有砟铁路道床的加固装置、系统及方法

摘要

本发明为有砟铁路道床的加固装置、系统及方法，其涉及铁路基础设施建设领域，提供了一种带弹性固定套的装置，其包括由至少一个弹性的连续侧墙围住一个柱状空间形成的至少一个弹性固定套以及至少一个控制每个侧墙形状的锁紧系统，所述锁紧系统连接每个侧墙上至少两点使侧墙保持一定形状，在每个柱状空间内装有内装材料，所述内装材料具有比侧墙材料更高的抗压强度。根据本发明的带弹性固定套的装置很好地结合了轮胎橡胶层良好的弹性以及碎石颗粒层的垂向高抗压强度，应用于铁路基础设施建设中时具备优异的性能。

权利要求

1.一种带弹性固定套的装置，其特征在于：其包括由至少一个弹性的连续侧墙围住一个柱状空间形成的至少一个弹性固定套以及至少一个控制每个侧墙形状的锁紧系统，所述锁紧系统连接每个侧墙上至少两点使侧墙保持一定形状，在每个柱状空间内装有内装材料，所述内装材料具有比侧墙材料更高的抗压强度；所述侧墙在顶部带有多个凸翼，侧墙上带有多个孔洞。

2.根据权利要求1所述的带弹性固定套的装置，其特征在于：所述内装材料为内装集料颗粒，所述内装集料颗粒具有比侧墙材料更高的抗压强度。

3.根据权利要求1-2之一所述的带弹性固定套的装置，其特征在于：所述锁紧系统包括单组或多组侧墙距离保持垫和拉紧元件。

4.根据权利要求2所述的带弹性固定套的装置，其特征在于：所述带弹性固定套的装置还包括带孔底托，所述带孔底托托起填满弹性固定套的集料颗粒，从而形成可被搬运的整体。

5.根据权利要求1-2之一所述的带弹性固定套的装置，其特征在于：所述带弹性固定套的装置还包括:一个或多个侧墙加强板，其通过所述锁紧系统固定于侧墙，所述侧墙加强板在顶部带有多个凸翼，侧墙加强板上带有多个孔洞。

6.根据权利要求3所述的带弹性固定套的装置，其特征在于：所述侧墙、侧墙距离保持垫由轮胎制成。

7.根据权利要求2所述的带弹性固定套的装置，其特征在于：所提内装集料颗粒中最多

15％是由轮胎制成的截面在1平方毫米-400平方毫米范围内的条状碎块。

8.一种有砟铁路道床的加固系统，其特征在于：根据权利要求1-2之一所述的带弹性固定套的装置被布置在道床挡肩部分或道床边坡部分，其与铁路轨枕之间存在一可动集料颗粒层，从而允许捣固作业在靠近轨枕的周边进行。

9.根据权利要求8所述的有砟铁路道床的加固系统，其特征在于：所述带弹性固定套的装置被布置为，带弹性固定套的顶端靠近道床顶面的位置。

10.一种有砟铁路道床的加固系统，其特征在于：根据权利要求1-2之一所述的带弹性固定套的装置被布置在横跨道床中间部分和道床挡肩部分两部分之间，其与铁路轨枕之间存在一可动集料颗粒层，从而允许捣固作业在靠近轨枕的周边进行。

11.根据权利要求10所述的有砟铁路道床的加固系统，其特征在于：所提可动集料颗粒层的厚度定义为轨枕底面到侧墙顶端的距离，其在20mm到200mm之间。

12.根据权利要求10所述的有砟铁路道床的加固系统，其特征在于：所述带弹性固定套的装置的侧墙在顶部带有多个凸翼，其侧墙上带有多个孔洞，凸翼伸入可动集料颗粒层中。

13.根据权利要求10-12之一所述的有砟铁路道床的加固系统，其特征在于：所述可动集料颗粒层包括取自轮胎的碎块或颗粒。

14.一种支撑铁路轨道的方法，包括：在地基上铺底砟；在底砟上铺套外集料颗粒和布置根据权利要求2所述的带弹性固定套的装置；最后补充更多的套外集料颗粒形成道床，由道床来支撑铁路轨枕并限制轨枕的移动。

15.根据权利要求14所述的支撑铁路轨道的方法，其中所述套外集料颗粒成分不同于所述内装集料颗粒。

16.一种支撑铁路轨道的方法，包括：在地基上铺底砟；在底砟上铺套外集料颗粒和布置根据权利要求1所述的带弹性固定套的装置；最后补充更多的套外集料颗粒形成道床，由道床来支撑铁路轨枕并限制轨枕的移动。

