[0001] 本发明属于真空管道交通技术领域，更具体地，涉及一种轻质真空管道交通系统及其施工方法。

[0002] 真空管道交通设想由德国师赫尔曼·肯培尔在1922年提出，是一种无空气阻力、无摩擦的运输形式。技术原理是在地面或地下建一个密闭的管道，用真空泵抽成真空或部分真空。在这样的环境中开行车辆，行车阻力就会大大减小，可有效降低能耗，同时气动噪声也可大大降低，符合环保要求。国内外关于真空管道交通的研究比较热门，但均处于试验阶段，尚无运营项目落地，已建或在建的真空管道试验线均为高架结构或埋设在地下的结构，真空管均采用钢管制成，这主要是因为钢管的受力性能好、刚度大、变形小，密闭性能好。但其固定装置及其复杂，钢管用作真空管是一种较好的选择，但造价高、自重大导致真空管道安装时工程量大、耐腐蚀性差导致真空管的使用寿命短密封性差等。

[0003] 真空管道不断发展，现有技术中出现了碳纤维的轻质的真空管道。一般来说，轻质真空管道是指管材的密度低于钢制真空管道的钢材密度的真空管道，更优选是管材密度小于钢密度的1/3的真空管道。例如，专利文献CN108413139A公开了一种碳纤维真空管道，包括管道骨架和将管道骨架包覆的管道蒙皮，管道蒙皮和管道骨架之间固定连接，其中，管道蒙皮是由碳纤维复合材料湿法缠绕而成的铺层，管道骨架为钛合金材料制作而成的框架式管体结构，在管道内，靠近管道的圆形截面的底部，设置与管道横截面垂直且沿管道轴向延伸的管道底板支撑结构，管道底板支撑结构的上表面和管道内壁均固定连接管道蒙皮。

[0004] 现有的轻质真空管道及其交通系统尽管可以克服钢管所存在的重量较大、使用寿命及安装工程量大等问题，但是其本身也存在较大的不足：一方面是轻质管道不同于钢材料制作的真空管道，钢材料自重大且可通过钢筋混凝土等固定结构进行固定，轻质管道如果固定不好就容易出现振动甚至晃动，特别是通常其内部车辆运行速度较大，更容易引起或加重振动和晃动，而这会对整个交通系统运行安全造成较大隐患；另一方面在于轻质管道的安装固定难度高，如果采用传统的机械固定部件进行固定支撑，通常会涉及打孔穿孔等方式，可能会影响轻质真空管道的气密性，使得整个真空管道运输系统效率及安全受到影响；第三方面是现有的轻质管道虽然有质量轻的优势，但刚度和/或强度方面可能会存在不足，且其现有的固定支撑方式也导致管道及其支撑结构受力不均，承压抗拉效果差。

[0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0039] 图1为本发明第一实施例一种轻质真空管道交通系统的结构示意图。如图1所示，轻质真空管道交通系统包括真空管道1、U型梁2、粘结层3、支座4、桥墩5、内基座6和轨道梁7；

[0040] 其中，所述U型梁2的顶部设有弧型凹槽，底面为水平面，真空管道1设于U型梁2的顶部，相邻两节真空管道1之间设置连接法兰，且真空管道1底部的设于弧形凹槽内，且弧形凹槽的弧度和真空管1底部的弧度相同，用于通过U型梁2将真空管道梁托起，提供稳定支撑。

[0041] 且U型梁2沿轨道方向延伸设置，U型梁2作为主要竖向受力构件，承受结构自重、管道自重及管道内交通设施自重和交通荷载，确保梁体变形等满足要求；相邻两节U型梁2之间设有伸缩缝，伸缩缝内设有填缝材料，其中，U型梁2为钢筋混凝土或预制钢筋混凝土构件。

[0042] 优选地，U型梁2的侧面为垂直面或斜面，侧面和底面之间的夹角为直角或钝角，U型梁顶部的截面积大于或等于底部的截面积，以形成稳定的支撑结构，U型梁的这种设置方式，一方面能够实现对真空管道的U型梁2的托举支撑保证真空管道和U型梁2受力均匀，另一方面缩小其自身重量，减小底部结构的承压；同时该设计可以使得扩大真空管道的应用范围，其可设于不同的地理位置，大大提高其适用性。

