用于铁路运输的固定轨道及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于铁路运输的新型固定轨道系统及其制造方法。
背景技术
越来越高的铁路运输速度引发了日益增多的问题，这些问题与传统铁路设计中铺设道碴的轨道有关。在德国以及其他欧洲国家的高速铁路网中，作为建设已久历经考验的系统，传统的铺设道碴的路轨已经到达其物理极限，不再能满足对于最小故障灵敏度和对密集间距以及高运输能力的低维护成本的需求，因此前景不容乐观。
可选的是，1972年，联邦铁路公司(DB AG)、科研机构和施工部门提出了被称之为固定轨道构型的“Rheda”，自1992年以来，该构型与构型“Ztiblin”一起被批准用作德国联邦铁路公司高速段的标准轨道。在固定轨道系统中，传统的铺设道碴的轨道中的轨道形成层和砾石道碴被液压约束底基层所代替，该底基层上具有沥青或混凝土基层。整个结构被视为并因此被作为一个可静态地确定尺寸的系统——土方工程/混凝土基层——来处理。与铺设道碴的轨道相比，它的刚度更大并可由计算确定。提出固定轨道的基本构思是为轨道提供一种均匀一致的弹性路基，这几乎完全由铁轨紧固区地弹性中间层或由弹性轨枕支撑系统来实现。因此，即使是在200公里每小时以上的速度范围，仍能均匀地、具有持续位置稳定性的支撑轨道，这意味着能够形成例如更大的弧度并由此实现更高的转弯速度，而且与传统轨道路基相比其维护费用可忽略不计。
固定轨道系统主要分为两种构型或设计原理：第一种情况，将混凝土轨枕(也可以是混凝土块和钢筋连接杆)或支撑块嵌入混凝土中并由此连接起来以形成整体结构，其中必须以毫米精度安装和振动和/或嵌入轨道栅列。第二种情况，变为将轨道栅列直接安装并锚定在沥青或混凝土基板上，从而必须以毫米精度连续导入基板。这具有整体构型无法提供的优点——能够调换单独的轨枕。这里，固定轨道系统的单独轨枕根据构思和具体解决办法而有所不同。现在选出了七个系统，正在曼海姆和卡尔斯鲁厄之间的试运行段进行试验，包括没有轨枕的系统，其中铁轨直接紧固在混凝土基层的支撑点上。
尽管固定轨道系统有许多毋庸置疑的优点，但是当然它也有缺点，其中一些与系统有关。下面列举并阐述批评者的主要观点。
联邦审计署批评安装固定轨道需要高成本，并指出为收回传统的铺设道碴的轨道的成本至少还要60年的有效使用期。对此的反驳是，安装固定轨道可以避免如监控，重新夯实以及更新旧道碴段所需的费用以及所引发的铁路运输中断，由此可以提高铁路的利用率。尽管一直在试图进行优化，已经可以实现自动化生产并预制，但不可能把制造现有的传统固定轨道系统的成本降低到铺设道碴的轨道的水平或该水平以下。制造固定轨道需要高昂的资金费用是因为它们的结构更复杂，同时也因为需要更长的施工周期。这是由于在铺设轨道栅列和/或安装基板时需要非常高的精度，需要进行昂贵的土壤升级(除了隧道施工以外)，以及由彼此支撑的液压约束层和槽引起的施工周期中断。基本所需的预备工程，这里所指的是昂贵的土壤升级，尤其是指有时更换深度超过3.0m的土壤和随后进行的层层合并以及压实各功能基层，这些功能基层需要准确互调以便获得所需的特性，例如弹性，稳定性，载荷分布，防冻，排水等等。这还意味着，由于沟渠的尺寸和几何形状的缘故，通常只有把两条轨道封闭起来才能将现有的双轨式的铺设道碴的轨道段更新以及转换成固定轨道系统。
下一个特定的问题是，许多资料上披露由刚性结构产生的空气传播的噪音日益增多，且缺乏吸收噪音的措施。测量和计算结果表明，空气传播的噪音等级至多增加3dB(A)，并已经在固定轨道的表面和边缘部位使用导致成本增加的吸音设备以及其他吸音测量设备。