说明书

有砟铁路道床的加固装置、系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铁路基础设施建设领域，更明确地，涉及建造和加固有砟铁路道床的装置、系统和方法。

背景技术

[0002] 有砟铁路轨道因建设投资小，轨道调整和养护方便，被世界上大多数铁路公司所采用。

[0003] 有砟轨道由钢轨，轨枕，道砟道床，道岔，联结件组成。断面一般呈梯形的道砟道床将轨枕所受载荷均匀分散到路基面，并提供均匀一致的弹性和缓冲以减缓轮轨的冲击和振动。它帮助固定轨枕位置，排水和通过捣固调整轨枕位置。

[0004] 现代道砟道床多采用筛分和级配后的碎石堆积而成。为了提供轨枕足够的横向阻力，专门设置了超出轨枕长度的道床平顶挡肩和斜面边坡。

[0005] 过往列车载荷的往复作用使轨枕底下的散粒道砟，(a)向两侧外移甚至从边坡滚落，造成不可回复的道床下沉；(b)逐渐磨损甚至破碎产生细碎颗粒，阻断水路污染道床。最终道床需要通过清筛和重铺等大规模轨道养护来恢复性能。

[0006] 铁路界一直在积极研发比一般碎石道砟道床寿命更长，弹性减振性能更高的其它道床结构。David Bower在美国专利申请US2013/0206853A1(Railway stone ballast and related system and methods)中提出利用化学粘结剂，比如环氧树脂将研磨过的废旧轮胎细粉粘合在道砟颗粒上，并应用这些带表面膜的道砟颗粒铺设道床的方法。可以预见的是，此方法由于需要大量使用成本高而且对人和环境有害的化学粘结剂，很难在铁路界推广。

发明内容

[0007] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种有砟铁路道床的加固装置、系统及方法。

[0008] 根据本发明的一方面，一种带弹性固定套的装置，即用于有砟铁路道床的加固装置，其包括由至少一个弹性的连续侧墙围住一个柱状空间形成的至少一个弹性固定套以及至少一个控制每个侧墙形状的锁紧系统，所述锁紧系统连接每个侧墙上至少两点使侧墙保持一定形状，在每个柱状空间内装有内装材料，所述内装材料具有比侧墙材料更高的抗压强度。

[0009] 可替换地，所提内装材料为单体或多层板状材料，与侧墙一起形成一个比侧墙本身具有更高抗压强度的复合结构。

[0010] 优选地，所述内装材料为内装集料颗粒，所述内装集料颗粒具有比侧墙材料更高的抗压强度。

[0011] 优选地，所述锁紧系统包括单组或多组侧墙距离保持垫和拉紧元件。

[0012] 优选地，所述带弹性固定套的装置还包括单个或多个分割所述柱状空间的隔离墙，隔离墙由所述锁紧装置固定于弹性固定套。

[0013] 优选地，所述带弹性固定套的装置还包括一个或多个侧墙加强板，其通过所述锁紧系统固定于侧墙。

[0014] 优选地，所述侧墙在顶部带有多个凸翼。

[0015] 优选地，所述侧墙上带有多个孔洞。

[0016] 优选地，所述侧墙加强板在顶部带有多个凸翼。

[0017] 优选地，所述侧墙加强板上带有多个孔洞。

[0018] 优选地，所述带弹性固定套的装置还包括带孔底托，所述带孔底托托起填满弹性固定套的集料颗粒，从而形成可被搬运的整体。

[0019] 优选地，所述侧墙由轮胎制成。

[0020] 优选地，所述侧墙距离保持垫由轮胎制成。

[0021] 优选地，所述隔离墙由轮胎制成。

[0022] 优选地，所述侧墙加强板由轮胎制成。

[0023] 可替换地，所述内装集料颗粒中至少85％是颗粒大小在15mm-70mm范围内的碎石。

[0024] 可替换地，所提内装集料颗粒中最多15％是由轮胎制成的截面在1平方毫米-400平方毫米范围内的条状碎块。

[0025] 根据本发明的另一方面，一个多体带弹性固定套的装置，所述多体带弹性固定套的装置包括多个带弹性固定套的装置，所述带弹性固定套的装置包括由至少一个弹性的连续侧墙围住一个柱状空间形成的至少一个弹性固定套以及控制每个侧墙形状的锁紧系统，所述锁紧系统连接每个侧墙上至少两点使侧墙保持一定形状，在每个柱状空间内装有内装材料，所述内装材料具有比侧墙材料更高的抗压强度。

