CN1399035A - 关于铁路路基道碴固化处理的方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铁路路基基础材料应用技术领域。本发明通过采用高分子聚合物对铁路路基(主要是路基道碴)进行固化处理，彻底消除或极大降低路基道碴在轨枕和钢轨(轨条)反复上下震动的作用下所产生的易流动性，从而使路基道碴流动和轨枕、钢轨(轨条)整体下沉下陷的现象将得到根本解决，提高路基的安全性，降低铁路路基的养护成本、工作量和工作强度，为铁路列车提速奠定坚实的基础。本发明在对铁路路基(主要是路基道碴)进行固化处理的具体施工中，过程简单易操作，完成施工速度快，成本低廉，对铁路正常运输作业无干扰和其它不利影响。
Description
技术领域 本发明属于铁路路基基础材料应用技术领域。本发明通过采用高分子聚合物对铁路路基(主要是路基道碴)进行固化处理，彻底消除或极大降低路基道碴在轨枕和钢轨(轨条)反复上下震动的作用下所产生的易流动性，从而使路基道碴流动和轨枕、钢轨(轨条)整体下沉下陷的现象将得到根本解决，提高路基的安全性，降低铁路路基的养护成本、工作量和工作强度，为铁路列车提速奠定坚实的基础。本发明在对铁路路基(主要是路基道碴)进行固化处理的具体施工操作中，过程简单易操作，完成施工速度快，成本低廉，对铁路正常运输作业无干扰和其它不利影响。
背景技术 铁路运输在国家经济发展中占有重要地位，铁路路基的养护是实现铁路运输安全的重要保证。对于中国铁路运输运量压力的缓解，铁路运营中的提速，是一个较为经济的解决方案。
目前，提速基本上已经到130km/hr，某些路段甚至可以达到160km/hr，但对于机车的设计最高时速180km/hr(也有提出为200km/hr的)，提速方面仍有潜力可挖。这将可称之为二次提速。
对于铁路二次提速，除管理水平上的提高的要求外，对其硬件基础的要求更为重要，主要集中在机车车辆性能、钢轨(轨条)性能和路基性能三方面。目前通过对钢轨(轨条)材质的热膨胀、钢轨(轨条)无缝化处理和机车提速设计(如改进机车车辆转向架设计)等工作，已使列车提速到130km/hr。但路基基础百年不变，基础差，不符合提速后技术要求指标，这是制约列车提速的重大原因和缺陷。
路基基础所起的作用是：保持正常、合理的路基平面，承担起轨枕和钢轨(轨条)和车体的负荷。这就要求路基基础材质从技术上达到较高硬度、能承担高负荷、坚固耐用、不易流动变形等要求。
目前在国内和国外，路基基础所用材质基本上采用不规则外形的石灰岩材质的道碴，此类路基道碴基础自从起用后，至今百年未变。其主要原因是它具有以下优点：1)成本低廉；2)储量丰富，容易加工，可以大量获取；3)铺设便捷，对下层基础要求简单，下层基础平整牢固即可；4)硬度较高，坚固耐用，相对其他可能的材质而言不易流动；5)易于养护，容易更换；6)透水透气，易于排水，使基础牢固。
但它也有以下缺点：在列车通过过程中，车论不断辗压，对于任何一根轨枕而言，都是一长串反复上下震动的过程，整个钢轨(轨条)的运动就类似一个正弦波。这样一个反复上下震动所产生的反复向下的作用力通过每一根轨枕作用在路基道碴基础上，在此作用力下，道碴产生了被挤压而逃避且产生了侧向流动，经这样反复作用后轨枕下面的道碴越来越少，逐渐出现轨枕和钢轨(轨条)整体下沉、道碴突起堆积于任意两根轨枕之间的现象。
路基、轨枕和钢轨(轨条)正常的状况见说明书附图中的图1。
路基、轨枕和钢轨(轨条)在受到反复上下震动之后的状况见说明书附图中的图2。
对于路基、轨枕和钢轨(轨条)等所受的力，分解图示见说明书附图中的图3。
