一种可长距离输水的高速铁路的制作方法

本发明涉及一种高速铁路工程，特别涉及一种可长距离输水的高速铁路。

背景技术：

我国水资源贫乏，且在时间与空间的分布上又极不均匀，西北、华北、东北的“三北”地区水资源尤其短缺。另外我国经济建设发展的同时，又忽略了环境的保护与治理，造成了水资源的污染，造成我国的“三北”地区和东南沿海的一些省市有的因为本地区的水资源不足，有的因为本地区的水源已被污染，不能作为城市供水的水源，因此不得不跨流域、跨地区地进行长距离引水。如天津市“引滦入津”工程、大连市“引碧入连”工程、石家庄引岗黄水库水工程、目前正在实施的“南水北调”工程等等，这些引水工程沿线开挖隧道、水渠、渡槽等基础工程建设，一方面面临着对环境生态造成破坏，一方面又面临着工程建设征地拆迁移民，工程耗资巨大，投资成本很高，工程建设周期长等问题。

高速铁路是近年来发展一种轨道交通工程，由于其在长距离运输的便捷高效，深受国人的喜爱，在缩小地区差异，推动全国经济一体化中做出了不可估量的贡献。高速铁路的建设也同样面临生态环境破坏，拆迁移民，工程耗资巨大，投资成本很高等问题。经过10多年的发展，我国的高速铁路已经遍及全国大中城市，累计运营里程已经达1.9万公里，并且已经组网成形，成为国家一张亮丽的名片。为满足高速铁路大曲线半径的要求，同时减少征地拆迁工作，新建的高速铁路新建车站大多距离老城区有一定的距离，这就需要地方政府进行相关配套工程的建设。工程建设过程中发现，一些经济稍落后的地区，受规划、建设资金、多部门协调等多种因素的形象，相关配套工程往往滞后，这就给铁路的正常开通运营带来了一系列的问题。

“长距离引水工程”和“高速铁路工程”都存在着基础建设耗子巨大，破坏生态环境等共性问题，但工程积极的一面大家有目共睹。如果能将这两种工程采用并方案实施，基建工程共用，将会把这种不利因素降低到最小，将是一件具有里程碑意义的事情。特别是利用现在已经成规模、网络化的高速铁路工程，增加长距离引水输水功能，基建工程共享，则可以在降低工程投资的同时，把对环境的破坏降低到最小。

技术实现要素：

针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可长距离输水的高速铁路。

为达到上述目的，本发明设计的一种可长距离输水的高速铁路，其特征在于，包括基建系统、水源系统、输水系统；基建系统由路基部、桥梁部和隧道部中的一种或多种任意组合而成，在基建系统上安装输水系统；水源系统为隧道部收集的水源、桥部梁跨越的大江大河及水库、路基部保护范围外的地下水源、铁路沿线有丰富水源的城市供水中的一种或多种组合；输水系统包括干线管道，所述干线管道包括用于路基部输水的路基部输水管、用于桥梁部输水的桥梁部输水管和用于隧道部输水的隧道部输水管；利用线路坡度采用多级加压及自重流水相结合通过输水系统实现长距离输水。

优选的，所述路基部包括路基基础，承载于路基基础顶部的路基本体，承载于路基基础顶部且是位于路基本体两侧的管道基座，所述路基部输水管承载于管道基座顶部；所述管道基座设置在路基本体坡脚的两侧，其截面为梯形；两侧的所述管道基座之间设有多个基座梁，所述基座梁两端与管道基座底部连接，多个所述基座梁沿线路纵向间隔设置；所述基座梁与所述管道基座为钢筋混凝土一体结构，形成u形结构；