[0026] 优选地，所述内装材料为内装集料颗粒，所述内装集料颗粒具有比侧墙材料更高的抗压强度。

[0027] 根据本发明的其它方面，一种有砟铁路道床的加固系统，上述的带弹性固定套的装置或者上述多体带弹性固定套的装置被布置在道床挡肩部分或道床边坡部分，其与铁路轨枕之间存在一可动集料颗粒层，从而允许捣固作业在靠近轨枕的周边进行。

[0028] 优选地，所述带弹性固定套的装置被布置在弹性固定套的顶端靠近道床顶面的位置上。

[0029] 根据本发明的其它方面，一种有砟铁路道床的加固系统，上述多体带弹性固定套的装置被布置在横跨道床中间部分和道床挡肩部分两部分之间，其与铁路轨枕之间存在一可动集料颗粒层，从而允许捣固作业在靠近轨枕的周边进行。

[0030] 优选地，所提可动集料颗粒层的厚度定义为轨枕底面到侧墙顶端的距离，其在20mm到200mm之间。

[0031] 优选地，所述带弹性固定套的装置的侧墙在顶部带有多个凸翼，其侧墙上带有多个孔洞，凸翼伸入可动集料颗粒层中。

[0032] 可替换地，所述可动集料颗粒层包括取自轮胎的碎块或颗粒。

[0033] 根据本发明的其它方面，一种支撑铁路轨道的方法，包括：在地基上铺底砟；在底砟上铺套外集料颗粒和布置所述的带弹性固定套的装置或者所述的多体带弹性固定套的装置；最后补充更多的套外集料颗粒形成道床，由道床来支撑铁路轨枕并限制轨枕的移动。

[0034] 可替换地，其中所述套外集料颗粒成分不同于所述内装集料颗粒。

附图说明

[0035] 本发明更多的内涵和原理可以通过所附图示帮助理解。图中所示的单元部件不一定成比例，其意图在于图解本发明的原理。

[0036] 图1展示了一个由坚硬碎石颗粒和橡胶弹性固定套组成的三明治复合结构单元，单体道砟砖。

[0037] 图2为根据本发明特定实施例的单体道砟砖的俯视图和主视图。

[0038] 图3为具有根据本发明的被安置在道床挡肩内的两股单体道砟砖的有砟道床整体截面图。

[0039] 图4为具有根据本发明的被安置在道床挡肩内的两股单体道砟砖的部分有砟道床的俯视图。

[0040] 图5为根据本发明的图3的局部放大图。

[0041] 图6为根据本发明特定实施例的由多个三明治复合结构单元组成的多体道砟砖。

[0042] 图7为根据本发明的多体道砟砖的俯视图和主视图。

[0043] 图8为具有根据本发明的被安置在铁路轨枕下的多体道砟砖的有砟道床配置的放大图。

[0044] 图9为具有根据本发明的被安置在铁路轨枕下的两股多体道砟砖的部分有砟道床的俯视图。

[0045] 图10为具有根据本发明的多体道砟砖的有砟道床的端部横截面图。

[0046] 图10A说明了相对于图10的另一个可供选择的实施例，其中道砟砖内和紧靠轨枕底下的道砟层中的纯碎石道砟由碎石道砟和条状橡胶碎块的混合物所代替。

[0047] 图11展示了安装道砟砖以后道砟捣固作业的情况。

[0048] 图12为根据本发明的具有用于捣实道砟砖的模具和压头的砟砖捣固系统。

[0049] 图13展示了相对于图1的另一个可供选择的复合结构单元的实施例，其中坚硬碎石颗粒由硬质板状结构所代替。

[0050] 图14展示了相对于图1的另一个可供选择的实施例，其中侧墙顶端不带凸翼。

具体实施方式

[0051] 以下将结合图1-14对本发明的具体实施例作进一步地详细介绍。

[0052] 图1为根据本发明的一个具体示例，从该单体道砟砖1的截面图上可以看到，它包括可由废旧车辆轮胎改造的弹性固定套1A，一组距离保持垫1B，拉紧装置1C，侧墙加固板1D，隔离板1E，弹性带孔底托1P和锁紧单元1Q。

