一种高铁结构变形分层监测系统的制作方法

本实用新型涉及形变监测、测控技术领域，具体涉及一种高铁结构变形分层监测系统。

背景技术：

目前，随着高铁建设在我国的快速发展，铁路建设信息化、铁路运营信息化已经被铁路相关管理和建设单位所重视，越来越多的新建铁路和运营铁路针对重点路段设计和实施了路基沉降变形自动监测，但目前的路基沉降监测装置由于均埋设在地下或设置在路基侧，由于高铁线路分布的环境复杂，一条高铁线路跨度很大，线路可能同时分布在平原或高山中，当出现降雪天气时，线路积雪被高速运行的动车组吹起后，在车底和车体两侧形成结冰并逐渐变大。当动车组由降雪区域运行至温度较高的区段或动车组高速通过隧道时，因温度上升导致车体底部和侧面携带的冰块大量脱落掉入线路中间和两侧，直接击中线路中心和两旁的信号设备，造成设备损坏，干扰正常行车秩序，对高速铁路行车安全构成了严重威胁，由于冰雪击打的力度较大，轨道电路方向盒外面的金属罩需采用抗击系数较高的材料制作，并配置防雪套来阻挡冰雪的冲击，现有的金属罩由于设计的缺陷还是经常发生被击穿的现象。

高铁结构包括：路基、桥梁、隧道，由于线路受列车运营限制，人工变形测量都需在天窗点进行，时间短、任务重。常规分层沉降监测基准桩布设方法为：断面基底中心左侧15m处设1个分层沉降监测基准桩，基准桩长60m，全部埋入地下，于地面设3个分层沉降监测基准点。基准桩精准度受人为影响严重。

高铁结构布设轨旁自动监测设备要求非常高，不能超过高铁限界。设备固定要十分稳固，不能威胁列车行进的安全。

目前在高铁轨旁的变形自动监测设备非常少，能达到连续、实时监测更少。目前常规使用的是轨检小车，定期在轨道上行驶检测，精度高，但受制于天窗点才可以上线，不可能实现实时在线监测，此问题亟待解决。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高铁结构变形分层监测系统，基准点保护箱以及测点保护罩分别对基准点物位计以及测点物位计进行保护，降低了基准点物位计和测点物位计因外物损坏的几率，使得高铁结构变形分层监测系统能对高铁轨旁的变形进行连续和实时的监测。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种高铁结构变形分层监测系统，包括：基准点物位计、测点物位计、基准点保护箱、测点保护罩、定位装载箱和工控设备箱；

所述基准点基准点物位计设置在基准点保护箱内，监测高铁结构沉降变形的基准点数据；

所述测点物位计基准点物位计设置在测点保护罩内，监测高铁结构沉降变形的测点数据；

所述基准点物位计与测点物位计通过传输总线相连接；所述定位装载箱定位所述监测系统的位置，并与所述工控设备箱相连接。

进一步的，所述基准点物位计、定位装载箱和工控设备箱设置于同一端，多个所述测点物按预定间隔排列，通过传输总线串连，串连后的测点物位计与基准点物位计连接。

进一步的，还包括沉降板，所述沉降板分别设置在基准点保护箱和测点保护罩内，基准点物位计和测点物位计分别固定在沉降板的上方，沉降板的下方通过安装件连接有钢管，所述钢管外部套有pvc管，

进一步的，所述测点保护罩为弧形，弧形测点保护罩两端设有用于固定测点保护罩的外沿，测点保护罩固定于底座上，所述底座上设有插入钢管和pvc管的通孔。

进一步的，所述传输总线包括：气管、液管和数据线，所述气管内装有空气，通过插接的方式连接基准点物位计和测点物位计，所述液管内装有防冻液，通过快拧接头连接基准点物位计和测点物位计，所述数据线通过插头连接基准点物位计和测点物位计。

进一步的，所述基准点保护箱在无砟轨道布设时包括底座和上盖，所述底座嵌入路肩表层，上盖固定在底座上；

所述基准点保护箱在有砟轨道时，基准点保护箱、定位装载箱和工控设备箱集成为综合设备箱体，综合设备箱体固定在地表，所述基准点物位计和测点物位计通过内胀螺栓固定在沉降板上。

进一步的，所述工控设备箱与传输总线相连，其内部设有蓄电池、工控采集模组、双向数据传输模组和天线，工控设备箱外部设有太阳能供电设备。

进一步的，所述太阳能供电设备为蓄电池供电，太阳能供电设备包括太阳能板和太阳能转化电能的设备，所述双向数据传输模组分别连接天线和工控采集模组，所述工控采集模组采集传输总线传输的基准点物位计数据。