所述桥梁部包括桥台、桥墩和箱梁；箱梁承载于沟谷两岸的桥台和间隔布置沟谷中间的桥墩上；所述桥梁部输水管设在所述箱梁内沿纵桥向通长布置，所述桥梁部输水管两端从桥台上预留的过孔穿出；所述箱梁内壁底面间隔设有多个承载固定所述桥梁部输水管的底座；所述底座包括与箱梁内壁底面固定的基台、位于基台顶部承载所述桥梁部输水管的弧形板，所述弧形板和桥梁部输水管之间设有减震垫；沿纵桥向，每段箱梁内较低一端设有冷凝水收集槽，所述冷凝水收集槽位于桥梁部输水管下方；

所述隧道部包括隧道结构；所述隧道结构包括二衬结构、仰拱结构、初期支护和人行道结构，所述仰拱结构内沿隧道走向预留有通长的预留干道，所述隧道部输水管位于所述预留干道内。

对于所述路基部：

优选的，所述路基部输水管纵的向沿路基坡度布置，且间隔一定距离设置一段可以纵向伸缩的橡胶波纹管。这样用以适应温差变化引起的伸缩变形。

进一步优选的，所述橡胶波纹管的长度不小于输水管的直径。

优选的，所述管道基座顶部设有弧形凹槽，所述弧形凹槽内设有突出于弧形凹槽的弧形支撑板，所述弧形支撑板承载所述输水管。

进一步优选的，所述弧形支撑板与所述输水管之间设有减震垫。

优选的，所述路基基础为钢筋混凝土筏板，且其宽度超出管道基座投影范围外轮廓线不小于1m，所述路基基础的厚度为0.5m～2m。

进一步优选的，当地质条件较差时，所述路基基础下方设置间隔均布桩基础。这样形成桩基筏板结构或者复核地基，满足路基和管道承载力的要求。

对于所述桥梁部：

优选的，所述桥梁部输水管包括标准段和连接段；每段箱梁内仅设有一根所述标准段，相邻的箱梁之间的标准段通过连接段连接；所述标准段为刚性管道并承载固定于所述底座上；所述连接段为柔性管道。标准段多采用等输水量相对较轻的材料，且耐久性及抗渗、抗压性能较优的圆管；在满足抗渗、抗压性等基本性能前提下，连接段需要有优质的抗弯、抗疲劳性能，能满足高速铁路运营时因梁的挠曲引起接头段疲劳，又具有纵向伸缩功能，能调节纵向管道因温差变化引起的伸缩变形。

进一步优选的，所述标准段为钢管和/或预应力混凝土管。

进一步优选的，所述连接段为橡胶波纹管。

优选的，每段箱梁内的底座之间的间距为5m～10m。

作为优选方案，所述箱梁内设有两根并行的桥梁部输水管，两根桥梁部输水管之间间隔设有至少两个连通桥梁部输水管的横管；所述横管和相邻横管之间的桥梁部输水管的两端均设有一个阀门。当管道局部需要维修时，可以通过调节控制阀门，形成管道内水流的绕行，实现管道局部维修无需整体断流的功能。

作为另一优选方案，当桥梁跨越水库或河流时，可将桥下既有的水源，通过增压泵经预埋在桥墩内部的与输水管连通的预埋管输送到桥梁部输水管内，供下游使用。

对于所述隧道部：

优选的，所述人行道结构内沿隧道通长布设有集水干管；所述渗水收集系统包括沿隧道长度方向通长设置的侧向排水沟和中心排水沟、位于二衬结构和初期支护之间的沿隧道周向设置的横向环绕盲管和沿隧道长度方向通长设置的纵向盲管、一端与横向环绕盲管连通，另一端伸出初期支护的径向盲管；所述侧向排水沟位于人行道结构上且其底部通过入流支管与集水干管连通，所述中心排水沟位于仰拱结构的中部；所述纵向盲管和横向环绕盲管的顶面半周、径向盲管的圆周设有密布的渗水孔；横向环绕盲管的两端分别与位于隧道两侧的侧向排水沟连通。所述仰拱结构内沿隧道走向预留有通长的预留干道，所述隧道部输水管位于所述预留干道内