[0053] 由图1、图2所示，通过加装的距离保持垫1B和拉紧装置1C，轮胎可以由圆形变成逼近长条矩形的弹性固定套1A。侧墙加固板1D帮助弹性固定套1A进一步保持所需形状。需要声明的是本发明涵盖其它用距离保持垫1B和拉紧装置1C来固定的其它形状的弹性固定套的情况，而不仅限于实施例中给出的结构。

[0054] 如图1所示，弹性带孔底托1P被放入所提弹性固定套1A内。它可由带孔的板或网状材料形成并由所提拉紧装置1C锁紧定位。由此，套内道砟1J可在工厂被预先填入弹性固定套1A，以形成单体道砟砖1。需要声明的是本发明涵盖其它设置弹性带孔底托的方案，比如，将轮胎胎侧打孔和剪裁成一定形状，并在形成长条型弹性固定套后，将剪裁的胎侧连接或胶接成底托。

[0055] 单体道砟砖1很好地结合了轮胎橡胶层良好的弹性以及碎石颗粒层的垂向高抗压强度。

[0056] 弹性固定套1A内装的隔离墙1E通过距离保持垫1B和拉紧装置1C帮助定位，它进一步减少了内装碎石之间硬碰硬的直接接触和破损。

[0057] 形成弹性固定套1A的轮胎胎侧被剪裁成一定形状，形成数个凸翼1AF。类似的，凸翼1DF同样被设置在侧墙加固板1D上，也可以被设置在隔离墙1E上。

[0058] 图3、图4和图5展示了单体道砟砖1在道砟道床的一个具体实施例。在这个具体实施例中，两股单体道砟砖1按照长度方向平行于钢轨的方式依次埋放在道砟道床3C的挡肩3O内，并与轨枕3B保持一定距离。在垂直方向，单体道砟砖1所带的凸翼1AF接近挡肩3O的顶面。它们的这种设置方法可以帮助增加道砟颗粒横向移动的阻力，固定道床3C的形状，同时允许道砟捣固作业在轨枕周围正常进行。由于道砟砖将原来零散的道砟颗粒通过弹性固定套连接成相对坚固而且规则的外形，它们的埋入有效地加固了挡肩和边坡等道床的关键部位，增加了轨道的横向位移阻力，减少了道床的维修工作量。

[0059] 需要声明的是，本发明涵盖任何合适的单体道砟砖的摆放情况，而不仅限于上述实施例。

[0060] 弹性固定套1A和侧墙加固板1D上分别预设有孔洞1G和1H，帮助排水。

[0061] 上述弹性固定套1A，距离保持垫1B，侧墙加固板1D，隔离墙1E，可由合适的材料制成，包括但不局限于，天然或人工橡胶，废旧轮胎上的材料等。可以看到，本专利的应用无需对废旧轮胎进行任何带有二次环境污染或显著消耗能源的加工处理。

[0062] 上述拉紧装置1C以及锁紧单元1Q可由任何合适的材料制成，只要它们能提供足够的拉伸强度，包括但不局限于，天然或人工橡胶，弹簧钢带，尼龙或高分子材料绷带，废旧轮胎上的材料等。

[0063] 需要声明的是，本发明也涵盖不带弹性底托1P，道砟1J在铺轨现场被装入弹性固定套1A而在施工现场形成单体道砟砖的情况。

[0064] 图6和图7展示了本发明的另一种可供选择的实施例，即一种多体道砟砖6。除了几组与图1所示的弹性固定套1A，距离保持垫1B，隔离墙1E，和弹性带孔底托1P一样的元件以外，它还包括为适应多体而调整设计的拉紧装置6C，侧墙加固板6D，和锁紧单元6Q，以及添加的单层或多层端头加强板6S和端头拉紧装置6T。

[0065] 多体道砟砖6所含带凸翼6SF的端头加强板6S通过端头拉紧装置6T固定在道砟砖上。端头加强板6S与侧墙加强板6D具有类似的保持弹性固定套的形状，进而阻止道砟颗粒自由运动的作用。

[0066] 侧墙加固板6D和端头加强板6S可由任何合适的材料制成，包括但不局限于，天然或人工橡胶，废旧轮胎上的材料等。

[0067] 拉紧装置6C和锁紧单元6Q可由任何合适的材料制成，只要它们能提供足够的拉伸强度，包括但不局限于，天然或人工橡胶，弹簧钢带，尼龙或高分子材料绷带，废旧轮胎上的材料等。