进一步的，所述定位装载箱与传输总线相连，其内设有储液罐、气控设备和液控设备，所述储液罐与液管连通，所述气控设备和液控设备分别控制气管和液管。

进一步的，所述传输总线外部包裹软管，所述软管外部包裹有保温材料，软管为pvc钢丝螺旋软管。

综上所述，本实用新型提供了一种高铁结构变形分层监测系统，包括：基准点物位计、测点物位计、基准点保护箱、测点保护罩、定位装载箱和工控设备箱，所述基准点物位计和测点物位计固定在沉降板上方，基准点物位计设置在基准点保护箱内，测点物位计设置在测点保护罩内，所述基准点基准点物位计设置在基准点保护箱内，监测高铁结构沉降变形的基准点数据；所述测点物位计基准点物位计设置在测点保护罩内，监测高铁结构沉降变形的测点数据；所述基准点物位计与测点物位计通过传输总线相连接；所述定位装载箱定位所述监测系统的位置，并与所述工控设备箱相连接。该监测系统能够对高铁轨旁的的变形情况进行连续和实时地监测。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1.通过设置相连的基准点物位计和测点物位计，实时采集物位计的数据，能够连续和实时地监测高铁轨旁的变形情况。

2.通过采用结构沉降基准点物位计，采用保温装置及弧形保护罩保护，减小了温度变化对高铁结构变形分层监测系统测量数据精度的影响。

3.通过钢管和pvc管分离，保证了物位计随钢管所在深度的土体随降。测点保护罩很好的保护了物位计及钢管与沉降板。

4.采用拉爆螺栓将沿着行车方向上下搭接的弧形测点保护罩，固定于底座上，运用空气空力学检算得出最佳固定距离及数量，保证了测线及工控设备箱的决定稳固。

5.弧形的测点保护罩设计，解决了冬季冰坨子的击穿问题。

附图说明

图1是一种高铁结构变形分层监测系统侧面示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是图1的测点保护罩和传输总线示意图；

图4是图3测点物位计装配后的剖面示意图；

图5是图1中综合设备箱体安装在站台上方的示意图。

附图标记：1：测点保护罩；2：保温材料；3：传输总线；4：软管；5：拉爆螺栓；6：底座；7：基准点保护箱；8：沉降板；9：定位装载箱；10：工控设备箱；11：基准点物位计；12：测点物位计；13：钢管；14：pvc管；15：综合设备箱体。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

请参阅图1、图2和图4，一种高铁结构变形分层监测系统包括：基准点物位计11、测点物位计12、基准点保护箱7、沉降板8、定位装载箱9和工控设备箱10，所述基准点物位计11固定在沉降板8上方，基准点物位计11设置在基准点保护箱7内，测点物位计12设置在测点保护罩1内，基准点物位计11与测点物位计12相连接，所述沉降板8设置在基准点保护箱7内，沉降板8的下方连接有贯穿基准点保护箱7底部的钢管13，所述钢管13外部套有pvc管14，所述定位装载箱9与工控设备箱10相连接，所述多个测点物位计12分为上下两层，上层与下层测点物位计12均固定在沉降板8上，固定下层测点物位计12的沉降板8下方连接钢管13，钢管13外套有pvc管，所述钢管13根据下层测点物位计12监测区域的不同而使用不同长度的钢管。

基准点物位计11用于监测高铁结构沉降变形数据，对测点物位计12所测得的数据进行自动检测。

测点物位计12用于检测高铁路段上的检测点，检测结构沉降变形数据，将数据传输给自动检测物位计11。

基准点保护箱7保护基准点物位计11不被损坏，以保证基准点物位计11测量的准确性及连续性。

测点物位计12采用上下双层的分层监测方式能够监测地下不同深度的高铁地基结构变形，使得测点物位计12的测量更加精准。上下双层的测点物位计12均与基准点物位计11相连。

请参阅图3，具体的，测点保护罩1为弧形测点保护罩，底部设有用于固定测点保护罩1的外沿，测点保护罩1沿着行车方向通过拉爆螺栓5上下搭接的结构固定于底座6上，所述拉爆螺栓5为外露部分少的“a”型锥螺母拉爆螺栓。

测点保护罩1采用弧形测点保护罩的设计，高铁上高铁的运行速度非常快，高铁上的冰雪对测点保护罩1的冲击力度非常大，测点保护罩1内保护的测点物位计12是无法经受住冰雪的冲击的，因此测点保护罩保护的重要性不言而喻，现有的测点保护罩大多为长方形，此种结构在遇到冰雪冲击时，由于受力的原因，使得长方形测点保护罩被冲击变形，长此以往测点保护罩容易损坏。影响测点物位计12的监测。

