一种应用于轨道的沉降实时消除系统及方法与流程

本发明涉及高铁轨道施工技术领域，具体涉及一种应用于轨道的沉降实时消除系统及方法。

背景技术：

中国高铁经过十多年的建设和发展，已进入成熟化，拥有了世界上最大规模及最高运营速度的高速铁路网，很大程度上拉动了国内经济的发展，更为重要的是，它已成为一个亮丽的名片，向全世界宣示着中国高速铁路的崛起。高速铁路在不同国家不同时代有不同规定。中国国家铁路局对高速铁路的定义为：新建设计开行250公里/小时(含预留)及以上动车组列车，初期运营速度不小于200公里/小时的客运专线铁路。目前我国“复兴号”动车组在京沪高铁率先实现350公里时速运营，成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。但是，人们并不满足几百公里的时速，提出了“超级高铁”的概念。超高时速的列车对轨道的沉降标准提出了更高的要求，在线路上极小的挠度也可能危及到列车的安全运行。因此，高铁线路中基础的差异沉降是影响列车营运质量与安全的关键问题。高铁线路作为条状构筑物，纵跨几百公里，甚至上千公里，沿线地质情况十分复杂，尤其是在不良地质区段，基础存在差异沉降的风险。此外，在桥梁与隧道的连接处、桥梁与路基连接处，会因两部分受力特性的不同，而出现不同程度的差异沉降，影响列车行驶安全。

据《铁路桥涵地基和基础设计规范(tb10002.5-2005)》，对于明桥面桥梁：桩顶均匀沉降量小于40mm；相邻桩均匀沉降量之差20mm。据《高速铁路路基设计规范》，路基与桥梁、隧道与横向结构物交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁、隧道的折角不应大于1/1000。目前，沉降问题的处理大多采用传统手段，只能减少沉降，不能做到对沉降完全消除，更不能及时消除因外界因素而突然发生的沉降。

技术实现要素：

为了解决现有技术中列车线路的差异沉降问题，本发明的目的在于提供一种应用于轨道的沉降实时消除系统及方法，该系统能实时观测线路沉降，并能及时消除沉降。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用于轨道的沉降实时消除系统，包括支撑杆和用于调节轨道高度的高度调节系统；

铁路的桩基础深入土层中，桩基础的顶部连接铁路的线路桥，铁路的轨道板设置在线路桥的上方，线路桥的顶部与轨道板之间设置有用于支撑轨道板的橡胶支座，橡胶支座的顶部与轨道板连接；

支撑杆的下端设置在桩基础一侧的地基中；

高度调节系统包括顶升机构、控制器、信号发射器和信号接收器，顶升机构设置在线路桥面的顶部与橡胶支座之间；信号发射器和信号接收器分别设置在轨道板侧面和支撑杆的上端，或者信号发射器和信号接收器分别设置在支撑杆的上端和轨道板侧面；

信号发射器：用于发出信号；

信号接收器：用于接收信号发射器发出的信号，并将该信号传输给控制器；

控制器：用于接收信号接收器传输的信号，根据该信号来控制顶升机构动作，以调节橡胶支座的高度，并进一步消除轨道的沉降。

顶升机构埋置于线路桥顶面以下，顶升机构的顶面与橡胶支座底面固定连接。

支撑杆为细长杆，细长杆下端头的水平高度低于桩基础下端头的水平高度。

所述顶升机构为液压千斤顶，液压千斤顶连接有油管，油管连接有液压泵，液压泵通过油管与油箱连接，油管埋入线路桥中。液压千斤顶与液压泵之间的油管连接处设有阀门，阀门用于控制液压千斤顶中液压油的进出。

所述信号发射器为红外信号发射器，信号接收器为红外信号接收器，红外接收器沿高度方向每隔一定间距设有一道红外感应线。

红外接收器沿高度方向每隔1～2mm设置一道红外感应线，红外感应线设置两道。

轨道板架设在轨道板上。

一种应用于轨道的沉降实时消除方法，信号发射器向信号接收器发射信号，信号接收器接收该信号并将该信号传输给控制器；

当桩基础发生沉降时，桩基础、线路桥、轨道板和顶升机构整体沉降，支撑杆未沉降，信号接收器上接收信号发射器发出信号的位置发生变化，控制器根据该位置变化信息来控制顶升机构向上顶起橡胶支座，进而使轨道上升至预设位置。

