CN112900160B - 一种地铁道床用自排水装置及排水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁道床用自排水装置及排水方法，自排水装置埋置在地铁道床底部，从外至内依次为外壳、吸水体、透水层和排水槽；排水槽沿轨道长度方向密贴于隧道仰拱处，当道床与隧道剥离后，与地铁道床两侧的排水通道相连通；透水层罩设在排水槽外侧，吸水体设置在透水层的外周；外壳罩设在透水层外周，且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙。本发明设置在道床内部，能及时排出隧道与道床间的渗漏水，避免道床脱空加剧，避免出现冒泥现象，保障列车行车运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别是一种地铁道床用自排水装置及排水方法。
背景技术
随着地铁运输需求及运营里程不断扩大，地铁隧道风险及病害发生的次数也在不断增加。其中，道床脱空是地铁隧道普遍存在的病害问题。地铁整体道床脱空后会出现渗水、翻浆冒泥现象，地下渗出的积水会进一步腐蚀道床，使道床最终形成脱空状态。整体道床脱空在列车经过时使轨道线路及整体道床产生变形或下沉，情况严重可能影响列车正常运行速度，给地铁运营造成极大的安全隐患。
地铁隧道渗漏水是导致道床脱空的主要诱因。然而，现有地铁隧道排水措施多为道床表面排水，一旦道床发生的脱空，现有排水措施无法及时排出隧道与道床之间的积水，将进一步导致脱空加大，影响列车安全运行。因此，如何发明一种设置在道床结构内部，能及时排出隧道与道床间渗漏水的自排水装置，成为行业亟需。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种地铁道床用自排水装置及排水方法，该地铁道床用自排水装置设置在道床结构内部，能及时排出隧道与道床间渗漏水，避免道床脱空加剧，进而避免出现翻浆冒泥现象，保障列车安全运行。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种地铁道床用自排水装置，自排水装置埋置在地铁道床底部，且密贴于隧道衬砌顶部。
自排水装置从外至内依次设置外壳、吸水体、透水层和排水槽。
排水槽沿轨道长度方向密贴于于隧道衬砌顶部，当道床与隧道剥离后，排水槽与地铁道床两侧的排水通道相连通。
透水层罩设在排水槽外侧，吸水体设置在透水层的外周。
外壳罩设在透水层外周，且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙。
吸水体为多孔材料，弹性模量设置为4-9MPa。以保证在列车荷载的作用下，预留缝隙高度的减小量在0.9-2.5mm范围内。
道床浇筑前预留缝隙初始高度设置为1.5-4.5mm，浇筑道床后预留缝隙的高度降低至1-3mm，列车经过时排水装置外壳受压，在列车荷载的作用下预留缝隙的高度降低至0.1-0.5mm。
道床浇筑后，预留缝隙高度减少量ΔH1计算公式为：
在列车荷载作用下，预留缝隙高度减小量ΔH2计算公式为：
预留缝隙高度计算公式为：
H0＝H2+ΔH1+ΔH2
其中，
H为吸水体高度，单位：mm。
H0为预留缝隙初始高度，单位：mm。
H2为列车荷载作用下预留缝最小高度，单位：mm。
ΔH1为道床浇筑后预留缝隙高度减少量，单位：mm。
ΔH2为列车荷载作用下预留缝隙高度减小量，单位：mm。
E为吸水体材料的弹性模量，单位：MPa。
m0为一节列车长度范围内的道床质量，单位：t。
P为一节列车总轴重，单位：t。
σ0为道床最低点压应力，单位：MPa。
S1为自排水装置外壳上表面面积，单位：mm2。
S2为自排水装置吸水体与管片接触面积，单位：mm2。
排水槽断面面积S的计算公式为：
S＝Q/V
其中，Q为地铁盾构隧道中渗漏水量。
V为根据地铁线路纵坡平均坡度，计算得出的水流速度。
排水槽的断面呈矩形，外壳和透水层的断面均呈倒置的U型，吸水体的断面呈倒置的凹字型。
一种地铁道床用自排水方法，包括如下步骤。
步骤1、设置自排水装置：在隧道仰拱处布设至少一个自排水装置。其中，每个自排水装置中的排水槽均沿轨道长度方向密贴于隧道仰拱。透水层罩设在排水槽外侧，吸水体设置在透水层的外周。外壳罩设在透水层外周，且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有初始高度为H0的预留缝隙。
步骤2、浇筑地铁道床：在设置有自排水装置的隧道内浇筑地铁道床，使每个自排水装置均内置在地铁道床底部。此时，外壳底端面与隧道衬砌之间设置的预留缝隙的高度，将由H0降低至H1，其中，H1＜H0。预留缝隙初始高度H0范围为1.5-4.5mm，H1范围为1-3mm。
步骤3、吸水：汇集在地铁道床底部或道床脱空腔中的积水，通过步骤2中高度为H1的预留缝隙与吸水体相接触，吸水体吸纳积水。