[0068] 如图6所示，装在弹性固定套内的道砟1J可以是碎石道砟与切成条状的废旧轮胎片6W的机械混合物。条状物6W也可以是由废旧轮胎粉重新胶合成的条状物。所提条状的轮胎碎块其长度和截面直径比大于1.5。

[0069] 在弹性固定套内配置与套外不同道砟的方法，使一些原来难于应用的改良混合道砟得以应用，比如容易被风吹散的带其它成分的机械混合物，还比如需要回收再利用的高成本高性能的优质碎石道砟或其它带粘结剂或防护膜的道砟。这种方法应用于高速或重载铁路等对道砟性能要求高的线路，与原来散落式统一堆铺一种道砟相比可以节省建造和维护成本。

[0070] 根据本发明的另一方面，还提供了一种通用的道床铺设方式，即在底砟铺完之后，钢轨3A和轨枕3B铺设以前，在轨枕端部将要所处的位置上预铺两股道砟带8M。

[0071] 图8、图9和图10展示了多体道砟砖6在这种预铺道砟带8M中的一个实施例。多体道砟砖6以长度方向垂直于轨道的方式排成两股，沿钢轨3A连续地埋于轨枕3B两端的下方，形成所提预铺道砟带8M的骨架。多体道砟砖6与轨枕3B之间留有一定厚度(20mm-200mm)的可动道砟颗粒层8H。前文所提的凸翼1AF和6SF，伸入这层可动道砟层8H，对周围道砟颗粒自由运动产生不同方向上的限制，提高了道砟横向运动的阻力和轨枕的横向位移阻力。与此同时，正常的捣固作业可以照常进行。

[0072] 需要声明的是，本发明涵盖间断地将道砟砖放到每根轨枕底下的方法，并且涵盖其它为了改善道床各向稳定性的道砟砖铺设方式。

[0073] 相比轨枕中部位置，轨枕两端靠近钢轨的位置更需要坚实的道砟支撑。道砟砖参与建造的两股道砟带提供了轨枕所需的这种在轨枕两端位置上既坚固又有一定弹性回复能力的支撑。它们的使用有助于同时提高道床和轨枕的使用寿命。

[0074] 本发明涵盖了在弹性道砟套1A内和在可流动道砟层8H部位上使用不同于其它道床部位的道砟的方法。如图10A所示，弹性道砟套1A内和在可动道砟层8H部位装填了碎石道砟与切成条状的废旧轮胎片6W的机械混合物。

[0075] 当道床变得不平顺，就需要将道砟垫入轨枕底下使下陷的轨枕重新抬高。通常这是由道砟捣固机完成的。

[0076] 图11显示了采用本发明后的道床捣固过程：一对捣固镐头11A和11B在外来动力的驱动下一边振动一边插入道床3B并同时相对夹紧，迫使可动道砟颗粒层8H的中的颗粒，克服凸翼1AF的阻力，挤入轨枕3B底部。在捣固镐头11A和11B停止施加外力后，凸翼1AF将阻止已被挤入的颗粒自由溜出。位于多体道砟砖6端头的凸翼6SF在轨道横向方向起着类似的作用。

[0077] 如图6和图12所示，预先配置好的定量的道砟1J可以在工厂可控的环境下预先填入弹性固定套1A内，然后将预制道砟砖6放入模具12Y中，通过模具12Y的振动和模具压头12Z施压，使内装道砟1J达到合适的压实密度，并迫使道砟砖外形趋近于模具12Y中内腔的形状。

[0078] 值得指出的是，本发明涵盖了在大型机械化铺架养护列车上，一个流动的露天＂工厂＂上完成以上所述道砟砖制作过程，并由大型机械化铺架养护列车在新铺道床或道床养护过程中将道砟砖自动准确地铺在道床中的方法。

[0079] 工厂预制的道砟砖具有可控的密实度，在工地上铺摆道砟砖在一定程度上使现场的施工质量和施工速度都得到提高。

[0080] 图13展示了另一个可供选择的复合结构单元的具体实施例，图1中的坚硬碎石颗粒1J由具有高抗压强度的板状结构13E所代替。

[0081] 图14展示了没有凸翼的单体道砟砖的情况。需要声明的是，如图14所示，本发明也涵盖没有凸翼1AF或没有凸翼6SF的道砟砖的应用。

[0082] 需要强调指出的是以上所提应用示例仅仅是本发明涵盖内容的具体示范举例。按照本发明的原理可以有许多不同形式的应用方式和允许的变动。

[0083] 这些不同形式的应用方式和允许的变动由以下的专利声明所概括。

[0084] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。