一種可長距離輸水的高速鐵路的制作方法

本發明涉及一種高速鐵路工程，特別涉及一種可長距離輸水的高速鐵路。

背景技術：

我國水資源貧乏，且在時間與空間的分布上又極不均勻，西北、華北、東北的“三北”地區水資源尤其短缺。另外我國經濟建設發展的同時，又忽略了環境的保護與治理，造成了水資源的污染，造成我國的“三北”地區和東南沿海的一些省市有的因為本地區的水資源不足，有的因為本地區的水源已被污染，不能作為城市供水的水源，因此不得不跨流域、跨地區地進行長距離引水。如天津市“引灤入津”工程、大連市“引碧入連”工程、石家莊引崗黃水庫水工程、目前正在實施的“南水北調”工程等等，這些引水工程沿線開挖隧道、水渠、渡槽等基礎工程建設，一方面面臨著對環境生態造成破壞，一方面又面臨著工程建設征地拆遷移民，工程耗資巨大，投資成本很高，工程建設周期長等問題。

高速鐵路是近年來發展一種軌道交通工程，由于其在長距離運輸的便捷高效，深受國人的喜愛，在縮小地區差異，推動全國經濟一體化中做出了不可估量的貢獻。高速鐵路的建設也同樣面臨生態環境破壞，拆遷移民，工程耗資巨大，投資成本很高等問題。經過10多年的發展，我國的高速鐵路已經遍及全國大中城市，累計運營里程已經達1.9萬公里，并且已經組網成形，成為國家一張亮麗的名片。為滿足高速鐵路大曲線半徑的要求，同時減少征地拆遷工作，新建的高速鐵路新建車站大多距離老城區有一定的距離，這就需要地方政府進行相關配套工程的建設。工程建設過程中發現，一些經濟稍落后的地區，受規劃、建設資金、多部門協調等多種因素的形象，相關配套工程往往滯后，這就給鐵路的正常開通運營帶來了一系列的問題。

“長距離引水工程”和“高速鐵路工程”都存在著基礎建設耗子巨大，破壞生態環境等共性問題，但工程積極的一面大家有目共睹。如果能將這兩種工程采用并方案實施，基建工程共用，將會把這種不利因素降低到最小，將是一件具有里程碑意義的事情。特別是利用現在已經成規模、網絡化的高速鐵路工程，增加長距離引水輸水功能，基建工程共享，則可以在降低工程投資的同時，把對環境的破壞降低到最小。

技術實現要素：

針對背景技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種可長距離輸水的高速鐵路。

為達到上述目的，本發明設計的一種可長距離輸水的高速鐵路，其特征在于，包括基建系統、水源系統、輸水系統；基建系統由路基部、橋梁部和隧道部中的一種或多種任意組合而成，在基建系統上安裝輸水系統；水源系統為隧道部收集的水源、橋部梁跨越的大江大河及水庫、路基部保護范圍外的地下水源、鐵路沿線有豐富水源的城市供水中的一種或多種組合；輸水系統包括干線管道，所述干線管道包括用于路基部輸水的路基部輸水管、用于橋梁部輸水的橋梁部輸水管和用于隧道部輸水的隧道部輸水管；利用線路坡度采用多級加壓及自重流水相結合通過輸水系統實現長距離輸水。

優選的，所述路基部包括路基基礎，承載于路基基礎頂部的路基本體，承載于路基基礎頂部且是位于路基本體兩側的管道基座，所述路基部輸水管承載于管道基座頂部；所述管道基座設置在路基本體坡腳的兩側，其截面為梯形；兩側的所述管道基座之間設有多個基座梁，所述基座梁兩端與管道基座底部連接，多個所述基座梁沿線路縱向間隔設置；所述基座梁與所述管道基座為鋼筋混凝土一體結構，形成u形結構；

所述橋梁部包括橋臺、橋墩和箱梁；箱梁承載于溝谷兩岸的橋臺和間隔布置溝谷中間的橋墩上；所述橋梁部輸水管設在所述箱梁內沿縱橋向通長布置，所述橋梁部輸水管兩端從橋臺上預留的過孔穿出；所述箱梁內壁底面間隔設有多個承載固定所述橋梁部輸水管的底座；所述底座包括與箱梁內壁底面固定的基臺、位于基臺頂部承載所述橋梁部輸水管的弧形板，所述弧形板和橋梁部輸水管之間設有減震墊；沿縱橋向，每段箱梁內較低一端設有冷凝水收集槽，所述冷凝水收集槽位于橋梁部輸水管下方；