步骤4、自排水：当地铁道床上部有列车通过时，列车荷载传至外壳上部，外壳高度下降，挤压吸水体，吸水体中储存的积水通过透水层，汇集到排水槽中，通过排水槽汇集到蓄水池，并通过排水泵排水。与此同时，预留缝隙的高度从H1降低至H2，且H2＞0。列车通过后，吸水体在自身弹力作用下，带动外壳缓慢上升，预留缝隙的高度从H2上升至H3，其中，H3≤H1。预留缝高度H2范围为0.1-0.5mm。
步骤5、重复步骤1至步骤4，实现地铁道床的循环自排水。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过在道床内部设置自排水装置，在道床与隧道衬砌结合面形成排水通道，及时排出渗漏水，防止道床脱空进一步加大，有利于道床脱空病害的整治，保证地铁列车安全运行。
附图说明
图1显示了本发明一种地铁道床用自排水装置的结构示意图。
图2显示了本发明一种地铁道床用自排水装置的第一种布置位置示意图。
图3显示了本发明一种地铁道床用自排水装置的第二种布置位置示意图。
其中有：
1、外壳；2、吸水体；3、透水层；4、排水槽；5、地铁道床；6、隧道衬砌；7、预留缝隙；8、自排水装置；9、轨道板；10、列车荷载。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图2和图3所示，一种地铁道床用自排水装置，简称自排水装置8，埋置在地铁道床5底部，且密贴于隧道衬砌6顶部。
如图1所示，一种地铁道床用自排水装置，从外至内依次设置外壳1、吸水体2、透水层3和排水槽4。
排水槽沿轨道长度方向布设在隧道衬砌顶部，当道床与隧道剥离后，排水槽与地铁道床外侧的排水通道相连通。在本实施例中，排水槽优选为矩形，排水槽断面面积S的计算公式为：
S＝Q/V
其中，Q为地铁盾构隧道中渗漏水量，设计值为21L/s，具体由消防废水、结构渗漏水和轨道冲洗水三部分组成，其设计值由给排水设计专业给出。
V为根据地铁线路纵坡平均坡度(3％)，计算得出的水流速度0.5m/s。
可得排水槽断面面积S为0.042m2。
根据排水槽断面面积S，按照深宽比1∶2.3确定排水槽宽310mm，高135mm。按道床浇筑后吸水体断面面积等于排水槽面积，确定吸水体宽430mm，高195mm。
透水层罩设在排水槽外侧，透水层优选为金属网状结构。本实施中，透水层的断面呈倒置的U型，透水层的U型内腔形成矩形的排水槽。
吸水体设置在透水层的外周，吸水体的断面优选呈倒置的凹字型。吸水体为多孔材料，弹性模量为4-9MPa，本实施例中优选取5MPa，从而保证在列车荷载的作用下，预留缝隙高度的减小量在0.9-2.5mm范围内。
外壳罩设在透水层外周，断面优选呈倒置的U型，且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙7。
道床浇筑后，预留缝隙高度减少量ΔH1计算公式为：
在本实施例中，道床浇筑后，计算得预留缝隙高度优选减少量ΔH1＝0.8mm；也即，浇筑道床后预留缝隙的高度降低至1-3mm。
在列车荷载作用下，列车经过时排水装置外壳受压，预留缝隙高度减小量ΔH2计算公式为：
在本实施例中，列车荷载作用下，计算预留缝隙高度优选减小量ΔH2＝1.1mm；也即，在列车荷载的作用下预留缝隙的高度降低至0.1-0.5mm。
预留缝隙初始高度计算公式为：
H0＝H2+ΔH1+ΔH2
其中，
H为吸水体高度，单位：mm。
H0为预留缝隙初始高度，单位：mm。
H2为列车荷载作用下预留缝最小高度，单位：mm。
ΔH1为道床浇筑后预留缝隙高度减少量，单位：mm。
ΔH2为列车荷载作用下预留缝隙高度减小量，单位：mm。
E为吸水体材料的弹性模量，单位：MPa。
m0为一节列车长度范围内的道床质量，单位：t。
P为一节列车总轴重，单位：t。
σ0为道床最低点压应力，单位：MPa。
S1为自排水装置外壳上表面面积，单位：mm2。
S2为自排水装置吸水体与管片接触面积，单位：mm2。
在本实施例中，经过上述计算后，道床浇筑前预留缝隙初始高度设置优选为1.5-4.5mm，进一步为2.0mm。
步骤1、设置自排水装置：在隧道衬砌上表面布设至少一个自排水装置。
自排水装置优选具有如下两种布设方式：
布设方式一：自排水装置的数量为一个，布设在轨道板9正下方(也即地铁道床最低点)的隧道衬砌上表面，在满足道床结构的动力学响应的前提下，可满足排水要求。
布设方式二：自排水装置的数量为三个，沿周向均匀布设在隧道衬砌上表面，在满足道床结构的动力学响应的前提下，以满足产生大量结构渗漏水情况下的排水要求。当然，作为替换，自排水装置的数量也可以为若干个，具体根据隧道衬砌的渗水量进行设置。
外壳罩设在透水层外周，且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有高度为2.0mm的预留缝隙。
