铁路路基排水及监控设备的制作方法

本实用新型涉及铁路路基排水及整治的技术领域，具体而言，涉及铁路路基排水及监控设备。

背景技术：

由于铁路路基易受降雨和地下水的影响，一旦地表水或地下水渗入特定的地基土中，在荷载的作用下，孔隙水压力不断变化，会产生翻浆冒泥和道碴陷入等整体软化的现象，严重影响列车运行平稳性和安全性。路基翻浆冒泥是多种因素综合作用的结果，土质、水、温度、路面与行车荷载是影响路基翻浆冒泥的主要因素，同时还包括工程措施方面的原因。

尽管国内外对路基翻浆冒泥整治技术方面进行了广泛研究，形成许多传统技术，一如注浆法，通过注浆机向底座板和基床表层之间的脱空区注入有机材料，使其填充在底座板与基床表层之间，挤密土体，提高路基的整体性。但有机材料极易老化，对于多雨的东南地区，雨水的再次入渗会影响注浆材料的使用寿命，导致固化效果减弱。二如排水法，该方法适用于排水不良而导致的基床病害，通过疏通或修建排水沟等排水设施排除地下水或降低地下水位，减小地表水和地下水对路基基床的侵蚀。但是，该方法设计复杂，施工量大，施工时要求封闭线路，对行车的影响较大，而且一般情况下在排水的同时，也会排走泥浆，造成路基土颗粒的流失。

在传统整治技术中有些效果好，有些却不尽如人意。不足的最大处在于施工作业时大部分需要线路是封闭的，这样使线路的正常运行及安全受到严重影响，同时由于运营需求，铁路天窗点越来越短，对于传统整治技术无法在短时间内完成且施工时间太短影响整治质量。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的第一个技术问题在于提升整治效果，且不影响铁路运营。

为了实现上述目的，本实用新型提供了铁路路基排水装置、修复结构以及翻浆冒泥整治方法。所采用的技术方案具体如下：

铁路路基排水装置，所述路基包括轨道支撑层和轨道支撑层下方的基床表层，轨道支撑层上方为轨道，该装置包括

阳极管，所述阳极管从轨道的一侧斜向下放置，所述阳极管的输出端位于基床表层内且输出端朝向轨道轴线；

阴极管，所述阴极管从轨道的另一侧斜向上放置，所述阴极管的输出端位于基床表层内且输出端朝向轨道轴线，所述阴极管与排水管连接；

电极管，所述电极管位于所述阳极管与阴极管之间并兼做阳极管的阴极和阴极管的阳极，所述电极管的输出端位于基床表层内且输出端朝向所述阴极管；

继电器和电源；

所述阳极管、电极管和阴极管构成电极组，所述电极组沿轨道间隔分布；

每个电极组中，阳极管和电极管构成第一电极对，电极管和阴极管构成第二电极对，所述继电器和电源使所述第一电极对和第二电极对交替地被通电。

首先，阳极管、电极管和阴极管具有一定的斜度，可加速水的排水。其次，通过使第一电极对和第二电极对交替地被通电，可以使土体水分迁排更均匀。再者，通过设置第一电极对和第二电极对，可以缩短缩短电极间距，加速排水，减少成本和处理时间。排水原理为：对第一电极对或第二电极对通直流电时，带正电荷的孔隙水向阴极管方向集中，最终从排水管排出。

进一步地是，所述阳极管与水平面的夹角为10°～20°；所述阴极管的排水坡度为2％～4％；所述电极管与水平面的夹角为40°～50°；相邻电极组的间距为0.4～0.8m；所述阳极管、电极管和阴极管的输出端位于基床表层内35厘米～45厘米深度处。由此，可以取得最优的综合排水效果。

进一步地是，所述阳极管和电极管中至少阳极管的朝向阴极管的管身上开设有通孔；由此，可以使从通孔通入的胶结材料在基床表层中分布得更加均匀。所述阴极管管身设有环向分布的通孔；由此，便于水分的排出。所述阴极管外部设有过滤层；由此，防止阴极管被堵塞而影响排水。