所述隧道部包括隧道結構；所述隧道結構包括二襯結構、仰拱結構、初期支護和人行道結構，所述仰拱結構內沿隧道走向預留有通長的預留干道，所述隧道部輸水管位于所述預留干道內。

對于所述路基部：

優選的，所述路基部輸水管縱的向沿路基坡度布置，且間隔一定距離設置一段可以縱向伸縮的橡膠波紋管。這樣用以適應溫差變化引起的伸縮變形。

進一步優選的，所述橡膠波紋管的長度不小于輸水管的直徑。

優選的，所述管道基座頂部設有弧形凹槽，所述弧形凹槽內設有突出于弧形凹槽的弧形支撐板，所述弧形支撐板承載所述輸水管。

進一步優選的，所述弧形支撐板與所述輸水管之間設有減震墊。

優選的，所述路基基礎為鋼筋混凝土筏板，且其寬度超出管道基座投影范圍外輪廓線不小于1m，所述路基基礎的厚度為0.5m～2m。

進一步優選的，當地質條件較差時，所述路基基礎下方設置間隔均布樁基礎。這樣形成樁基筏板結構或者復核地基，滿足路基和管道承載力的要求。

對于所述橋梁部：

優選的，所述橋梁部輸水管包括標準段和連接段；每段箱梁內僅設有一根所述標準段，相鄰的箱梁之間的標準段通過連接段連接；所述標準段為剛性管道并承載固定于所述底座上；所述連接段為柔性管道。標準段多采用等輸水量相對較輕的材料，且耐久性及抗滲、抗壓性能較優的圓管；在滿足抗滲、抗壓性等基本性能前提下，連接段需要有優質的抗彎、抗疲勞性能，能滿足高速鐵路運營時因梁的撓曲引起接頭段疲勞，又具有縱向伸縮功能，能調節縱向管道因溫差變化引起的伸縮變形。

進一步優選的，所述標準段為鋼管和/或預應力混凝土管。

進一步優選的，所述連接段為橡膠波紋管。

優選的，每段箱梁內的底座之間的間距為5m～10m。

作為優選方案，所述箱梁內設有兩根并行的橋梁部輸水管，兩根橋梁部輸水管之間間隔設有至少兩個連通橋梁部輸水管的橫管；所述橫管和相鄰橫管之間的橋梁部輸水管的兩端均設有一個閥門。當管道局部需要維修時，可以通過調節控制閥門，形成管道內水流的繞行，實現管道局部維修無需整體斷流的功能。

作為另一優選方案，當橋梁跨越水庫或河流時，可將橋下既有的水源，通過增壓泵經預埋在橋墩內部的與輸水管連通的預埋管輸送到橋梁部輸水管內，供下游使用。

對于所述隧道部：

優選的，所述人行道結構內沿隧道通長布設有集水干管；所述滲水收集系統包括沿隧道長度方向通長設置的側向排水溝和中心排水溝、位于二襯結構和初期支護之間的沿隧道周向設置的橫向環繞盲管和沿隧道長度方向通長設置的縱向盲管、一端與橫向環繞盲管連通，另一端伸出初期支護的徑向盲管；所述側向排水溝位于人行道結構上且其底部通過入流支管與集水干管連通，所述中心排水溝位于仰拱結構的中部；所述縱向盲管和橫向環繞盲管的頂面半周、徑向盲管的圓周設有密布的滲水孔；橫向環繞盲管的兩端分別與位于隧道兩側的側向排水溝連通。所述仰拱結構內沿隧道走向預留有通長的預留干道，所述隧道部輸水管位于所述預留干道內