进一步优选的，所述侧向排水沟与中心排水沟之间设有溢流管，所述溢流管的入口与所述侧向排水沟连通，出口从仰拱结构穿出与中心排水沟侧壁连通。

再进一步优选的，所述溢流管的入口高于所述横向环绕盲管的出水口。这样，当水源丰富，集水干管水流满管不再容水时，侧向排水沟内水面标高将继续上升至溢流管入口，经溢流管排入中心排水沟，防止侧向排水沟内水流溢出人行道。

进一步优选的，在所述二衬结构外周壁的表面铺设有柔性防水板。这样，保证渗水不渗入二衬结构。

进一步优选的，所述预留干道旁预留有平行隧道走向的纵向检修通道，并且间隔一定距离设有横向检修通道，所述横向检修通道连通预留干道和纵向检修通道。

进一步优选的，所述集水干管和中心排水沟的出口连接一加压泵站，所述加压泵站将集水干管和中心排水沟的水流泵送至输水管内。

为了保证输水的可靠性，作为另一优选方案，所述仰拱结构内设有两根并行的所述仰拱结构内沿隧道走向预留有通长的预留干道，所述隧道部输水管位于所述预留干道内输水管，两根所述仰拱结构内沿隧道走向预留有通长的预留干道，所述隧道部输水管位于所述预留干道内输水管之间间隔设有至少两个连通输水管的横管；所述横管和相邻横管之间的输水管的两端均设有一个阀门。当管道局部需要维修时，可以通过调节控制阀门，形成管道内水流的绕行，实现管道局部维修无需整体断流的功能。

本发明的有益效果是：利用高速铁路线下工程作为基建系统主体，在基建系统上安装输水系统；利用高速铁路线下工程沿线的可获得天然水作为水源，借助安装在基建系统上的输水系统的管道，根据线路坡度采用多级加压及自重流水相结合方式实现长距离输水功能。输水和铁路采用同一通道，节约用地，节省征地拆迁费用，环境，且易于实施；输水基建与高铁基建同步施工，施工周期短，节约材料，经济效益明显。工程环保生态，且工程实施难度低，经济效益好。在传统高速铁路工程基建工程基础上，增加长距离引水输水功能。通过基建工程共建，一次建设既可实现运人和输水双功能，减少因单独建设水利工程引起的征地拆迁、巨额投资，也把对环境的破坏降低到最小

附图说明

图1是本发明示意图

图2是本发明路基部的立面图示意图

图3是本发明路基部的平面图示意图

图4是本发明桥梁部的结构示意图

图5是本发明桥梁部桥台处立面图

图6是本发明桥梁部桥墩处立面图

图7是桥梁部输水管布置示意图

图8是本发明隧道部横截面示意图

图9是图8的局部放大示意图

图10是本发明隧道部输水管布置示意图

图中：干线管道1、支线管道2、控制阀门3、增压泵站4、控制系统5、路基部a、桥梁部b、隧道部c；

路基基础a1、路基本体a2、管道基座a3、路基部输水管a4、基座梁a5、弧形支撑板a6、桩基础a7；

桥台b1(过孔b1.1)、桥墩b2、箱梁b3、桥梁部输水管b4(标准段b4.1、连接段b4.2)、底座b5(基台b5.1、弧形板b5.2)、冷凝水收集槽b6、横管b7、阀门b8、增压泵b9、埋管b10；

二衬结构c1、仰拱结构c2(预留干道c2.1、纵向检修通道c2.2、横向检修通道c2.3)、初期支护c3、人行道结构c4、集水干管c5、隧道部输水管c6、侧向排水沟c7、中心排水沟c8、横向环绕盲管c9、纵向盲管c10、径向盲管c11、入流支管c12、溢流管c13、横管c14、阀门c15、柔性防水板c16。

具体实施方式

下面通过图1～图10以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述，本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围。

