亚利桑那州立大学校园建造的一段橡胶集料混凝土人行道，随后该州又在2003建造了世界上第一条废旧轮胎橡胶改性混凝土路面道路段，及多个弹性混凝土试验点路段。国内于2005年11月在青岛至银川高速公路河北石家庄入口，建造了世界上第一块由橡胶集料混凝土铺筑的高速公路收费站及服务区路面。2006年8月，天津市武清区武香路二百户东口桥，使用橡胶集料混凝土作为桥面铺装层。目前，橡胶混凝土大量用于建设高等级公路，铁路道口铺面等处；而掺用胶粉的高强混凝土(强度等级达到或超过C60的混凝土)，已经应用在重要军事建筑、核工业建筑、防恐怖袭击建筑、机械系统基座、铁路及地铁缓冲层、防御墙、以及对隔热隔声性能有特殊要求的墙体中。

因此，可以进一步探讨其在轨道交通工程领域的应用前景。而橡胶可以利用旧轮胎等废橡胶进行加工，实现废旧橡胶材料的循环利用和无污染消化处理，具有重大的环保意义。

柔性混凝土是采用特殊新方法在混凝土中掺入长纤维聚丙烯、钢或玻璃纤维的改性水泥混凝土材料。相对于普通水泥混凝土，柔性混凝土是一种兼具强度和柔性的材料。国内外学者采取了很多种方法对水泥混凝土改性，以降低其弹性模量，提高韧性，如采用纤维配筋、有机高分子材料、高性能轻集料、高分子聚合物等。在公路行业，柔性混凝土作为铺面材料已投入大量的应用，由其行车舒适性好、噪音小、变形适应能力强而得到了广泛的应用。在地下工程喷层支护技术领域，应用柔性好的具有一定抗拉、抗弯性能的柔性混凝土喷涂材料，改善基体的抗拉、抗弯性能和韧性，而且在发生开裂后还有较大的残余强度。在水工领域，随着大型水利工程的相继建设，采用柔性混凝土作为防渗材料，因其可保证一定强度前提下具有较低的弹性模量且能适应较大变形而不开裂，得到了长足应用。在铁路方面，随着高速重载化，具有粘弹性的柔性混凝土用作全断面轨下基础材料可寄期发挥防水、减振、降噪、适应路基变形、易于维护且环保可回收的优点，在国外已有相关的研究。

本发明实施例提出了一种新型的组合式弹性道床结构，使用混凝土制作无砟整体道床，上述混凝土为弹性混凝土和普通水泥混凝土的组合体，实例性的，弹性混凝土可以采用橡胶混凝土或者柔性混凝土。其中，普通水泥混凝土内置在弹性混凝土的内部，普通水泥混凝土为长方体形状，在道床结构的纵截面，普通水泥混凝土的水平平分线与线路的中心线重合。在长度方向，普通水泥混凝土可以沿着钢轨方向贯穿整个道床结构，在宽度方向，普通水泥混凝土的宽度可以小于两条钢轨之间的宽度，普通水泥混凝土的宽度与两条钢轨之间的宽度之间的差值小于设定的阈值。

上述弹性混凝土的阻尼比高于设定的阈值，示例性的，该阈值可以为：2％。

本发明实施例由于采用了组合式的混凝土弹性道床，增大了道床结构的弹性、阻尼及质量，根据减振原理，当列车振动波经扣件传递至道床后，道床结构的惯性可平衡一部分振动能量，同时道床结构中的橡胶颗粒或者柔性材料颗粒可以将机械能转化为热能，从而减少经由道床结构传递的振动能量，达到减振目的。由于橡胶材料来源广泛，可以利用旧轮胎等废橡胶进行加工，实现废旧橡胶材料的循环利用和无污染消化处理，具有重大的环保意义，因此该弹性道床成本较低且环保。本发明中，预制吸能弹性道床结构具有良好的减振效果。

