一种穿越活动断层避免轨道破坏的方法

技术领域

本发明涉及铁路轨道交通技术领域，尤其是涉及一种穿越活动断层避免轨道破坏的方法。

背景技术

由于我国国土辽阔，为满足经济和人民生活需求修建了大量普通和高速铁路。我国地形和地质条件极为复杂，铁路路线经常会穿越大片山区。由于剧烈的地质构造力的影响，铁路经常不可避免地需要穿越大量断层。现今铁路列车速度极快，并且经常穿越大量隧道。断层一旦发生活化，铁轨的毁坏会影响通行，需要大量的维修成本，更甚至使行驶中的列车发生脱轨造成重大人员伤亡，这里断层活化一般是指相对稳定的断层因其内在因素变化，或者在其他外在原因(如水库建设、采矿和地震等)作用下重新激活开始运动。因此，保证穿越活动断层的轨道不发生毁坏极其重要。

目前铁路隧道穿越活动断层时，主要采用超挖设计、铰接设计和隔离消能设计等措施，通常是从隧道设计角度解决穿越断层问题。实际上轨道结构是直接影响行车安全的重要因素。现今的轨道结构设计思路主要是以发生缓慢变形时可微调整，发生大变形便于维修为主导思想。例如专利号CN112064425 A《一种使用于跨活动断层铁路隧道的伺服轨道及其调控方法》主要包括轨道、宽轨板、水平和垂直位移动作器、位移传感器和控制模块。在断层两边一定区域内的宽枕板下和两侧面布设垂直和水平位移动作器。当断层滑动引起的宽轨板间位移超过一级阈值时，如果宽轨板间位移与一级阈值的差值在调节范围内，驱动水平和垂直位移动作器，使轨道调整到满足一级行车要求；否则不需要调控，采用降速通行。其他级别轨道变形调整方法类推，通过位移传感器和控制模块实时精准对轨道进行微调整。但是存在以下问题(1)现有技术主要在断层两侧均布设调控装置，增加了轨道的建设和维护成本；(2)在断层发生小滑移时，可以通过轨道的微调整和列车的降速处理来保证列车的通车安全，然而实际断层活化时的滑移量一般较大，并且断层发生突发滑移时列车降速较为困难；(3)在现有技术下，当轨道变形不可调控时，断层处轨道会发生破坏，影响铁路的安全运行，导致大量人员伤亡。因此，在铁路隧道已有支护和超挖的基础上，当断层发生大型水平滑移时，如何保证穿越水平活动断层的轨道不发生毁坏，并保持列车通车速度对铁路安全和通畅运行具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种穿越活动断层避免轨道破坏的方法，该方法在断层下盘的轨道两边和底部分别依次布设多列液压缸，根据实时监测的断层相对水平和竖向滑移量，在同时满足轨道许用转弯半径、许用坡度和列车通行要求工况下，实时的通过液压缸从断层处依次等差减小断层的相对水平和竖向滑移量，智能化自动对断层一侧上轨道同时进行转弯和放缓坡处理，从而消除断层两侧钢轨的变形影响。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种穿越活动断层避免轨道破坏的方法，其特征在于：将所述活动断层一侧相对于另一侧下降的设定为固定侧，另一侧为移动侧；将位于固定侧区域内所述轨道下方固设多列液压油缸二，所述轨道的钢轨铺设在轨枕上，使所述液压油缸二的顶推力施力于所述轨枕与所述钢轨交点处下方位置；断层活化时，通过多列所述液压缸二从断层处依次等差减小断层的相对滑移量，利用所述液压油缸二的顶推力对所述下盘上轨道进行放缓坡处理；在位于固定侧区域内所述轨道两侧，对称固定设置液压油缸一，所述液压油缸一之顶杆施力于所述轨枕，沿所述钢轨延伸方向依次铺设轨板，在所述轨板上至少布设三个滑轨，所述滑轨位置与其上方支撑所述钢轨的所述轨枕位置一一对应；所述轨枕的底面具有滑块，所述滑块与所述滑轨滑动配合，所述液压油缸一位置与所述滑轨位置一一对应。