铁路路基修复结构，包括

第一注浆孔，所述第一注浆孔为拔出上述的阳极管后形成；

排水通道，所述排水通道由上述的阴极管和排水管构成；

第二注浆孔，所述第二注浆孔为拔出上述的电极管后形成；

胶结层，所述胶结层由通过所述阳极管和电极管中至少阳极管所注入的第二浆料与基床表层土体胶结而成；

所述第一注浆孔、第二注浆孔内填充有第一浆料。

由此，该铁路路基修复结构利用上述铁路路基排水装置的阳极管和电极管注入第二浆料对基表表层土体进行胶结，可以使得钢轨正下方也即主要受力区加固效果更好；在第一注浆孔和第二注浆孔中注入第一浆料，可以防止雨水渗入。

进一步地是，还包括注浆管、通过所述注浆管注入的第一浆料固化形成的位于所述轨道支撑层与基床表层之间的封闭层以及填充于注浆管内的第一浆料。由此，封闭层可以防止雨水渗入基床表层以及基床表层内的泥水向上翻出形成翻浆冒泥病害。

铁路路基翻浆冒泥整治方法，包括以下步骤：

(1)在铁路路基翻浆冒泥病害点安装上述的铁路路基排水装置；

(2)交替对第一电极对和第二电极对通电，直至所述排水管的排水速率和/或基床表层的含水率达到预设值；期间通过阳极管注入能够与基床表层土体胶结成胶结层的第二浆料；

(3)拔出阳极管和电极管后分别形成第一注浆孔和第二注浆孔，然后采用第一浆料填充第一注浆孔和第二注浆孔。

可见，该铁路路基翻浆冒泥整治方法在通电排水加固时无需封闭线路，列车可正常运行，在较短天窗时间内能保证施工质量，避免了封闭施工给列车运营带来的影响以及天窗时间短造成施工质量差的现象。

进一步地是，步骤(2)中，通电采用间歇式通电，所述间歇式通电优选为每通电2～4小时后断电5～15分钟；由此，可减少电能使土体发热消耗。并且/或者，步骤(2)中，第一电极对和第二电极对交替通电的时长比为1：(1.5～2.5)；第二电极对需要将第一电极对迁移而来的水分排出，因此设置更长的通电时长可以加速排水。

进一步地是，所述第二浆料包括在通电6-8天以内注入的第一胶结料和在通电8～10天之后注入的第二胶结料，所述第一胶结料和第二胶结料通过化学反应来胶结基床表层的土体；优选地，所述第一胶结料为氯化钙溶液，所述第二胶结料为硅酸钠溶液。通过化学反应对基床表层软弱结构土体进行固结以及化学胶结，可以显著提高基床表层土体承载性能，降低翻浆冒泥病害发生的可能性。

进一步地是，采用钻入的方式安装所述阳极管和电极管；采用挖沟和回填的方式安装所述阴极管。由此，便于排水装置快速安装。

由于排水时间通常需要至少10天左右，而除了注浆之外的大部分时间不需要人员看守，因此，本实用新型所要解决的第二个技术问题在于使上述铁路路基排水装置、修复结构以及翻浆冒泥整治方法应用时更加方便，节约人力且进一步提升整治效果。

为了实现上述目的，本实用新型提供了铁路路基排水及监控设备。所采用的技术方案具体如下：

铁路路基排水及监控设备，所述路基包括轨道支撑层和轨道支撑层下方的基床表层，轨道支撑层上方为轨道，该装置包括

排水装置，所述排水装置为电渗排水装置；

检测装置，所述检测装置包括设于基床表层内的土壤水分含量传感器；

控制装置，所述控制装置包括控制器，所述控制器接收所述检测装置的检测数据并将结果输出到显示器上。

由此，通过该铁路路基排水及监控设备，即使工作人员不在整治现场也可以实时了解排水进程及排水效果，可以在排水出现故障时远程关闭排水装置并及时赶往现场。

进一步地是，所述检测装置包括至少一排土壤水分含量传感器，所述至少一排土壤水分含量传感器沿轨道间隔分布。由此，可以对整个翻浆冒泥病害路段进行有效地检测。

进一步地是，所述至少一排土壤水分含量传感器设于所述排水装置的阴极管所在的轨道一侧。由此，当在上述位置设置的土壤水分含量传感器测试结果达到预设值时才能有效说明排水完成。