如图2和图3所示，为本发明的路基部a：

所述路基部a包括路基基础a1，承载于路基基础a1顶部的路基本体a2，承载于路基基础a1顶部且是位于路基本体a2两侧的管道基座a3，承载于管道基座a1顶部的路基部输水管a4；所述管道基座a3设置在路基本体a2坡脚的两侧，其截面为梯形；两侧的所述管道基座a3之间设有多个基座梁a5，所述基座梁a5两端与管道基座a3底部连接，多个所述基座梁a3沿线路纵向间隔设置；所述基座梁a5与所述管道基座a3为钢筋混凝土一体结构，形成u形结构。

所述路基本体a2与常规高速铁路路基结构构造相同，采用a、b组填料，属于现有技术，在此不赘述。

所述输水管4纵的向沿路基坡度布置，多采用耐久性及抗渗较优、性价比高的混凝土圆管，露天设置，方便施工，且间隔一定距离(一般间隔距离不小于500m)设置一段可以纵向伸缩的橡胶波纹管(图中未示出)，这样用以适应温差变化引起的伸缩变形。优选的，所述橡胶波纹管的长度不小于输水管4的直径，管直径一般在0.5m～1.0m范围。

所述管道基座a3顶部设有弧形凹槽，所述弧形凹槽内设有突出于弧形凹槽的弧形支撑板a6，所述承载所述输水管；所述弧形支撑板a6与所述路基部输水管a4之间设有减震垫。这样，当列车经过时，起到减震的作用。

所述路基基础a1为钢筋混凝土筏板，且其宽度超出管道基座a3投影范围外轮廓线不小于1m，所述路基基础a1的厚度为0.5m～2m。当地质条件较差时，所述路基基础a1下方设置间隔均布桩基础a7。这样形成桩基筏板结构或者复核地基，满足路基和管道承载力的要求。

如图4至图7所示，为本发明的桥梁部b：

所述桥梁部b包括桥台b1、桥墩b2和箱梁b3；箱梁b3承载于沟谷两岸的桥台b1和间隔布置沟谷中间的桥墩b2上；所述箱梁b3为预应力钢筋混凝土结构，多为简支箱梁，一般采用标准跨径24m和32m，采用工厂化预制；

所述箱梁b3内沿纵桥向设有通长的桥梁部输水管b4，所述桥梁部输水管b4两端从桥台b1上预留的过孔b1.1穿出；所述箱梁b3内壁底面间隔设有多个承载固定所述桥梁部输水管b4的底座b5；所述底座b5包括与箱梁b3内壁底面固定的基台b5.1、位于基台b5.1顶部承载所述桥梁部输水管b4的弧形板b5.2，所述弧形板b5.2和桥梁部输水管b4之间设有减震垫(图中未示出)；沿纵桥向，每段箱梁b3内较低一端设有冷凝水收集槽b6，所述冷凝水收集槽b6位于桥梁部输水管b4下方，用以收集因箱梁b3内高温空气遇低温管道冷凝从而形成冷凝水，进而形成水流，导致箱梁b3的耐久性问题。将桥梁部输水管b4布置于箱梁b3内，主要存在以下几个问题：高速列车行驶的震动对桥梁部输水管b4的影响、桥梁部输水管b4输水过程中陈生的震动对桥梁的影响、前两中震动会不会产生共振及预防和处理。本发明通过底座b5将桥梁部输水管b4和箱梁b3相对独立开来，使得它们之间部发生干涉，从而解决了上述技术问题。

由于箱梁b3采用的是预制，在高速列车行进过程中箱梁会发生一定的位移或震动，那么置于箱梁b3内的桥梁部输水管b4多少会收到影响。对此，优选的，所述桥梁部输水管b4包括标准段b4.1和连接段b4.2；每段箱梁b3内仅设有一根所述标准段b4.1，标准段b4.1的长度小于箱梁b3的长度，相邻的箱梁b3之间的标准段b4.1通过连接段b4.2连接；所述标准段b4.1为刚性管道并承载固定于所述底座b5上；所述连接段b4.2为柔性管道。标准段b4.1多采用在相等输水量的前提下相对较轻的材料，且耐久性及抗渗、抗压性能较优的圆管；在满足抗渗、抗压性等基本性能前提下，连接段b4.2需要有优质的抗弯、抗疲劳性能，能满足高速铁路运营时因梁的挠曲引起接头段疲劳，又具有纵向伸缩功能，能调节纵向管道因温差变化引起的伸缩变形。进一步优选的，所述标准段b4.1为钢管和/或预应力混凝土管；所述连接段b4.2为橡胶波纹管。