至少三个所述轨枕两侧端面通过连梁连接固定为一体结构，所述液压油缸一之顶杆通过所述连梁施力于所述轨枕，所述连梁外侧面轴线中心布设长导槽一，所述长导槽一用于所述液压油缸一之顶杆的限位和导向；在位于固定侧的所述轨板下表面布设长导槽二，所述长导槽二位于所述轨枕与钢轨交点处下方位置，与液压油缸二所在位置一一对应，所述长导槽二沿行车方向开设。

所述液压油缸一的反力架由反力墙、墙趾、固定基板和移动基板组成，所述固定基板平铺在所述固定侧，所述移动侧基板平铺在所述固定侧，所述固定基板和所述移动基板上铺设的所述钢轨在断层处保持连续，所述固定基板和所述移动基板之间的分界位于断层处，并保持一定分界间距；所述反力墙与所述固定基板刚性连接，同时所述反力墙中部以下锚固于岩土体内；所述墙趾与所述反力墙外侧面刚性连接。

在所述反力墙内侧面等间距依次布设液压缸一之固定槽，所述固定槽位置与所述长导槽一位置对应。

在所述断层两侧分别布设一对位移传感器一、一对位移传感器二；所述位移传感器一用于监测断层在水平平面内的相对滑移量Δ

以通过实时监测获得的所述相对滑移量Δ

对三维空间中的任意活动断层，设在水平平面内断层与轨道形成的夹角为

设定从断层处为固定侧上所述液压缸一进行排序：1、2、3、4…

在竖直平面内，断层的相对水平和竖向位移量分别为Δ

本发明的优点是：(1)仅在断层一侧布设调控装置，可节省轨道的建设和维护成本；(2)在断层发生活化时，实现实时智能化自动将断层一侧上轨道同时进行转弯和放缓坡处理，可适应断层的大型滑移；(3)通过轨道的转弯和放缓坡处理，满足列车通行要求，列车可不降速通行；(4)通过轨道的转弯和放缓坡处理，消除钢轨的变形，不会毁坏轨道，不仅节省维修成本，还能保证铁路的安全运行和乘客人身安全。

附图说明

图1是本发明智能轨道（单线）示意图；

图2是本发明智能轨道（单线）连梁构成的一体结构示意图；

图3是本发明智能轨道（单/双线）A-A剖面示意图；

图4是本发明智能轨道（单线）B-B剖面示意图；

图5是本发明智能轨道（单/双线）C-C剖面示意图；

图6是本发明智能轨道（单/双线）D-D剖面示意图；

图7是本发明智能轨道（单线）E-E剖面示意图；

图8是本发明智能轨道（单线）电路示意图；

图9是本发明智能轨道相对水平变形消除原理示意图；

图10是本发明智能轨道相对竖向变形消除原理示意图；

图11是本发明智能轨道（双线）应用结构示意图；

图12是本发明智能轨道（双线）智能轨道B-B剖面示意图。

如图1-12所示，图中标记分别表示为:

轨道1、钢轨11、轨枕一12、轨枕二13、盖板14、螺栓15、螺母16、连梁17、导槽18、滑轨19、倒T形滑块110、轨板111、原始轨道112、调节后轨道113、轨道调节段114、传力杆115；

智能驱动系统2、液压缸一21、油泵一22、液压缸二23、油泵二24、半球形结构25、信号处理器26、位移传感器一27、位移传感器二28、监测墩29；

反力架3、反力墙31、墙趾32、固定基板33、移动基板34、液压缸固定槽一35、

断层4、下盘41、上盘42、液压缸固定槽二43。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解（这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成）：