步骤2、浇筑地铁道床：在设置有自排水装置的隧道衬砌上方浇筑地铁道床，使得每个自排水装置均内置在地铁道床底部。此时，外壳底端面与隧道衬砌之间设置的预留缝隙的高度，将由2.0mm降低至1.2mm。
步骤3、吸水：汇集在地铁道床底部或道床脱空腔中的积水，通过步骤2中高度为1.2的预留缝隙与吸水体相接触，吸水体吸纳积水。
步骤4、自排水：当地铁道床上部有列车通过时，列车荷载传至外壳上部，外壳高度下降，挤压吸水体，吸水体中储存的积水通过透水层，汇集到排水槽中，并排到地铁道床结构外部。与此同时，预留缝隙的高度从1.2mm降低至0.1mm。列车通过后，吸水体在自身弹力作用下，带动外壳缓慢上升。
步骤5、重复步骤1至步骤4，实现地铁道床的循环自排水。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种地铁道床用自排水装置，其特征在于：自排水装置埋置在地铁道床底部，且密贴于隧道衬砌顶部；
自排水装置从外至内依次设置外壳、吸水体、透水层和排水槽；
排水槽沿轨道长度方向密贴于隧道衬砌顶部，当道床与隧道剥离后，排水槽与地铁道床两侧的排水通道相连通；
透水层罩设在排水槽外侧，吸水体设置在透水层的外周；
外壳罩设在透水层外周，且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有预留缝隙；吸水体为多孔材料，弹性模量设置为4-9MPa；以保证在列车荷载的作用下，预留缝隙高度的减小量在0.9-2.5mm范围内；道床浇筑前预留缝隙初始高度设置为1.5-4.5mm，浇筑道床后预留缝隙的高度降低至1-3mm，列车经过时排水装置外壳受压，在列车荷载的作用下预留缝隙的高度降低至0.1-0.5mm；
当地铁道床上部有列车通过时，列车荷载传至外壳上部，外壳高度下降，挤压吸水体，吸水体中储存的积水通过透水层，汇集到排水槽中，并排到地铁道床结构外部；与此同时，预留缝隙的高度从1.2mm降低至0.1mm；列车通过后，吸水体在自身弹力作用下，带动外壳缓慢上升；
道床浇筑后，预留缝隙高度减小量ΔH1计算公式为：
在列车荷载作用下，预留缝隙高度减小量ΔH2计算公式为：
预留缝隙高度计算公式为：
H0＝H2+ΔH1+ΔH2
其中，
H为吸水体高度，单位：mm；
H0为预留缝隙初始高度，单位：mm；
H2为列车荷载作用下预留缝最小高度，单位：mm；
ΔH1为道床浇筑后预留缝隙高度减少量，单位：mm；
ΔH2为列车荷载作用下预留缝隙高度减小量，单位：mm；
E为吸水体材料的弹性模量，单位：MPa；
m0为一节列车长度范围内的道床质量，单位：t；
P为一节列车总轴重，单位：t；
σ0为道床最低点压应力，单位：MPa；
S1为自排水装置外壳上表面面积，单位：mm2；
S2为自排水装置吸水体与管片接触面积，单位：mm2。
2.根据权利要求1所述的地铁道床用自排水装置，其特征在于：排水槽断面面积S的计算公式为：
S＝Q/V
其中，Q为地铁盾构隧道中渗漏水量；
V为根据地铁线路纵坡平均坡度，计算得出的水流速度。
3.根据权利要求1所述的地铁道床用自排水装置，其特征在于：排水槽的断面呈矩形，外壳和透水层的断面均呈倒置的U型，吸水体的断面呈倒置的凹字型。
4.一种地铁道床用自排水方法，基于权利要求1-3任一项所述的地铁道床用自排水装置，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、设置自排水装置：在隧道仰拱处布设至少一个自排水装置；其中，每个自排水装置中的排水槽均沿轨道长度方向密贴于隧道仰拱；透水层罩设在排水槽外侧，吸水体设置在透水层的外周；外壳罩设在透水层外周，且外壳底端面与隧道衬砌之间设置有初始高度为H0的预留缝隙；
步骤2、浇筑地铁道床：在设置有自排水装置的隧道内浇筑地铁道床，使每个自排水装置均内置在地铁道床底部；此时，外壳底端面与隧道衬砌之间设置的预留缝隙的高度，将由H0降低至H1，其中，H1＜H0；预留缝隙初始高度H0范围为1.5-4.5mm，H1范围为1-3mm；
步骤3、吸水：汇集在地铁道床底部或道床脱空腔中的积水，通过步骤2中高度为H1的预留缝隙与吸水体相接触，吸水体吸纳积水；
步骤4、自排水：当地铁道床上部有列车通过时，列车荷载传至外壳上部，外壳高度下降，挤压吸水体，吸水体中储存的积水通过透水层，汇集到排水槽中，通过排水槽汇集到蓄水池，并通过排水泵排水；与此同时，预留缝隙的高度从H1降低至H2，且H2＞0；列车通过后，吸水体在自身弹力作用下，带动外壳缓慢上升，预留缝隙的高度从H2上升至H3，其中，H3≤H1；预留缝高度H2范围为0.1-0.5mm；
步骤5、重复步骤1至步骤4，实现地铁道床的循环自排水。
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