本发明实施例提出的新型的组合式弹性道床结构利用增大参振质量、耗散振动能量的方式进行减振。该组合式弹性道床结构可以全线普遍采用，可以较好的解决地铁减振与优良轮轨关系共存的问题，避免或减少钢轨异常波磨现象。此外，还可以降低全线的振动影响，从而降低敏感地段的减振等级，线路的较高尤其是特殊减振地段的长度比例将大大减少，极有可能将特殊减振长度比例控制在25％这一合理比例范围内，从而大大降低减振投资。

为了便于施工现场拼接，本发明提出的预制组合式混凝土弹性道床每段长设定长度，该设定长度可以为6m，实施方式为：在混凝土制备场地按照橡胶混凝土/柔性混凝土的设计配比进行弹性混凝土配制(其中务必保证混凝土中橡胶颗粒或其他添加剂的均匀性)，以及普通水泥混凝土配制；在道床预制场按照精度要求预制道床板，在内置的普通水泥混凝土梁的部位预埋剪力铰；运送至施工现场铺设就位后，各段道床之间的剪力铰连接，完成各段道床的拼接工作。然后，进行架轨等工作。普通水泥混凝土梁沿钢轨走向，普通混凝土梁中心线与道床中心线重合，其高度不超过整体道床高度的1/3为宜，宽度也不宜超过整体道床顶面宽度的1/3，其断面可为正方形，也可为长方形。

本发明实施例的组合式弹性道床结构采用弹性混凝土和普通水泥混凝土组合的方式制作无砟整体道床，这在轨道交通领域是具有革命性的创新意义。上述组合式弹性道床结构可以适合不同的隧道结构型式，而在施工过程中，隧道仰拱的找平层也可以采用弹性混凝土进行铺设，增强道床结构与基地结构的整体性。

采用橡胶混凝土制作无砟整体道床，其制备工艺与普通混凝土几乎相同，仅仅在制备过程中注意橡胶粉/颗粒掺入的均匀性即可。该弹性道床采用预制方式进行制备。

本领域技术人员应能理解上述橡胶或者柔性混凝土的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的混凝土应用类型如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

本发明实施例的组合式弹性道床结构可以制作成各种结构形状，从而可以适应各种地基型式和各种隧道型式。上述预制组式混凝土弹性道床结构的基面上面可以放置不同型式的轨枕和扣件进行使用，满足不同的减振需求，图1给出了在组合式弹性道床结构的基面上面放置短轨枕的示意图，图2给出了在组合式弹性道床结构的基面上面放置长轨枕的示意图，图3给出了在组合式弹性道床结构的基面上面放置梯形轨枕的示意图。

图4为马蹄形隧道中铺设组合式弹性道床结构的纵断面示意图，图5为矩形形隧道中铺设组合式弹性道床结构的纵断面示意图，图6为盾构隧道中铺设组合式弹性道床结构的纵断面示意图，图7为组合式弹性道床结构的基面上面放置短轨枕的平面示意图。

图8为组合式弹性道床结构的拼装示意图(短轨枕)，图9为组合式弹性道床结构的拼装示意图(长轨枕)，图10为组合式弹性道床结构的拼装示意图(梯形轨枕)。

综上所述，本发明实施例提出的组合式弹性道床结构具有环保、低成本、施工快速、耐久性和延展性好等特点，适合全线普遍使用，同时在振动要求特别严格的地段配合其他减振措施，不仅可以满足环境振动要求、降低轨道减振投资，而且确保了整条线路的轨道刚度和平顺性，避免钢轨异常波磨的产生。

对于同标号的混凝土，掺入橡胶粉后通常会降低强度，为了确保安全性需要通过提高基准混凝土标号、橡胶颗粒预处理或加入添加剂等方法来提高橡胶混凝土强度，但这几种方法都会提高橡胶混凝土的造价。而内置梁采用普通混凝土制成，可以在不改变混凝土标号的前提下提高其强度，利用内置梁预埋剪力铰完成整体道床的拼装，可以保证整体道床的稳定性，从而确保运营安全。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。