实施例1：以单线铁路为例说明穿越活动断层避免轨道破坏的方法，如图1~10所示。

轨道1由钢轨11、轨枕一12、轨枕二13、盖板14、螺栓15、螺母16、连梁17、导槽18、滑轨19、倒T形滑块110和轨板111组成，如图1和2所示。

将断层4下盘41认定不发生位移，设定为固定侧，作为断层4滑移量的参考点。

将钢轨11铺设在轨枕一12、轨枕二13上；盖板14为之字形薄板钢材，将所述盖板14盖压在钢轨11下缘翼板和轨枕一12、轨枕二13上表面；通过螺栓15将所述盖板14与所述钢轨11下缘两翼、轨枕一12和轨枕二连接，紧固成整体。

轨枕一12的下表面与倒T形滑块110焊接连接，轨枕一12铺设在断层4下盘41上，如图3所示；滑轨19采用扁平C形槽钢，轨枕一12的倒T形滑块110套设在滑轨19的滑槽内，轨枕一12可带动钢轨11在滑轨19的滑槽内滑动；倒T形滑块110与滑轨19滑动配合。

每三个轨枕一12构成一组，并将轨枕一12的两端面分别与连梁17焊接连接，增加断层4下盘41上铺设轨道1的整体性；沿连梁17外侧面轴线中心布设有一个长导槽18，如图2所示；导槽18便于调整液压缸一21顶杆与轨道1的水平错动；导槽18还用于液压缸一21顶杆的水平定位，以及防止连梁17与液压缸一21顶杆的脱开。

液压缸一21的顶杆前端采用半球形结构25，便于液压缸一21顶杆顶入连梁17外侧面中部的导槽18内，也便于液压缸一21顶杆在导槽18内滑动。

轨板111采用矩形薄板钢材，等间距依次铺设在断层4两侧；每三个滑轨19构成一组，等间距依次布设在断层4下盘41的轨板111上。

轨枕二13采用矩形横截面，每三个轨枕二13构成一组，等间距依次布设在断层4上盘42的轨板111上。

反力架3由反力墙31、墙趾32、固定基板33、移动基板34和液压缸固定槽一35组成，如图4所示。

反力架3等间距依次布设在断层4下盘41上，如图5和6所示；固定基板33采用矩形钢筋混凝土薄板，将固定基板33平铺在断层4下盘41上；反力墙31采用条形钢筋混凝土厚板，反力墙31内侧面底部与固定基板33的两端面刚性连接，形成U形结构；墙趾32采用横截面为直角梯形的条形钢筋混凝土构件，墙趾32与反力墙31的外侧面底部刚性连接，能更好地为反力墙31提供支撑。

反力架3的作用主要是为液压缸一21提供水平反力。

在反力墙31内侧面等间距依次布设两列液压缸固定槽一35，液压缸固定槽一35位置与连梁17外侧面导槽18对应；液压缸固定槽一35采用圆筒形钢材；液压缸固定槽一35与反力墙31内侧面采用螺栓15连接；将液压缸一21套设在液压缸固定槽一35内，所述液压缸固定槽一35为液压缸一21的固定提供支撑，用于轨道1的水平调整。

沿行车方向，在固定基板33下表面布设多列长导槽18，所述导槽18位于钢轨11与轨枕一12交点处，以及反力墙31与轨枕一12延长线交点处，如图6所示；导槽18便于调整液压缸二23顶杆与轨道1的竖向错动。

导槽18还用于液压缸二23顶杆的竖向定位，以及防止固定基板33与液压缸二23顶杆的脱开。

液压缸二23的顶杆前端采用半球形结构25，便于液压缸二23顶杆顶入基板一33底部的导槽18内，也便于液压缸二23顶杆在导槽18内滑动；

当轨道1变形时，液压缸一21和液压缸二23顶杆前端的半球形结构25和导槽18可确保液压缸一21和液压缸二23分别与连梁17、固定基板33不会脱开，保证其之间的传力性能稳定。