[0043] 进一步地，U型梁2可以设置在不同的地理位置，即U型梁2可以设于墩台5之上、半刚性地面上或埋置在地面以下；其中，U型梁2和墩台5之间设有支座4，以通过支座4将U型梁2固定在墩台5上，通过支座4将U型梁2的压力传递至桥墩5上提供稳定支撑；设置半刚性地面上或埋置在地面以下时，U型梁2的底部设置混凝土或碎石垫层，以增加U型梁2底部的稳定性。

[0044] 内基座6设于所述弧形凹槽内，内基座6的底部为弧形凸起面，顶部水平，内基座6的水平顶面上设有轨道梁7，列车置于轨道梁7上，且U型梁2和内基座6配合设置形成组合支撑固定结构；真空管道1的底部嵌入在组合支撑固定结构中，真空管道1的底部置于U型梁2的弧形凹槽和内基座6弧形凸起面之间，通过U型梁2和内基座6的配合作用将真空管道1固定在组合支撑固定结构上；其中U型梁2的弧形凹槽与真空管道1的弧度相匹配，用于为真空管道1提供托力支撑，弧形凹槽与真空管道通过面面接触，为管道提供均匀的支撑，同时使得U型梁2受力均匀，保证支撑结构的稳定性并提高其使用寿命，另外弧形凹槽的设计能克服真空管道横向的晃动，保证真空管道的稳定性及其内车辆运行的安全性；内基座6置于真空管道内，内基座6的自重加上轨道梁7的重量，在真空管道内提供向下的压力，该压力与弧形凹槽的支撑力作用配合，将真空管道1夹紧在组合支撑固定结构内，以将轻质的真空管道固定在组合固定支撑结构内。内基座6和U型梁组合作用还可用于提高轻质真空管道交通系统的抗拉性能。该组合支撑结构特别适用于轻质真空管道的支撑和固定，一方面能够起到很好的防晃防振效果，且承压效果好受力均匀，对真空管道1的损伤小；另一方面，仅通过内基座6和U型梁2的内外组合作用夹紧，不需要额外通过机械固定部件通过打孔进行固定，保证了真空管道的真空环境的气密性。

[0045] 优选地，U型梁2的弧形凹槽的长度为真空管道1周长的1/3～1/2，弧形凹槽的长度的设置影响其对真空管道1的支撑，长度设置越长其体积重力会越大，其底部结构的荷载会越大；但长度越短其对真空管道1的包裹率越小，对真空管道的支撑效果越差，防止真空管道晃动的效果越差；U型梁2的弧形凹槽的长度为真空管道1周长的1/3～1/2时，其对管道的包裹足以抑制其晃动，并提供足够的支撑，当U型梁2弧形凹槽的长度小于真空管道1周长的1/3时，其抑制晃动的效果会骤减，且不足以达到安全需求；当U型梁2弧形凹槽的长度大于真空管道周长1/2时，对真空管道的包裹防止晃动的效果已达到足够安全的范围，超过1/2的部分增加负担的程度会远大于增加防晃动效果的程度。

[0046] 进一步地，内基座6的顶面与所述U型梁2的顶面相平齐，内基座6的自重加上其顶部的轨道梁的重量为真空管道1提供向下的压力，其与U型梁2的向上的支撑形成内外的配合，以将真空管道1夹紧在组合固定支撑结构中，当内基座6的顶面与U型梁2的顶面相平齐时，U型梁弧形凹槽各处对真空管道1的支撑作用都有相对应的内基座6进行配合。若内基座6顶面高度低于U型梁2顶面的高度时，真空管道1上对应U型梁2多出的一段仅有支撑没有压力作用，挤压产生的防止振动和晃动的效果效果失去；若内基座顶面高度高于U型梁2顶面的高度时，真空管道1上有一部分受到的压力，没有支撑力相互抵消，其荷载作用在真空官道1上，对真空管道1的破坏会比较严重。

[0047] 优选地，内基座6和U型梁2采用素混凝土或钢筋混凝土制作而成。

[0048] 作为本发明的第二实施例，如图2所示，当内基座6和U型梁2采用钢筋混凝土制作而成时，内基座6和U型梁2为中空结构，U型梁2的底部中空，内基座6内设有中空部分，以减轻U型梁2的重量，以减轻对桥墩5、半刚性地面或地下结构的压力同时也节省了资源。