为使路基恢复到正常状态，通常需要定期进行路基养护。铁路上有专业的路基养护器械和设备如铁路路基道渣捣固器等，且有庞大的路基养护工人队伍。这样的工作量通常是大量且繁重的，耗用成本也非常高昂。大的定期路基养护工作的流程通常是首先封锁施工区段，停止拟养护路基路段的通行和运输，用专业设备提升钢轨(轨条)和轨枕，然后通过铁路路基道渣捣固器、震动镐或洋镐将突起堆积于任意两根轨枕之间的道碴铺平、打回到轨枕下面。
之所以发生上述的路基道碴流动和轨枕、钢轨(轨条)整体下沉下陷的现象，主要原因是道碴之间缺乏相互粘连的作用力，从而在轨枕和钢轨(轨条)的反复上下震动的过程中产生了道碴被挤压、逃避和侧向流动。假设路基材料使用流动性更大的沙子，则路基的流动和轨枕、钢轨(轨条)整体下沉下陷的现象会更快及更明显。
做为高速列车，由于速度更高，则路基、轨枕和钢轨(轨条)等所受的力更频繁，路基、轨枕和钢轨(轨条)上下震动的频率随列车速度的提高而相应增加，此频率增加的程度与列车速度提高的倍数成正比关系，即列车速度提高1倍则频率增加1倍，如果列车速度提高2倍则频率增加2倍。同样，路基流动和轨枕、钢轨(轨条)整体下沉下陷现象产生的速度与车体速度提高的倍数也成正比关系，即速度提高1倍则下沉下陷现象产生的速度增加1倍，速度提高2倍则下沉下陷现象产生的速度增加2倍。所以，提速将大量增大路基养护的工作量和工作强度。即，如果提速1倍，路基养护的工作量和工作强度增加1倍，如果提速2倍，路基养护的工作量和工作强度增加2倍。也就是说，假设速度为60km/hr的时候路基养护是每月1次，当提速至120km/hr的时候路基养护理论上应该是每月2次，当提速至180km/hr的时候路基养护理论上应该是每月3次。并且，由于列车速度提高，列车运行密度增加，车次间隙时间缩短，路基养护只能在缩短的车次间隙时间内完成，或封锁区段后进行，这将极大地增加了工作强度和难度，造成对铁路运输的不利影响。
综上所述，在提速的情况下，道碴流动速度加快，成为路基养护成本、工作强度和难度等因素极大程度地增加的重要原因，也将是提速后铁路潜在的事故发生的最为重要的根源。
为从根本上解决上述问题，本发明认为，解决上述问题的最根本的原则是降低道碴的流动性。
发明内容 本发明所描述的降低道碴的流动性这一根本的原则的简单方法即是通过某种手段使道碴相互被粘连、固化，从而失去流动性或大幅度降低流动性。具体操作，可以使用某些高分子聚合物如丁苯乳胶、丁胺橡胶、苯胺橡胶、液体状橡胶或其它高分子聚合物等以单一成分或上述高分子聚合物以最佳配方、比例制备形成的某种复合物、混合物浇到路基道碴上，使这些具有一定粘滞度的液体状高分子聚合物(可以是其单体)顺道碴缝隙下渗流动，添满道碴缝隙并快速凝聚，凝聚时间可从十余秒至5分钟。最佳凝聚时间是这些液体状高分子聚合物顺道碴缝隙下渗流动至道碴最底层时即开始发生凝聚。聚合凝固后的路基道碴成为一个整体，受冲击时表现出良好的弹性，抗冲击强度很高。
这些液体状高分子聚合物发生凝聚后的产物应该具有以下特征：1)对道碴具有强力的黏着力，能将道碴强力地粘合为一个整体；2)凝聚后的产物应该具有一定的弹性，不脆，类似橡胶的弹性，以保证在路基、轨枕和钢轨(轨条)上下高频度的震动的情况下凝聚后的产物不断裂，有耐久的韧性。3)对一般理化状况有一定的抵抗力，具体如能耐40-50℃的温度不老化，对阳光、雨水等有一定的抵抗力不易老化，对柴油、机油及其他铁路上常见污染物质有一定的抵抗力不易老化；4)不污染环境，多年使用老化后易于修复、复原或清理。