将红外信号发射器安装在支撑杆上，红外信号接收器安装在轨道板侧面上，调整红外信号发射器发出的红外线照射在一道红外感应线略偏上的位置；

当桩基础发生沉降时，桩基础、线路桥、轨道板和顶升机构整体沉降，支撑杆未沉降，此时红外信号发射器发出的红外线相对红外信号接收器上移，当红外线照射在下一道红外感应线上时，控制器控制顶升机构向上顶起橡胶支座，同时红外信号接收器随轨道板一起上移，当红外线又照射在前一道红外感应线上后，控制器接收到红外信号接收器发送的信号并控制顶升机构停止动作。

与现有技术相比，本发明的有益结果如下：

本发明的应用于轨道的沉降实时消除系统的桩基础连接线路桥，线路桥中的顶升机构连接橡胶支座，橡胶支座连接轨道板，因此通过调节橡胶支座的高度就能实现对轨道板高度的调节，并进一步实现对轨道板上架设的轨道高度的调节；将支撑杆的下端设置在桩基础一侧的地基中，因此，能够防止桩基础发生沉降时支撑杆与桩基础共同发生沉降；高度调节系统包括顶升机构、控制器、信号发射器和信号接收器，顶升机构设置在线路桥面以下，用于调节橡胶支座的高度，信号发射器和信号接收器分别设置在轨道板侧面和支撑杆的上端，或者信号发射器和信号接收器分别设置在支撑杆上端和轨道板；因此，当桩基础发生沉降时，桩基础、线路桥、轨道板和顶升机构整体沉降，支撑杆不沉降，信号接收器上接收信号发射器发出信号的位置发生变化，控制器根据该位置变化信息来控制顶升机构向上顶起橡胶支座，顶升机构向上顶起橡胶支座的高度与桩基础的沉降高度相同，顶升机构向上顶起橡胶支座后，即可对桩基础发生沉降而导致的轨道沉降进行消除；

综上，本发明实现了实时观测线路沉降，并能及时消除该沉降，进而消除了轨道由于桩基础发生沉降而产生的挠度，进而保证列车行驶路线的平直度。无需大量的人员进行工程的维护，能够实现自动化控制。

附图说明

图1是本发明应用于轨道的沉降实时消除系统的三维模型示意图。

图2是本发明应用于轨道的沉降实时消除系统的上部示意图。

图3是本发明系统的红外接收器、红外发射器和细长杆的位置详图。

图4是本发明系统的液压千斤顶详图。

图中，1-桩基础，2-线路桥，3-液压千斤顶，4-橡胶支座，5-控制器，6-油箱，7-油管，8-轨道板，9-红外接收器，10-红外发射器，11-细长杆，12-红外感应线，13-阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明的应用于轨道的沉降实时消除系统，包括支撑杆和用于调节轨道高度的高度调节系统，铁路的桩基础1深入土层中，桩基础1的顶部连接铁路的线路桥2，铁路的轨道板8设置在线路桥2的上方，线路桥2的顶部与轨道板8之间设置有用于支撑轨道板的橡胶支座4，橡胶支座4的顶部与轨道板8连接；

桩基础1的顶部与线路桥2连接，液压千斤顶3埋入线路桥2的顶部，橡胶支座4连接液压千斤顶3的顶部，轨道板8连接橡胶支座4的顶部；

支撑杆为细长杆11，细长杆11的下端设置在桩基础一侧的地基中，细长杆11下端头的水平高度低于桩基础1下端头的水平高度；

高度调节系统包括顶升机构、控制器5、信号发射器和信号接收器，顶升机构设置在线路桥的顶面以下，用于调节橡胶支座4的高度；信号发射器和信号接收器分别设置在轨道板8的侧面和支撑杆的上端，或者信号发射器和信号接收器分别设置在支撑杆上面和轨道板8的侧面；

信号发射器：用于发出信号；

信号接收器：用于接收信号发射器发出的信号，并将该信号传输给控制器5；

控制器5：用于接收信号接收器传输的信号，根据该信号来控制顶升机构动作，以调节橡胶支座4的高度，并进一步消除轨道的沉降。

本发明的顶升机构采用液压千斤顶3，液压千斤顶3连接有油管7，油管7连接有液压泵，液压泵通过油管与油箱6连接，油管7埋入线路桥2中。液压千斤顶3与液压泵之间的油管连接处设有阀门，阀门用于控制液压千斤顶3中液压油的进出；

信号发射器采用红外信号发射器10，信号接收器采用红外信号接收器9，如图1～图3，红外接收器9沿高度方向每隔一定间距设有一道红外感应线12。

优选的，如图3所示，红外接收器9沿高度方向每隔1～2mm设置一道红外感应线12，红外感应线12设置两道。

本发明的应用于轨道的沉降实时消除方法，具体过程如下：

信号发射器向信号接收器发射信号，信号接收器接收该信号并将该信号传输给控制器5；

当桩基础1发生沉降时，桩基础1、线路桥2、轨道板8和顶升机构整体沉降，支撑杆未沉降，信号接收器上接收信号发射器发出信号的位置发生变化，控制器5根据该位置变化信息来控制顶升机构向上顶起橡胶支座4，顶升机构向上顶起橡胶支座4一定高度，使轨道上升至预设或初始位置，使轨道的挠度符合要求。