优选的，底座b5的间距根据桥梁部输水管b4的直径和刚度综合确定，一般每段箱梁b3内的底座之间的间距为5m～10m。

如图7所示，为了保障供水，作为优选方案，所述箱梁b3内设有两根并行的桥梁部输水管b4，两根桥梁部输水管b4之间间隔设有至少两个连通桥梁部输水管b4的横管b7；所述横管b7和相邻横管b7之间的桥梁部输水管b4的两端均设有一个阀门b8。具体的，正常工作状态时横管b7上控制阀门b8a关闭。当管道局部需要维修时，可以通过调节控制阀门b8，打开阀门b8a，关闭阀门b8b，打开阀门b8c，实现管道局部维修无需整体断流的功能。

作为另一优选方案，当桥梁跨越水库或河流时，可将桥下既有的水源，通过增压泵b9经预埋在桥墩b2内部的与输水管b3连通的预埋管b10输送到输水管3内，供下游使用。

如图8至图10所示，为本发明的隧道部c：

如图8和图9所示，所述隧道部c包括隧道结构和渗水收集系统；

所述的隧道结构的结构构造与常规高速铁路隧道基本相同，包括二衬结构c1、仰拱结构c2、初期支护c3、人行道结构c4；与现有技术的区别在于，所述人行道结构c4内沿隧道通长布设有集水干管c5，所述仰拱结构c2内沿隧道走向预留有通长的预留干道c2.1，所述预留干道c2.1内设有隧道部输水管c6，所述预留干道c2.1旁还预留有平行隧道走向的纵向检修通道c2.2，并且间隔一定距离设有横向检修通道c2.3，所述横向检修通道c2.3连通预留干道c2.1和纵向检修通道c2.2。优选的，集水干管c5多采用耐久性及抗渗较优、性价比高的圆管，如混凝土管，一般管直径在0.5～1.0m范围。所述的隧道部输水管c6，为预制节段管，采用法兰接头连接，形成纵向贯通的管道，其埋置在仰拱结构c2内，多采耐久性及抗渗、抗压性能较优的圆管，如钢管及预制混凝土管，管直径一般在0.5～1.5m范围。

所述渗水收集系统包括沿隧道长度方向通长设置的侧向排水沟c7、中心排水沟c8、横向环绕盲管c9、纵向盲管c10和径向盲管c11；所述横向环绕盲管c9位于二衬结构c1和初期支护c2之间且是沿隧道周向设置；所述纵向盲管c10沿隧道长度方向通长设置；所述径向盲管c11的一端与横向环绕盲管c9连通，另一端伸出初期支护c3；所述侧向排水沟c7位于人行道结构c4上且其底部通过入流支管c12与集水干管c5连通，所述中心排水沟c8位于仰拱结构c2的中部；所述纵向盲管c10和横向环绕盲管c9的顶面半周、径向盲管c11的圆周设有密布的渗水孔，便于围岩渗水的收集；横向环绕盲管c9的两端分别与位于隧道内部两侧的侧向排水沟7连通。

优选的，所述侧向排水沟c7与中心排水沟c8之间设有溢流管c13，所述溢流管c13的入口与所述侧向排水沟c7连通，出口从仰拱结构c2穿出与中心排水沟c8侧壁连通；所述溢流管c13的入口高于所述横向环绕盲管c9的出水口。这样，当水源丰富，集水干管c5水流满管不再容水时，侧向排水沟c7内水面标高将继续上升至溢流管c13入口，经溢流管c13排入中心排水沟，防止侧向排水沟c7内水流溢出人行道。