進一步優選的，所述側向排水溝與中心排水溝之間設有溢流管，所述溢流管的入口與所述側向排水溝連通，出口從仰拱結構穿出與中心排水溝側壁連通。

再進一步優選的，所述溢流管的入口高于所述橫向環繞盲管的出水口。這樣，當水源豐富，集水干管水流滿管不再容水時，側向排水溝內水面標高將繼續上升至溢流管入口，經溢流管排入中心排水溝，防止側向排水溝內水流溢出人行道。

進一步優選的，在所述二襯結構外周壁的表面鋪設有柔性防水板。這樣，保證滲水不滲入二襯結構。

進一步優選的，所述預留干道旁預留有平行隧道走向的縱向檢修通道，并且間隔一定距離設有橫向檢修通道，所述橫向檢修通道連通預留干道和縱向檢修通道。

進一步優選的，所述集水干管和中心排水溝的出口連接一加壓泵站，所述加壓泵站將集水干管和中心排水溝的水流泵送至輸水管內。

為了保證輸水的可靠性，作為另一優選方案，所述仰拱結構內設有兩根并行的所述仰拱結構內沿隧道走向預留有通長的預留干道，所述隧道部輸水管位于所述預留干道內輸水管，兩根所述仰拱結構內沿隧道走向預留有通長的預留干道，所述隧道部輸水管位于所述預留干道內輸水管之間間隔設有至少兩個連通輸水管的橫管；所述橫管和相鄰橫管之間的輸水管的兩端均設有一個閥門。當管道局部需要維修時，可以通過調節控制閥門，形成管道內水流的繞行，實現管道局部維修無需整體斷流的功能。

本發明的有益效果是：利用高速鐵路線下工程作為基建系統主體，在基建系統上安裝輸水系統；利用高速鐵路線下工程沿線的可獲得天然水作為水源，借助安裝在基建系統上的輸水系統的管道，根據線路坡度采用多級加壓及自重流水相結合方式實現長距離輸水功能。輸水和鐵路采用同一通道，節約用地，節省征地拆遷費用，環境，且易于實施；輸水基建與高鐵基建同步施工，施工周期短，節約材料，經濟效益明顯。工程環保生態，且工程實施難度低，經濟效益好。在傳統高速鐵路工程基建工程基礎上，增加長距離引水輸水功能。通過基建工程共建，一次建設既可實現運人和輸水雙功能，減少因單獨建設水利工程引起的征地拆遷、巨額投資，也把對環境的破壞降低到最小

附圖說明

圖1是本發明示意圖

圖2是本發明路基部的立面圖示意圖

圖3是本發明路基部的平面圖示意圖

圖4是本發明橋梁部的結構示意圖

圖5是本發明橋梁部橋臺處立面圖

圖6是本發明橋梁部橋墩處立面圖

圖7是橋梁部輸水管布置示意圖

圖8是本發明隧道部橫截面示意圖

圖9是圖8的局部放大示意圖

圖10是本發明隧道部輸水管布置示意圖

圖中：干線管道1、支線管道2、控制閥門3、增壓泵站4、控制系統5、路基部a、橋梁部b、隧道部c；

路基基礎a1、路基本體a2、管道基座a3、路基部輸水管a4、基座梁a5、弧形支撐板a6、樁基礎a7；

橋臺b1(過孔b1.1)、橋墩b2、箱梁b3、橋梁部輸水管b4(標準段b4.1、連接段b4.2)、底座b5(基臺b5.1、弧形板b5.2)、冷凝水收集槽b6、橫管b7、閥門b8、增壓泵b9、埋管b10；

二襯結構c1、仰拱結構c2(預留干道c2.1、縱向檢修通道c2.2、橫向檢修通道c2.3)、初期支護c3、人行道結構c4、集水干管c5、隧道部輸水管c6、側向排水溝c7、中心排水溝c8、橫向環繞盲管c9、縱向盲管c10、徑向盲管c11、入流支管c12、溢流管c13、橫管c14、閥門c15、柔性防水板c16。

具體實施方式

下面通過圖1～圖10以及列舉本發明的一些可選實施例的方式，對本發明的技術方案(包括優選技術方案)做進一步的詳細描述，本實施例內的任何技術特征以及任何技術方案均不限制本發明的保護范圍。