所有以前的固定轨道系统的最后一个也是不太重要的缺点是，整体结构使得铁轨紧固和铁轨定位的适应性有限。由于铁轨紧固端不可改变地固定着，铁轨的可移位能力被限制在最低限度，从而无法适应于工作模式进行变更或修改，因此对规划、测量和设计路线及铁轨提出了很高的要求。所以，与铺设道碴的构型相比，如果可能的话，无论是铁轨位置的后续变更还是轨道路线的较小的改造或是增大弧度以及道岔装置等等，都只有花费极高的费用才能实现。
总之，必须强调的是，现有的固定轨道系统需要高昂的资金费用是由以下因素引起的：
—与长期的运筹规划有关的极高的规划费用，
—根据需要更换土壤的极高费用，
—与施工同时进行的极高的测量费用，
—由于需要极高的精度而产生的极高的施工费用。
此外，现在也不可能对繁重地使用着的现有路段进行转换，因为这需要两个轨道都整个封闭并且需要很长的施工周期。
【发明内容】
本发明的目的在于，以不同于各制造商和供应商提供的现有固定轨道系统的方式，把成本低廉、设计简单以及对于铺设道碴的轨道设计的轨道模式和工作模式进行改造时灵活性高的特点应用到固定轨道中，同时克服前面所述的缺点。
根据本发明，该目的是通过在开始所述的固定轨道系统中包括框形结构来实现的。
本发明的主题尤其涉及一种用于铁路运输的新型固定轨道系统，该系统包括静态地限定长度的预装配路轨承载件，该预装配路轨承载件平行于轨道延伸并安装在钢筋混凝土复合桩上，该钢筋混凝土复合桩通过高压注射而钉在地面以下，安装及对准框形结构时，该预装配路轨承载件围成一个槽，在槽的装配侧设置有作为底部终端的箔片，且该槽一旦填充有浇筑混凝土就形成经纵向及横向加固的、自由连接的连续板作为上部铁轨。
通过从属权利要求可以发现有利的构型。
此外，建议
框形结构2包括具有最小加工误差以及有限非固定长度的两个平行铁轨的钢筋混凝土预制部件3，
设置有静态限定长度且平行于轨道延伸的预装配路轨承载件，
路轨承载件支撑在钢筋混凝土复合桩上，该钢筋混凝土复合桩通过高压注射而钉在地面以下，
安装及对准框形结构时，钢筋混凝土预制部件3形成了一个槽，在该槽的装配侧设置有作为底部终端的箔片，
该槽填充有浇筑混凝土并形成了经纵向和横向加固、自由连接的连续板作为上部铁轨，
最后阶段把用于承受载荷的平行延伸的钢筋混凝土预制部件3预先制成与载荷相反的弧形(拱形)，
平行延伸的钢筋混凝土预制部件3是轨枕体，
钢筋混凝土预制部件3形式的轨枕体在装配状态下被钢结构4、10保持分开，
钢筋混凝土预制部件3形式的轨枕体在钢结构4、10的装配状态下固定在位，
以具有足够的极限强度的浇筑混凝土7将轨枕之间的空隙填至一定高度来实现纵轨枕部件2的最后固定，
使用具有足够的极限强度的高早期强度浇筑混凝土7来进行填充，
浇筑混凝土7设置有大小适当的加固钢筋插入件9，
为了传递动态载荷，通过纵向填充具有足够强度的浇筑混凝土7以及尺寸充分设计的钢筋插入件9来制造在静态条件下有限长的板，
有限长的板结构使得在亚土层出现问题的情况下无需进行昂贵的土壤更换，
由于铁轨轨体14的底边与轨枕体3之间的浇筑混凝土7的顶边之间的垂直间隙，因此有足够的空间用于随后安装道岔系统，
在工厂将紧固成型部分16结合到轨枕体3的预制部件中的步骤使得能够容易地紧固附加部件，例如车轮区域中的防噪音系统或诸如道岔的附加系统，
所有的紧固端15都随时可接近，因而容易维修，
在填充有浇筑混凝土7的空隙表面构造有适当的斜面以便排走表面的水，
将噪声吸收混凝土层作为适当的上部层涂覆到浇筑混凝土体7上，
通过具有足够强度的PE箔片5从防冻层1沿向下方向密封浇筑混凝土体7，