优选的，在所述二衬结构c1外周壁的表面铺设有柔性防水板c16。这样，保证渗水不渗入二衬结构1。

优选的，所述集水干管c5和中心排水沟c8的出口连接一加压泵站，所述加压泵站将集水干管c5和中心排水沟c9的水流泵送至隧道部输水管c6内，可供运输综合利用。

如图10所示，为了保证输水的可靠性，作为另一优选方案，所述仰拱结构c2内设有两根并行的隧道部输水管c6，两根隧道部输水管c6之间间隔设有至少两个连通隧道部输水管c6的横管c14；所述横管c14和相邻横管c14之间的隧道部输水管c6的两端均设有一个阀门c15。当管道局部需要维修时，可以通过调节控制阀门，形成管道内水流的绕行，实现管道局部维修无需整体断流的功能。具体的，正常工作状态时横管c14上控制阀门c15a关闭。当管道局部需要维修时，可以通过调节控制阀门c8，打开阀门c15a，关闭阀门c15b，打开阀门c15c，实现管道局部维修无需整体断流的功能。

如图1所示，本发明设计的一种可长距离输水的高速铁路，主要包括水源系统、基建系统、输水系统，利用高速铁路线下工程作为基建系统主体，在基建系统上安装输水系统；利用高速铁路线下工程沿线的可获得天然水作为水源，借助安装在基建系统上的输水系统的管道，根据线路坡度采用多级加压及自重流水相结合方式实现长距离输水功能。

基建系统由路基部a、桥梁部b和隧道部c中的一种或多种任意组合而成，此外，还有输水工程必需的基建工程，如泵站结构等组成。

水源系统可以是隧道部c收集的水源、也可以是桥部b梁跨越的大江大河及水库，还可以是路基部a保护范围外的地下水源，及铁路沿线有丰富水源的城市供水。当然也可以同时采用多种水源供水。

输水系统是在常规输水系统上为适应高速铁路特点进行适当优化，主要包括干线管道1、支线管道2、控制阀门3、增压泵站4、控制系统5。其中，干线管道1包括路基部输水管a4、桥梁部输水管b4和隧道部输水管c6；

所述的路基部输水管a4布置在路基两侧，铁路限界范围内地面或地上。较优的，布置在路基边坡的中间平台上，与路基共用基础，既可方便与两端桥梁部输水管b4和/或隧道部输水管c6的连接，又方便维修养护。

所述的桥梁部输水管b4布置在桥梁结构的箱梁箱内，利用箱梁的中空箱作为管道的布置通道。采用抗渗性等性能指标较好且等内径相对重量较轻的钢管或预制混凝土管，用以减小桥梁结构的额外荷载。

所述的隧道部输水管c6采用抗渗性能好，性价比高的管道，多采用混凝土管道，布置于隧道内轨道结构两侧、“四点”电缆槽下方的角墙内，也可以布置在轨道结构下方的仰拱结构内。较优的，当隧道内排水作为水源时，布置在隧道内部的隧道部输水管c6兼有排水收集功能。

所述的支线管道2，可以是铁路沿线水源的取水管，也可以是供水系统的供水管，根据需要由干线管道1引出。

所述的控制阀门3，主要用于供水流量、流速控制、停水检修、调压排气供气等功能。较优的，干线管道1沿线设置带有防水锤破坏、负压调整功能的调节阀门，及带有回止功能的控制阀门。

所述的增压泵站4根据干线管道1的运输长度，沿线采用多级增压，满足输水提供足够压力，克服沿线水头损失。

所述的控制系统5利用传感器，实现对增压泵站、控制阀门、流量测量仪、流速测量仪、水压测量仪等设备自动化控制，实现水资源的优化配置，同时也降低了管道运营的病害。

优选的，所述干线管道1不仅可以输水，还可以适当改造用以运输石油、天然气等其它物质。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。