如圖2和圖3所示，為本發明的路基部a：

所述路基部a包括路基基礎a1，承載于路基基礎a1頂部的路基本體a2，承載于路基基礎a1頂部且是位于路基本體a2兩側的管道基座a3，承載于管道基座a1頂部的路基部輸水管a4；所述管道基座a3設置在路基本體a2坡腳的兩側，其截面為梯形；兩側的所述管道基座a3之間設有多個基座梁a5，所述基座梁a5兩端與管道基座a3底部連接，多個所述基座梁a3沿線路縱向間隔設置；所述基座梁a5與所述管道基座a3為鋼筋混凝土一體結構，形成u形結構。

所述路基本體a2與常規高速鐵路路基結構構造相同，采用a、b組填料，屬于現有技術，在此不贅述。

所述輸水管4縱的向沿路基坡度布置，多采用耐久性及抗滲較優、性價比高的混凝土圓管，露天設置，方便施工，且間隔一定距離(一般間隔距離不小于500m)設置一段可以縱向伸縮的橡膠波紋管(圖中未示出)，這樣用以適應溫差變化引起的伸縮變形。優選的，所述橡膠波紋管的長度不小于輸水管4的直徑，管直徑一般在0.5m～1.0m范圍。

所述管道基座a3頂部設有弧形凹槽，所述弧形凹槽內設有突出于弧形凹槽的弧形支撐板a6，所述承載所述輸水管；所述弧形支撐板a6與所述路基部輸水管a4之間設有減震墊。這樣，當列車經過時，起到減震的作用。

所述路基基礎a1為鋼筋混凝土筏板，且其寬度超出管道基座a3投影范圍外輪廓線不小于1m，所述路基基礎a1的厚度為0.5m～2m。當地質條件較差時，所述路基基礎a1下方設置間隔均布樁基礎a7。這樣形成樁基筏板結構或者復核地基，滿足路基和管道承載力的要求。

如圖4至圖7所示，為本發明的橋梁部b：

所述橋梁部b包括橋臺b1、橋墩b2和箱梁b3；箱梁b3承載于溝谷兩岸的橋臺b1和間隔布置溝谷中間的橋墩b2上；所述箱梁b3為預應力鋼筋混凝土結構，多為簡支箱梁，一般采用標準跨徑24m和32m，采用工廠化預制；

所述箱梁b3內沿縱橋向設有通長的橋梁部輸水管b4，所述橋梁部輸水管b4兩端從橋臺b1上預留的過孔b1.1穿出；所述箱梁b3內壁底面間隔設有多個承載固定所述橋梁部輸水管b4的底座b5；所述底座b5包括與箱梁b3內壁底面固定的基臺b5.1、位于基臺b5.1頂部承載所述橋梁部輸水管b4的弧形板b5.2，所述弧形板b5.2和橋梁部輸水管b4之間設有減震墊(圖中未示出)；沿縱橋向，每段箱梁b3內較低一端設有冷凝水收集槽b6，所述冷凝水收集槽b6位于橋梁部輸水管b4下方，用以收集因箱梁b3內高溫空氣遇低溫管道冷凝從而形成冷凝水，進而形成水流，導致箱梁b3的耐久性問題。將橋梁部輸水管b4布置于箱梁b3內，主要存在以下幾個問題：高速列車行駛的震動對橋梁部輸水管b4的影響、橋梁部輸水管b4輸水過程中陳生的震動對橋梁的影響、前兩中震動會不會產生共振及預防和處理。本發明通過底座b5將橋梁部輸水管b4和箱梁b3相對獨立開來，使得它們之間部發生干涉，從而解決了上述技術問題。

由于箱梁b3采用的是預制，在高速列車行進過程中箱梁會發生一定的位移或震動，那么置于箱梁b3內的橋梁部輸水管b4多少會收到影響。對此，優選的，所述橋梁部輸水管b4包括標準段b4.1和連接段b4.2；每段箱梁b3內僅設有一根所述標準段b4.1，標準段b4.1的長度小于箱梁b3的長度，相鄰的箱梁b3之間的標準段b4.1通過連接段b4.2連接；所述標準段b4.1為剛性管道并承載固定于所述底座b5上；所述連接段b4.2為柔性管道。標準段b4.1多采用在相等輸水量的前提下相對較輕的材料，且耐久性及抗滲、抗壓性能較優的圓管；在滿足抗滲、抗壓性等基本性能前提下，連接段b4.2需要有優質的抗彎、抗疲勞性能，能滿足高速鐵路運營時因梁的撓曲引起接頭段疲勞，又具有縱向伸縮功能，能調節縱向管道因溫差變化引起的伸縮變形。進一步優選的，所述標準段b4.1為鋼管和/或預應力混凝土管；所述連接段b4.2為橡膠波紋管。