[0049] 优选地，真空管道1和U型梁2的弧形凹槽之间设有粘接层3，用于克服真空管道1表面的不平整，并与组合支撑固定结构相配合，防止真空管道1晃动，使真空管道1和弧形凹槽之间紧密粘接，形成共同受力共同变形的结构。

[0050] 进一步地，粘结层3采用橡胶、沥青、树脂等高分子材料制作而成。

[0051] 图3为图1中A处放大图的第一实施例。如图1所示，真空管道1第一实施例中包括内层管101、刚度加强层102和外层管103，内层管101为真空管道1的最内层结构，其为保护层，内层管101采用抗拉强度高的材料制作而成，用于保证真空管道内表面的强度；且真空管道1的内壁与内基座6的底部接触，受到内基座6的荷载，内层管101用于为真空管道1提供保护支撑，保证真空管道1结构的完整性。优选地，内层管101采用竹缠绕材料、碳纤维材料、树脂钢纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维和铝合金材料，减轻管道重量的同时，保证结构的完整性。

[0052] 外层管103为真空管道1的外层结构，起到气密层和保护层的作用，外层管103采用不透气且抗拉强度高的材料，优选地，外层管103为不透气的竹缠绕材料、碳纤维材料或铝合金材料，在减轻管道重量保证真空管道内部气密性的同时保证结构的完整性。内层管101和外层管103选择的材料制作管道施工快捷、质量可靠制备成本低、容重小、耐腐蚀性好、低碳环保的特点，恰好能克服钢管用作真空管道造价高、重量大耐腐蚀性差等缺陷。

[0053] 内层管101和外层管103之间填充刚度加强层102，刚度加强层102为填充的混凝土结构，刚度加强层102用于为真空管道提供刚度和强度，防止管道开裂变形和损坏。

[0054] 进一步地，刚度加强层102采用膨胀混凝土或纤维混凝土制作而成，采用膨胀混凝土，在填充膨胀后可增强保证刚度加强层102与内层竹缠绕复合管101和外层竹缠绕复合管103之间的紧密连接；采用纤维混凝土作为刚度加强层102填充后，可以提高混凝土的抗裂性。

[0055] 图4为图1中A处放大图的第二实施例。本实施例中，真空管道1包括外层管103和刚度加强层102，其中刚度加强层102采用钢筋混凝土制作而成，以保证真空管道1内层结构的完整性。内基层6直接设置在刚度加强层102上，外层管103为不透气的竹缠绕材料、碳纤维材料或铝合金材料，在减轻管道重量保证真空管道内部气密性的同时保证结构的完整性。

[0056] 进一步地，外层管103外层设置保温层，用于保证真空管道内环境不受外界温度的影响。

[0057] 优选地，多个真空管道梁连接在一起形成真空管道线路，线路两端的端部封闭，并于管道内的端部设置防撞气囊、防撞弹簧或其他防撞措施。车站内于真空管道靠站台侧设置可开启和封闭舱门。同时沿线路在一定的间距下设置多个真空泵，确保可将真空管道抽至真空或低气压状态。

[0058] 一种轻质真空管道交通系统的施工方法，步骤如下：

[0059] S1制作真空管道1，并制作U型梁2使其顶部为弧形凹槽，底部为水平面；

[0060] 由内层管101、刚度加强层102和外层管103共同制作成真空管道1或由钢筋混凝土制成的刚度加强层102和外层管103制作成真空管道；

[0061] 进一步地，U型梁2节间设置伸缩缝，缝间采用填缝材料进行封堵。

[0062] S2将U型梁2固定在桥墩5、半刚性地面或地下结构之上，

[0063] 其中，U型梁2固定在桥墩5上时，在U型梁和桥墩5之间设置支座4，U型梁2置于半刚性地面或地下结构之上时，U型梁2的底部设置混凝土或碎石垫层，以增加U型梁2底部的稳定性。

[0064] S3在弧形凹槽的表面设置粘结层5，确保粘结层5沿弧形凹槽的弧面均匀布置；

[0065] S4安装真空管道1，将真空管道1贴合粘结层5设置，并通过粘结层5牢固固定在弧形凹槽内；

[0066] 进一步地，安装法兰将真空管道1沿线路方向连接起来；

[0067] S5在真空管道1内设置内基座6，并使得内基座6的底部与真空管道1内壁相贴合，内基座6与U型梁2相配合形成组合支撑固定结构，将轻质的真空管道1固定组合支撑固定结构内，将真空管抽成真空。

[0068] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。