本实用新型利用战争时期防弹头盔能够防弹的原理，制成了弧形的测点保护罩，弧形的测点保护罩由于受力与长方形的测点保护罩不同，耐冲击性更强。弧形测点保护罩弧度可以根据所使用测点保护罩的地理位置及车速的不同采用不同的弧度，已达到最佳的抗冲击效果。

具体的，所述多个测点物位计12通过传输总线3串连在一起，串连后的测点物位计12与基准点物位计11连接。

请参阅图3，具体的，传输总线3由气管、液管和数据线组成，所述气管内装有空气，通过插接的方式连接测点物位计12和基准点物位计11，所述液管内装有防冻液，通过快拧接头连接测点物位计12和基准点物位计11，所述数据线通过插头连接测点物位计12和基准点物位计11。

具体的，基准点保护箱7在无砟轨道布设时包括底座和上盖，所述底座嵌入路肩表层，上盖固定在底座上；所述基准点保护箱7在有砟轨道时，基准点保护箱7、定位装载箱9和工控设备箱10集成为综合设备箱体15，综合设备箱体15固定在地表，基准点物位计11和测点物位计12通过m8内胀螺栓固定在沉降板8上，基准点物位计11通过传输总线3与测点物位计12相连接。

具体的，工控设备箱10与传输总线3相连，其内部设有蓄电池、工控采集模组、双向数据传输模组和天线，工控设备箱外部设有太阳能供电设备，所述太阳能供电设备为蓄电池供电，太阳能供电设备由太阳能板和太阳能转化电能的设备组成，所述双向数据传输模组分别连接天线和工控采集模组，所述工控采集模组采集传输总线3传输的基准点物位计11数据。

蓄电池为充电电池，用于为基准点物位计11、工控采集模组、双向数据传输模组和天线以及相关设备供电。

工控采集模组与储液罐、气控设备和液控设备相连。

双向数据传输模组用于天线和工控采集模组的数据传输。

具体的，定位装载箱9与传输总线3相连，其内设有储液罐、气控设备和液控设备，所述储液罐与液管连通，所述气控设备和液控设备分别控制气管和液管。

储液罐存储及补充液管内的防冻液。

气控设备为控制设备，用于控制气管，气管内装有空气。

液控设备用于控制储液罐及液管内的防冻液。

具体的，多个测量高铁沉降结构变形的测点物位计12通过传输总线3连接，测点物位计12测得的数据通过传输总线3传输给基准点物位计11，所述基准点物位计11测作为高铁结构沉降变形分层监测系统的基准点物位计与测点物位计12相连接获取测点物位计数据。

具体的，所述传输总线3外部包裹软管4，所述软管4外部包裹有保温材料2，软管4为pvc钢丝螺旋软管。

实施例1：

在无砟轨道布设基准点时，基准点保护箱7为长400mmx宽400mm,厚度7.5mm铁板，通过附带安装组件与定位装载箱9内部的部件相连接9，基准点保护箱7包括：底座和上盖，底座嵌入路肩表层10cm(抗裂砂浆固定)，上盖通过螺栓固定在底座上。

基准点布设：基准点物位计11布设在监测区域内，应先钻孔(孔径91mm)至地基以下60m,钻孔后回填不低于c25的混凝土至分层测量深度上方2000mm位置，在混凝土凝固前插入直径50mm钢管13，且套入75mmpvc管14，钢管13向上通过安装件刚性连接沉降板8，基准点物位计11通过m8内胀螺栓刚性固定在沉降板8上，基准点物位计11通过传输总线3与测点物位计12相连接。

测点物位计12和测点保护罩1的布设安装：在测点位置安装测点物位计12前应钻孔,按照设计深度向下钻孔(孔径91mm)，钻孔后回填不低于c25的混凝土至分层测量深度上方300mm位置，在混凝土凝固前插入直径50mm钢管13，且套入75mmpvc管14，钢管13向上通过安装件刚性连接沉降板8，测点物位计12通过m8内胀螺栓刚性固定在沉降板8上，测点区域需安装测点测点保护罩1(长500*宽350*高230mm)，测点保护罩1和测线同时埋设。