優選的，底座b5的間距根據橋梁部輸水管b4的直徑和剛度綜合確定，一般每段箱梁b3內的底座之間的間距為5m～10m。

如圖7所示，為了保障供水，作為優選方案，所述箱梁b3內設有兩根并行的橋梁部輸水管b4，兩根橋梁部輸水管b4之間間隔設有至少兩個連通橋梁部輸水管b4的橫管b7；所述橫管b7和相鄰橫管b7之間的橋梁部輸水管b4的兩端均設有一個閥門b8。具體的，正常工作狀態時橫管b7上控制閥門b8a關閉。當管道局部需要維修時，可以通過調節控制閥門b8，打開閥門b8a，關閉閥門b8b，打開閥門b8c，實現管道局部維修無需整體斷流的功能。

作為另一優選方案，當橋梁跨越水庫或河流時，可將橋下既有的水源，通過增壓泵b9經預埋在橋墩b2內部的與輸水管b3連通的預埋管b10輸送到輸水管3內，供下游使用。

如圖8至圖10所示，為本發明的隧道部c：

如圖8和圖9所示，所述隧道部c包括隧道結構和滲水收集系統；

所述的隧道結構的結構構造與常規高速鐵路隧道基本相同，包括二襯結構c1、仰拱結構c2、初期支護c3、人行道結構c4；與現有技術的區別在于，所述人行道結構c4內沿隧道通長布設有集水干管c5，所述仰拱結構c2內沿隧道走向預留有通長的預留干道c2.1，所述預留干道c2.1內設有隧道部輸水管c6，所述預留干道c2.1旁還預留有平行隧道走向的縱向檢修通道c2.2，并且間隔一定距離設有橫向檢修通道c2.3，所述橫向檢修通道c2.3連通預留干道c2.1和縱向檢修通道c2.2。優選的，集水干管c5多采用耐久性及抗滲較優、性價比高的圓管，如混凝土管，一般管直徑在0.5～1.0m范圍。所述的隧道部輸水管c6，為預制節段管，采用法蘭接頭連接，形成縱向貫通的管道，其埋置在仰拱結構c2內，多采耐久性及抗滲、抗壓性能較優的圓管，如鋼管及預制混凝土管，管直徑一般在0.5～1.5m范圍。

所述滲水收集系統包括沿隧道長度方向通長設置的側向排水溝c7、中心排水溝c8、橫向環繞盲管c9、縱向盲管c10和徑向盲管c11；所述橫向環繞盲管c9位于二襯結構c1和初期支護c2之間且是沿隧道周向設置；所述縱向盲管c10沿隧道長度方向通長設置；所述徑向盲管c11的一端與橫向環繞盲管c9連通，另一端伸出初期支護c3；所述側向排水溝c7位于人行道結構c4上且其底部通過入流支管c12與集水干管c5連通，所述中心排水溝c8位于仰拱結構c2的中部；所述縱向盲管c10和橫向環繞盲管c9的頂面半周、徑向盲管c11的圓周設有密布的滲水孔，便于圍巖滲水的收集；橫向環繞盲管c9的兩端分別與位于隧道內部兩側的側向排水溝7連通。

優選的，所述側向排水溝c7與中心排水溝c8之間設有溢流管c13，所述溢流管c13的入口與所述側向排水溝c7連通，出口從仰拱結構c2穿出與中心排水溝c8側壁連通；所述溢流管c13的入口高于所述橫向環繞盲管c9的出水口。這樣，當水源豐富，集水干管c5水流滿管不再容水時，側向排水溝c7內水面標高將繼續上升至溢流管c13入口，經溢流管c13排入中心排水溝，防止側向排水溝c7內水流溢出人行道。