进一步地是，所述土壤水分含量传感器与阴极管输出端连接。由此，土壤水分含量传感器可以和阴极管同时进行挖沟回填安装，简化安装过程。

进一步地是，所述显示器包括固定显示器和/或移动显示器。由此，便于实时获取检测装置的检测数据。

进一步地是，所述排水装置包括

阳极管，所述阳极管从轨道的一侧斜向下放置，所述阳极管的输出端位于基床表层内且输出端朝向轨道轴线；

阴极管，所述阴极管从轨道的另一侧斜向上放置，所述阴极管的输出端位于基床表层内且输出端朝向轨道轴线，所述阴极管与排水管连接；

电极管，所述电极管位于所述阳极管与阴极管之间并兼做阳极管的阴极和阴极管的阳极，所述电极管的输出端位于基床表层内且输出端朝向所述阴极管；

继电器和电源；

所述阳极管、电极管和阴极管构成电极组，所述电极组沿轨道间隔分布；

每个电极组中，阳极管和电极管构成第一电极对，电极管和阴极管构成第二电极对，所述继电器和电源使所述第一电极对和第二电极对交替地被通电。

进一步地是，还包括柜体，所述柜体上设有散热部件和接线孔。

进一步地是，所述柜体上设有滚轮和/或拉环；所述柜体上设有绝缘涂层。

进一步地是，所述散热部件包括散热扇和散热口；所述散热口的开口朝下；所述散热扇外设有防雨片；所述柜体上设有防雨棚。

进一步地是，所述检测装置还包括设于所述排水装置的排水管上的水流量传感器。由此，土壤水分含量传感器和水流量传感器协同作用，确保排水效果。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1为本实用新型实施例1中铁路路基排水及监控设备的示意图。

图2为本实用新型实施例1中铁路路基排水及监控设备的排水装置以及铁路路基修复结构的剖视图。

图3为本实用新型实施例1中铁路路基排水及监控设备的排水装置的俯视图。

图4为本实用新型实施例3中铁路路基排水及监控设备的排水装置以及铁路路基修复结构的剖视图。

图5为本实用新型实施例3中铁路路基排水及监控设备的排水装置的俯视图。

上述附图中的有关标记为：

100-轨道支撑层，110-基床表层，120-钢轨，130-轨枕，210-阳极管，220-阴极管，230-电极管，240-排水管，300-电极组，310-第一电极对，320-第二电极对，410-第一注浆孔，420-排水通道，430-第二注浆孔，440-胶结层，510-注浆管，520-封闭层，600-柜体，610-继电器，620-电源，630-固定显示器，640-防雨棚，650-防雨片，660-检修门，670-散热口，680-土壤水分含量传感器；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

以下实施例中所述的铁路路基包括轨道支撑层100和轨道支撑层100下方的基床表层110，轨道支撑层100上方为轨道，基床表层110的厚度为60厘米。轨道包括钢轨120和轨枕130，相邻轨枕130的间距为0.6m。

所述轨道既可以是无砟轨道，也可以是有砟轨道。当时无砟轨道时，所述轨道支撑层100可称作底座板。当采用有砟轨道时，所述轨道支撑层100可称作道砟层。

实施例1

如图1所示的铁路路基排水及监控设备包括排水装置、检测装置、控制装置和柜体600。

所述检测装置包括设于基床表层110内的土壤水分含量传感器680；所述土壤水分含量传感器680为一排且沿轨道呈1.2m的间距分布。

所述控制装置包括控制器，所述控制器接收所述检测装置的检测数据并将结果输出到显示器上，所述显示器包括固定显示器630和移动显示器。

所述柜体600上设有散热部件、接线孔、滚轮、防雨棚640、绝缘涂层。所述接线孔设于柜体600右侧下方。所述固定显示器630设于柜体600的前侧。所述散热部件包括设于柜体600左右两侧上方的散热扇和设于左侧下方的散热口670，所述散热口670的开口朝下，所述散热扇外设有防雨片650。柜体600后侧为检修门660。

如图2-3所示，所述排水装置为电渗排水装置，包括阳极管210、阴极管220、电极管230、继电器610和电源620，其中，控制器控制继电器610和电源620的运行，继电器610和电源620设于柜体600的前侧。

所述阳极管210从轨道的一侧斜向下放置，所述阳极管210的输出端位于基床表层110内且输出端朝向轨道轴线；所述阳极管210与水平面的夹角为15°。所述阳极管210和电极管230中至少阳极管210的朝向阴极管220的管身上开设有通孔。