多个测点物位计12之间通过传输总线3进行连接。

工控设备箱10的长宽高尺寸为248*215*270mm的不锈钢箱体，固定在线路的路肩上或车站站台的端部。工控设备箱10背侧箱体上安装太阳能板(360*550*25mm)，工控设备箱10内设有高能工业蓄电池、工控采集模组、双向数据传输模组、安装设备的必要组件、天线、太阳能控制器设备。

工控采集模组对高铁结构变形分层自动监测系统测量数据进行采集。

双向数据传输模组将工控采集模组采集到的数据通过天线或有线线路传输出去，并且能够将天线或有线线路所接收的数据指令传递给工控采集模块，双向数据传输模组，用于高铁结构变形分层自动监测系统与外界的数据传输和接收。

安装设备的必要组件为，在工控设备箱内固定或连接相关部件所必须的组件。

太阳能控制器设备，主要用于将太阳能转化为电能存储在工业蓄电池内，供工控设备箱和定位装载箱的部件使用。太阳能控制器设备为常规设备，主要有太阳能板和太阳能转化电能的设备部件。

实施例2：

请参阅图5，在有砟轨道布设基准点时，将工控设备箱10、定位装载箱9和基准点保护箱7内的部件置于综合设备箱体15内，综合设备箱体15(安装后外形尺寸220mm(厚)×400mm(宽)×700mm(高))固定在站台区域，通过m16×100内膨胀螺栓固定在站台墙底部表面，非站台区域综合设备箱体15通过底部连接三角铁架子用混凝土浇筑在接触网杆基础附近路基上，以保证车辆运行震动时的稳固，并进行防水设计，保证降水不渗入箱体。取消工控设备箱10原有的太阳能控制器设备，通过电路连接车站内的电路。通过附带安装组件与定位装载箱9内部的部件相连接。

基准点保护箱7包括底座和上盖，底座嵌入路肩表层10cm(抗裂砂浆固定)，上盖通过螺栓固定在底座上。

道左侧路肩及坡脚综合设备箱体15固定在埋深不小于300mm的水泥砂浆基础表面。

基准点布设：基准点物位计11布设在监测区域内，应先钻孔(孔径91mm)至地基以下60m,钻孔后回填不低于c25的混凝土至分层测量深度上方2000mm位置，在混凝土凝固前插入直径50mm钢管13，且套入75mmpvc管14，钢管向上通过安装件刚性连接沉降板8，基准点物位计11通过m8内胀螺栓刚性固定在沉降板8上，基准点物位计11通过传输总线3与测点物位计12相连接。

基准点物位计11连接测点物位计12。

测点物位计12和测点保护罩1的布设安装：在测点位置安装测点物位计12前应钻孔,按照设计深度向下钻孔(孔径91mm)，钻孔后回填不低于c25的混凝土至分层测量深度上方300mm位置，在混凝土凝固前插入直径50mm钢管13，且套入75mmpvc管14，钢管13向上通过安装件刚性连接沉降板8，测点物位计12通过m8内胀螺栓刚性固定在沉降板8上，测点区域需安装测点测点保护罩1(长500*宽350*高230mm)，测点保护罩1和传输总线3同时埋设。

多个测点物位计12之间通过传输总线3进行连接。

实施例1与实施例2的区别在于基准点保护箱7在无砟轨道和有砟轨道时结构不同，在有砟轨道时，将工控设备箱10和定位装载箱9集成到综合设备箱体15内，取消太阳能供电设备，使用市电为综合设备箱体15供电。

高铁结构变形分层监测系统的监测频次和观测方法：

监测频次：监测系统可设置自动监测频次，一般每周测量和采集传输一次沉降高程数据，施工期、雨季等可加密监测。根据实际需要，可通过数据平台对监测频次参数进行远程设定。

观测方法：自动监测系统，通过专用的系统监测软件，访问数据平台的数据库，实时观测本期沉降、累计沉降和沉降速率等数据。

综上所述，本实用新型提供了一种高铁结构变形分层监测系统，包括：基准点物位计、测点物位计、基准点保护箱、测点保护罩、定位装载箱和工控设备箱，所述基准点物位计和测点物位计固定在沉降板上方，基准点物位计设置在基准点保护箱内，测点物位计设置在测点保护罩内，所述基准点基准点物位计设置在基准点保护箱内，监测高铁结构沉降变形的基准点数据；所述测点物位计基准点物位计设置在测点保护罩内，监测高铁结构沉降变形的测点数据；所述基准点物位计与测点物位计通过传输总线相连接；所述定位装载箱定位所述监测系统的位置，并与所述工控设备箱相连接。该监测系统能够对高铁轨旁的的变形情况进行连续和实时地监测。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。