優選的，在所述二襯結構c1外周壁的表面鋪設有柔性防水板c16。這樣，保證滲水不滲入二襯結構1。

優選的，所述集水干管c5和中心排水溝c8的出口連接一加壓泵站，所述加壓泵站將集水干管c5和中心排水溝c9的水流泵送至隧道部輸水管c6內，可供運輸綜合利用。

如圖10所示，為了保證輸水的可靠性，作為另一優選方案，所述仰拱結構c2內設有兩根并行的隧道部輸水管c6，兩根隧道部輸水管c6之間間隔設有至少兩個連通隧道部輸水管c6的橫管c14；所述橫管c14和相鄰橫管c14之間的隧道部輸水管c6的兩端均設有一個閥門c15。當管道局部需要維修時，可以通過調節控制閥門，形成管道內水流的繞行，實現管道局部維修無需整體斷流的功能。具體的，正常工作狀態時橫管c14上控制閥門c15a關閉。當管道局部需要維修時，可以通過調節控制閥門c8，打開閥門c15a，關閉閥門c15b，打開閥門c15c，實現管道局部維修無需整體斷流的功能。

如圖1所示，本發明設計的一種可長距離輸水的高速鐵路，主要包括水源系統、基建系統、輸水系統，利用高速鐵路線下工程作為基建系統主體，在基建系統上安裝輸水系統；利用高速鐵路線下工程沿線的可獲得天然水作為水源，借助安裝在基建系統上的輸水系統的管道，根據線路坡度采用多級加壓及自重流水相結合方式實現長距離輸水功能。

基建系統由路基部a、橋梁部b和隧道部c中的一種或多種任意組合而成，此外，還有輸水工程必需的基建工程，如泵站結構等組成。

水源系統可以是隧道部c收集的水源、也可以是橋部b梁跨越的大江大河及水庫，還可以是路基部a保護范圍外的地下水源，及鐵路沿線有豐富水源的城市供水。當然也可以同時采用多種水源供水。

輸水系統是在常規輸水系統上為適應高速鐵路特點進行適當優化，主要包括干線管道1、支線管道2、控制閥門3、增壓泵站4、控制系統5。其中，干線管道1包括路基部輸水管a4、橋梁部輸水管b4和隧道部輸水管c6；

所述的路基部輸水管a4布置在路基兩側，鐵路限界范圍內地面或地上。較優的，布置在路基邊坡的中間平臺上，與路基共用基礎，既可方便與兩端橋梁部輸水管b4和/或隧道部輸水管c6的連接，又方便維修養護。

所述的橋梁部輸水管b4布置在橋梁結構的箱梁箱內，利用箱梁的中空箱作為管道的布置通道。采用抗滲性等性能指標較好且等內徑相對重量較輕的鋼管或預制混凝土管，用以減小橋梁結構的額外荷載。

所述的隧道部輸水管c6采用抗滲性能好，性價比高的管道，多采用混凝土管道，布置于隧道內軌道結構兩側、“四點”電纜槽下方的角墻內，也可以布置在軌道結構下方的仰拱結構內。較優的，當隧道內排水作為水源時，布置在隧道內部的隧道部輸水管c6兼有排水收集功能。

所述的支線管道2，可以是鐵路沿線水源的取水管，也可以是供水系統的供水管，根據需要由干線管道1引出。

所述的控制閥門3，主要用于供水流量、流速控制、停水檢修、調壓排氣供氣等功能。較優的，干線管道1沿線設置帶有防水錘破壞、負壓調整功能的調節閥門，及帶有回止功能的控制閥門。

所述的增壓泵站4根據干線管道1的運輸長度，沿線采用多級增壓，滿足輸水提供足夠壓力，克服沿線水頭損失。

所述的控制系統5利用傳感器，實現對增壓泵站、控制閥門、流量測量儀、流速測量儀、水壓測量儀等設備自動化控制，實現水資源的優化配置，同時也降低了管道運營的病害。

優選的，所述干線管道1不僅可以輸水，還可以適當改造用以運輸石油、天然氣等其它物質。

本領域技術人員容易理解，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不以限制本發明，凡在本發明的精神和原則下所做的任何修改、組合、替換、改進等均包含在本發明的保護范圍之內。