对这些发生凝聚前的液体状高分子聚合物(单体)要求应该具有以下特征：1)安全、无毒、对环境无污染(环保)，无易燃、无易爆；2)液体状并具有一定粘滞度，在常温下性质稳定不发生不可逆转的凝固、凝聚；3)能快速凝聚，凝聚时间可从十余秒至5分钟范围内，且凝聚过程不需要复杂的操作，施工操作简单易行；4)对道碴粘合表面要求不高，对被柴油、机油等污染的道碴有同样高的黏着力；5)成本低廉，并可以大量地生产，货源充裕。
经过上述措施和过程，道碴路基在上下震动的作用力的反复作用下，将失去其原有易流动的特性，路基道碴流动和轨枕、钢轨(轨条)整体下沉下陷的现象将得到根本解决。
在施工过程中，可以使用罐车储存、运输液体状高分子聚合物(单体)，并在罐车车体行进过程中通过出喷液管进行浇注和铺设，使聚合物以适当的流速配合罐车适当的行进速度，可以达到液体状高分子聚合物能均匀地浇注在路基道碴上并渗流到道碴缝隙及覆盖路基道碴表面。罐车通过出喷液管进行浇注和铺设的效果图参见说明书附图中的图4。这样的施工过程简单且基本不影响各车次的正常运输作业。
施工后路基截面的铺设面的中点高度应略高于外侧，目的是使雨水或从列车上遗弃的液体状遗弃物能顺着稍微倾斜的路基表面流到路基旁，而不滁留于路基表面或下渗。施工后路基截面的效果图参见说明书附图中的图5。
附图说明 说明书附图中的图1示意为路基、轨枕和钢轨(轨条)正常的状况：路基道碴平整。说明书附图中的图2示意为路基、轨枕和钢轨(轨条)在受到反复上下震动之后，道碴突起堆积于任意两根轨枕之间，轨枕和钢轨(轨条)整体下沉。说明书附图中的图3示意为路基、轨枕和钢轨(轨条)等所受的力的分解图示。在车体运行过程中，车体的重力通过与钢轨(轨条)接触的车轮传递给钢轨(轨条)和轨枕，重力最后作用于路基道碴土。受到车轮直接压迫的轨枕向下运动，远离车轮直接压迫的轨枕向上运动。钢轨(轨条)和轨枕随车体行进过程中产生反复的上下震动。说明书附图中的图4示意为装载了液体状高分子聚合物(单体)的罐车通过出喷液管进行浇注和铺设的效果，整个施工是在罐车行进过程中完成的。说明书附图中的图5示意为施工后路基截面的效果图，施工后路基截面的铺设面的中点高度应略高于外侧，目的是使雨水或从列车上遗弃的液体状遗弃物能顺着稍微倾斜的路基表面流到路基旁，而不滁留于路基表面或下渗。
具体实施方式 以下实施例对本发明具体操作方法和用途作了详细说明，但并不意味着限制本发明的内容。
实施例1
用路基道碴堆砌截面为梯形、高度为20cm的模型，将丁苯乳胶等高分子聚合物单体从上表面倾倒浇注于模型上，约2分钟内丁苯乳胶完全流入模型道碴底部，并逐渐聚合凝固。凝固后模型抗冲击强度很高，受冲击时表现出良好的弹性。
Claims (7)
1.将现行的铁路路基道碴通过适当处理方法后成为一个整体，使道碴相互被粘连、固化，从而失去流动性或大幅度降低流动性。
2.根据权利要求1，适当处理方法可以是使用某些高分子聚合物对路基道碴进行浇注作业。
3.根据权利要求2，高分子聚合物可以是丁苯乳胶、丁胺橡胶、苯胺橡胶、液体状橡胶或其它高分子聚合物等物质。
4.根据权利要求2，高分子聚合物可以是以其单体形式对路基道碴进行浇注作业。
5.根据权利要求2，高分子聚合物如丁苯乳胶、丁胺橡胶、苯胺橡胶、液体状橡胶或其它高分子聚合物等物质可以是使用单一成分或上述高分子聚合物以最佳配方、比例制备形成的某种复合物、混合物浇到路基道碴上。
6.根据权利要求1，成为一个整体后的铁路路基道，受冲击时表现出适当的弹性，抗冲击强度很高。
7.根据权利要求1，聚合凝固成为一个整体后的路基将降低铁路路基养护成本、工作强度和难度，为列车提速提供基础条件，并将大大降低提速后铁路潜在的事故发生的频率和可能。
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