移动基板34采用矩形钢筋混凝土薄板，将移动基板34平铺于断层4上盘42上；固定基板33和移动基板34上铺设的钢轨11在断层处应保持连续。

在断层4下盘41内布设四列液压缸固定槽二43，液压缸固定槽二43位置与固定基板33下表面导槽18对应；液压缸固定槽二43采用圆筒形钢材；所述液压缸固定槽二43固定在断层4下盘41的岩体内，如图7所示。

液压缸二23套设在液压缸固定槽二43内，液压缸固定槽二43为液压缸二23的固定提供支撑，用于轨道1的竖向调整。

智能驱动系统2由液压缸一21、油泵一22、液压缸二23、油泵二24、半球形结构25、信号处理器26、位移传感器一27、位移传感器二28和监测墩29组成，如图8所示。

将一对位移传感器一27和一对位移传感器二28分别布设在断层4的两侧，并将位移传感器一27、位移传感器二28、油泵一22、油泵二24与信号处理器26连接。

对于平坦地区，可在断层4两侧浇筑监测墩29，作为位移传感器一27和位移传感器二28布设的可靠平台。分别位于断层两侧的一对位移传感器一27用于监测断层4在水平平面内的相对滑移量Δ

通过实时监测的断层4相对滑移量为依据，在满足轨道1许用转弯半径、许用坡度和列车通行要求工况下，实时的通过液压缸一21和液压缸二23从断层4处依次等差减小断层4的相对滑移量，通过智能化自动将断层4下盘41上轨道1同时进行转弯和放缓坡处理，从而消除断层4两侧钢轨11的变形，解决断层4滑移造成的轨道1毁坏，如图9和10所示。

对三维空间中的任意活动断层4，设在水平平面内断层4与轨道1形成的夹角为

在水平平面内，断层4的相对水平和竖向滑移量分别为Δ

当断层4滑动时，在水平平面内轨道1应满足许用转弯半径要求，设轨道1的许用转弯半径为[

在轨道1满足许用转弯半径[

设轨枕一12间距为

在断层4下盘41上，每

为消除断层4水平平面内相对水平滑移量Δ

设从断层4处为下盘41上液压缸一21进行排序：1、2、3、4…

在水平平面内，当上盘42相对下盘41向右滑动时，轨道1左侧和右侧序号为

当上盘42相对下盘41向左滑动时，轨道1左侧和右侧序号为

在竖直平面内，断层4的相对水平和竖向位移量分别为Δ

当断层4滑动时，在竖直平面内轨道1应满足许用坡度要求，设轨道1的许用坡度为[

在轨道1满足许用坡度[

设轨枕一12间距为

在断层4下盘41上，每

为消除断层4竖直平面内竖向滑移量Δ

设从断层4处为下盘41上所述液压缸二23进行排序：1、2、3、4…

在竖直平面内，当下盘41相对上盘42滑动时，则序号为

通过监测断层4的相对滑移量和滑移速度，实现实时的预警预报，乘务人员和铁路相关工作者可采取必要的紧急措施。

实施例2：以平坦地区双线铁路为例，可通过所述传力杆115传递液压缸一21的力和水平位移，如图11和12所示。

传力杆115采用圆柱形钢材，可采用轴承钢，如9Cr18、G20CrMo、GCr15等；传力杆115两端采用半球形结构25，便于传力杆115顶入双线铁路连梁17外侧面中部的导槽18内。

当双线轨道1变形时，传力杆115端部的半球形结构25和连梁17的导槽可18确保传力杆115与连梁17不会脱开，保证其之间的传力性能稳定。

本实施例的有益技术效果为：根据实时监测的断层相对水平和竖向滑移量，在同时满足轨道许用转弯半径、许用坡度和列车通行要求工况下，实时的通过液压缸从断层处依次等差减小断层的相对水平和竖向滑移量，智能化自动对断层一侧上轨道同时进行转弯和放缓坡处理，从而消除断层两侧钢轨的变形相对滑移量，解决列车降速通行、断层活化造成的轨道毁坏，影响通车安全的问题。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和修改，故在此不一一赘述。