用作防止潮汽上渗的密封材料的PE箔片5以防渗的方式连接到轨枕体3，
借助于排水系统8将水从设置在钢筋混凝土轨枕体3之间的浇筑混凝土体7表面排走，该排水系统8在工厂与预制部件一体成型，
将用作垂直及水平固定的纵轨枕部件2锚定在钢筋混凝土桩11、12和钢支架13上，该钢筋混凝土桩11、12通过高压注射而钉在地面以下，
将用作垂直及水平固定的纵轨枕部件2锚定在钢桩11、12和钢支架13上，该钢桩11、12过高压注射而钉在地面以下，
锚定件11、12、13依次在其锚定方向上朝向主要载荷方向，
由于锚定在桩11、12和钢支架13上，因此可以容易地在空中调整作为路轨承载件的轨枕体3，
仅需在沿着基础工程11、12、13以更大间距相隔的支撑端处对轨枕体3进行调整，
借助于该方法，即使是问题较多的亚土层可以跨接起来而无需更多费用，
通过传统的标准连接件15将铁轨14安装在新型轨枕体3上并可侧向移位地锚定在紧固成型部分16上，该紧固成型部分以铁轨紧固间距间隔设置，以横贯铁轨的方式嵌入于混凝土中，
铁轨轨体14支承在肋板15上，
铁轨倾角可以通过肋板15自由调整，
在紧固装置15的释放状态下，铁轨轨体14可在肋板15上侧向移位，
铁轨14与子结构1的隔音借助于设置在其间的消音垫6来实现，
为适应不同轨距，仅需适当改变钢结构4、10而无需改变钢筋混凝土梁3，
横贯铁轨上部区域的轨枕体3具有水平圆柱形开口，该开口在浇筑混凝土过程中已经预先保持敞开并以规则间隔重复，使得随后可以安装道岔机构。
【附图说明】
附图中描述了本发明的一个具体实施例，以下对其进行详细说明。
图1表示预制部件形式的新型钢筋混凝土梁3的剖面图。可以看到各紧固成型部分16，这些紧固成型部分主要沿梁长度方向嵌入于混凝土中，其在横贯梁的上边缘处嵌入混凝土中的紧固成型部分用来紧固铁轨并以铁轨紧固间距反复出现。此外还可以看到准备用作排水管8的通道。
图2表示在开始预制纵轨枕部件2时的一对相配的钢筋混凝土梁3的剖面图。在每一种情形下，位于梁纵向上的底部紧固成型部分16已经用作箔片5的防渗连接。
图3表示一对钢筋混凝土梁3的剖面图，该对钢筋混凝土梁3的轨距已由底部钢结构4固定。借助于相应的紧固成型部分16实现梁3与钢结构4之间的连接。
图4表示完成预装配的纵轨枕的剖面图。运输及浇筑混凝土安全防护设备10通过各紧固成型部分16非刚性地连接到该对钢筋混凝土梁3上，而顶部和底部的纵向及横向加固件9固定在钢结构4上。排水管8也类似地进行预装配。
图5表示在现场装配的纵轨枕部件2的剖面图。消音垫6附加地设置在纵轨枕部件的箔片与防冻层1之间。由该对钢筋混凝土梁3和防冻层1形成并由箔片5密封的槽被注满浇筑混凝土7，该浇筑混凝土7由向着排水管8的入口微微倾斜的斜面导入并压实。该混凝土凝固后，可以拆卸该运输及浇筑混凝土安全防护设备并可重复使用。
图6表示做好操作准备的“用于铁路运输的新型固定轨道系统”的剖面图。拆卸该运输及浇筑混凝土安全防护设备10以后，具有铁轨紧固和铁轨支撑15的铁轨14由上部紧固成型部分16非刚性地连接到纵轨枕部件2上。在每个钢筋混凝土梁3的外部，引入砾石道碴作为保护和过滤层。
为了更清晰起见，图7表示图6的局部放大图。
图8表示纵轨枕部件2的支撑区域的剖面图。可能看到，被成对地引入到生长土18中的混凝土高压注射桩11，和固定于其中的垂直钢架12以及设置在所述桩上的精确可调钢支架13。在浇筑混凝土导入之前，纵轨枕部件或若干纵轨枕部件由内部的紧固成型部分16以精确定位方式非刚性地连接到钢支架13上。附加柱形加固件19结合到支撑部位中。