所述阴极管220从轨道的另一侧斜向上放置，所述阴极管220的输出端位于基床表层110内且输出端朝向轨道轴线，所述阴极管220与排水管240连接；所述阴极管220的排水坡度为3％。所述阴极管220管身设有环向分布的通孔，外部设有过滤层。

所述电极管230位于所述阳极管210与阴极管220之间并兼做阳极管210的阴极和阴极管220的阳极，所述电极管230的输出端位于基床表层110内且输出端朝向所述阴极管220；所述电极管230与水平面的夹角为45°。

所述阳极管210、电极管230和阴极管220构成电极组300，所述电极组300沿轨道呈0.6m的间隔分布。

每个电极组300中，阳极管210和电极管230构成第一电极对310，电极管230和阴极管220构成第二电极对320，所述继电器610和电源620使所述第一电极对310和第二电极对320交替地被通电。

阳极管210输入端与电极管230输入端的间距为1.82m；电极管230输入端与阴极管220输出端的间距为1.85m。

所述土壤水分含量传感器680设于所述阴极管220所在的轨道一侧并且与阴极管220输出端连接。所述阳极管210、电极管230和阴极管220的输出端以及土壤水分含量传感器680位于基床表层110内40厘米深度处。

铁路路基翻浆冒泥整治方法，包括以下步骤：

(1)在铁路路基翻浆冒泥病害点安装上述的排水装置，其中，采用钻入的方式安装所述阳极管210和电极管230，采用挖沟和回填的方式安装所述阴极管220和土壤水分含量传感器680；

(2)交替对第一电极对310和第二电极对320通电，直至所述排水管240的排水速率和/或基床表层110的含水率达到预设值；期间通过阳极管210注入能够与基床表层110土体胶结成胶结层440的第二浆料；

(3)拔出阳极管210和电极管230后分别形成第一注浆孔410和第二注浆孔430，然后采用第一浆料填充第一注浆孔410和第二注浆孔430。

步骤(2)中，通电采用间歇式通电，所述间歇式通电优选为每通电3小时后断电10分钟；

步骤(2)中，第一电极对310和第二电极对320交替通电的时长比为1：2，具体为当第一电极对310的间歇式通电时间达到24小时时停止通电，然后对第二电极对320进行间歇式通电48小时，以此通电时长比交替通电。

步骤(2)中，所述第二浆料包括在通电第3天注入的第一胶结料和在通电第10天注入的第二胶结料，所述第一胶结料和第二胶结料通过化学反应来胶结基床表层110的土体；所述第一胶结料为质量分数为26％的氯化钙溶液，所述第二胶结料为质量分数为20％的硅酸钠溶液。

通过上述的方法和设备形成的铁路路基修复结构包括第一注浆孔410、排水通道420、第二注浆孔430和胶结层440，所述第一注浆孔410为拔出所述的阳极管210后形成，所述排水通道420由所述的阴极管220和排水管240构成，所述第二注浆孔430为拔出所述的电极管230后形成，所述胶结层440由通过所述阳极管210和电极管230中至少阳极管210所注入的第二浆料与基床表层110土体胶结而成；所述第一注浆孔410、第二注浆孔430内填充有第一浆料。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的铁路路基排水及监控设备具有的区别是：还包括设于排水管240上的水流量传感器。

实施例3

与实施例1相比，本实施例的铁路路基翻浆冒泥整治方法以及铁路路基修复结构具有的区别是：还包括步骤(4)：安装注浆管510，该注浆管510的输出端位于轨道支撑层100与基床表层110之间，然后通过该注浆管510注入第一浆料。如图4-5所示，由此得到的铁路路基修复结构还包括注浆管510、通过所述注浆管510注入的第一浆料固化形成的位于所述轨道支撑层100与基床表层110之间的封闭层520以及填充于注浆管510内的第一浆料。所述封闭层520的厚度为10厘米。

所述注浆管510为两排且分别位于两个钢轨120的外侧，每一排注浆管510呈1.2m的间隔分布。

上述实施例中的第一浆料为超细水泥基灌浆料，水灰比为0.4，并掺有8‰的纤维长度为6毫米的玄武岩纤维。

上述实施例中，阳极管210、阴极管220、电极管230均采用镀锌钢管。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。