如图1～图3所示，将红外信号发射器10安装在支撑杆上，红外信号接收器9安装在轨道板8的侧面上，调整红外信号发射器10发出的红外线照射在一道红外感应线12略偏上的位置；

当桩基础1发生沉降时，桩基础1、线路桥2、轨道板8和顶升机构整体沉降，支撑杆未沉降，此时红外信号发射器10发出的红外线相对红外信号接收器9上移，当红外线照射在下一道红外感应线12上时，控制器5控制顶升机构向上顶起橡胶支座4，同时红外信号接收器9随轨道板8一起上移，当红外线又照射在前一道红外感应线12上后，控制器5接收到红外信号接收器9发送的信号并控制顶升机构停止动作。

实施例

本实施例中，轨道架设在轨道板上，轨道板架设在橡胶支座上，橡胶支座架设在线路桥上并连接顶升机构，线路桥的基础形式选用桩基础，桩基础1深入土层，桩基础1的桩长和桩径根据设计要求计算，桩基础1连接线路桥2，液压千斤顶3放在线路桥2顶面以下，同线路桥2一起浇筑，且液压千斤顶3顶面与线路桥2顶面齐平。液压千斤顶3的顶面与橡胶支座4的底面焊接，液压千斤顶3与油箱6通过埋在线路桥2中的油管7连接，油箱6放置在线路桥2的一侧。橡胶支座4顶部连接轨道板8。在桩基础1旁的土中插入一根长度长于桩基础的细长杆11，细长杆11的下端水平高度低于桩基础1，细长杆11上连接红外发射器10，在轨道板8上连接一个红外接收器9，红外接收器9沿高度方向隔1mm～2mm有一道红外感应线12，共设置两道红外感应线12，红外接收器9连接控制系统5。

结合图1、图2、图3和图4所示，本实施例进行轨道沉降实时消除时，启动细长杆11上连接的红外发射器10，红外发射器10射出红外线，红外线照在红外接收器9的最下方一道红外感应线12略偏上处(如图3)。启动控制器5和红外接收器9。轨道板8的荷载作用在橡胶支座4上，橡胶支座4将荷载传至液压千斤顶3，液压千斤顶3将荷载传至线路桥2，线路桥2将荷载传至桩基础1，桩基础1、线路桥2、液压千斤顶3、橡胶支座4和轨道8的整体在荷载作用下逐渐产生沉降，同时，轨道板8的侧面上连接的红外接收器9也下沉。当下沉量达到1mm时，红外线照射到红外接收器9的最上方一道红外感应线12上，红外感应线12将信号传至红外接收器9，红外接收器9再将信号传至控制器5，控制器5控制油箱6向液压千斤顶3中输油，液压千斤顶3将橡胶支座4抬升，橡胶支座4将轨道板8抬升，红外接收器9也随轨道板8上升，当上升量达到1mm时，红外线照射到红外接收器9最下方一道红外感应线12上，红外感应线12将信号传至红外接收器9，红外接收器9将信号传至控制器5，控制器5控制油箱6停止输油，液压千斤顶3停止工作，控制器5控制液压千斤顶3的阀门13关闭，防止漏油。

本发明的系统能够用于胶囊列车一类超高速交通运输工具的轨道，能够消除轨道由于桩基础发生沉降而产生的挠度，进而保证列车行驶路线的平直度，无需大量的人员进行工程的维护，能够实现自动化控制，使得高速列车的运营更加安全。

本发明系统的使用步骤如下：

1)线路桥2连接桩基础1，并将液压千斤顶3同线路桥2一同浇筑，且保证液压千斤顶3顶面与线路桥2顶面齐平，液压千斤顶3连接油管7一端，油管7也浇筑在线路桥2内，油管7另一端连接放置在线路桥2上的油箱6，油箱6连接控制器5；

2)将橡胶支座4底面与液压千斤顶3顶面焊接，将轨道板8架设在橡胶支座4上；

3)安装红外接收器9和控制器5，将红外接收器9和液压千斤顶3、油箱6的线路连接控制器5；

4)将细长杆11插入土中并连接红外发射器10；

5)启动红外发射器10，至此本系统安装完毕，进入使用状态；

当桩基础1发生沉降后，红外线照射不同的红外感应线12使红外接收器9发出不同信号，使控制器5控制液压千斤顶3升起或停止，以达到消除沉降的目的。