【具体实施方式】
根据本发明，固定轨道的负面问题，比如极昂贵的土壤调换，变成是冗余的了。在以前，有时不得不完全更换深度达3.0米的现有土层，而现在取而代之的是，尺度足够大(最大80cm)的防冻层1成为生长土18上的充分的保护基底层。这使该系统也适用于受压能力极低的现有土层。
通过大量预制包括钢筋混凝土梁3，钢结构4以及钢结构形式的运输及浇筑混凝土安全防护设备10在内的纵轨枕部件2，可以节约相当多的成本和时间，并且铁轨段可以在夜间或以最低限度偶尔进行翻新或修复，而无需中断运输(一次更换最多不超过400m在理论上是可行的)。
钢筋混凝土梁3可以最大尺寸精度和最小质量偏差进行工业化预制。此外，两个相匹配的平行梁3借助于连接和支撑钢结构4，10装配成所需的长度，其也可以运输，并在下侧设置有箔片5。在安装完成的状态下，箔片5与用于轨道体以及子结构的隔音的消音垫6一起相对于防冻层1形成了底部终端，并防止浇筑混凝土7流失。
仅通过改变横贯铁轨14之间的钢结构4、10的尺寸，就可以任意改变已制成的轨道的轨距，而无需改变钢筋混凝土梁3。
预制类似地包括设置穿过梁3的排水管8以便排水，滞留在梁中的水可以通过该排水管排到整个结构的外部。
此外，在预装配过程中，顶部和底部的纵向及横向加固件9并由上述钢结构4插入并固定在适当的位置上。
在加固件9和稍后结合成一体的浇筑混凝土7的上方安装可再循环的、尺寸足够大的钢结构，以作为运输及浇筑混凝土安全防护设备10。
实际的静态紧固通过以高压注射方式成对插入的混凝土桩11来实现，并且，这些混凝土桩11中导入有钢梁12，(或者通过由钢筋混凝土制成的现有大直径螺旋钻孔桩来实现)，钢支架13以横贯随后的铁轨位置14的方式安装在所述桩上。对该支架13进行精确的高度、纵向及横向调整以后，在支架13上放置，对准并紧固预装配的纵轨枕部件2。所产生的静态及动态力分散到复合桩11、12和钢支架13。该基础工程仅需要大约每隔连续10米放置，而不再需要旧系统所要付出的较高测量和平整费用中的绝大部分。此外，这些注射桩11、12可以相对低的精度要求导入到现有的段中，即可以在晚间休息时进行，从而使混凝土可以在运行条件下凝固。如上所述，精确对准借助于钢支架13实现。
出现在预装配钢筋混凝土梁结构2的中空区(混凝土槽)首先在支撑部位中衬有附加加固件19，然后填充浇筑混凝土7，仔细压实、整平并设置有适当的斜面以便于表面的水流向排水管8。为此，应使用高早期强度混凝土。静态地看，纵向填充混凝土制造出无限长平板，该平板对于来自加速、减速的动态力以及由铁路运输产生的其他动态力具有很好的分流性能。此外，对轨枕之间空隙的填充能确保与亚土层(防冻层1)保持最佳接触。
在浇筑混凝土7硬化以后，拆卸所述运输及浇筑混凝土安全防护设备10。
然后通过传统连接件15把铁轨14安装例如在两个平行延伸的具有适当静态尺寸的可变长度的预应力钢筋混凝土梁3上，而不像以前一样安装在单个轨枕组成的轨道栅列上或者混凝土块和垂直布置的钢制拉杠上。因此，就能够充分利用所剪切的360m铁轨长度。并且仍像往常一样通过标准肋板15制造出铁轨倾角。所有的这些铁轨紧固点15以后都可以随时接近。
通过梁3内部及外部已在预制阶段预先同时嵌入钢筋混凝土纵轨枕3中的紧固成型部分16，随后就能够容易地设置防噪音装置或者道岔结构。这就像拆卸、更换到不同位置或调换一样简单。
可在已完成的轨体侧边以及多轨段的轨体之间设置砾石层。
因此，本发明，即新型固定轨道系统，的直观优点体现在较低的施工成本，较高的安装速度，对于亚土层的相对独立性和轨道形式的后续可变性。