一种地铁车辆段路基沉降自动监测系统的制作方法

本技术涉及路基沉降监测领域，尤其涉及一种地铁车辆段路基沉降自动监测系统。

背景技术：

1、随着社会高速发展，地上空间的开发利用趋于饱和，开发利用城市地下空间成为了21世纪各城市发展的必经之路。其中，地铁交通建设作为地下空间利用的典型工程，不仅减少了地面交通的噪音，而且由于地铁的行驶路线不与其他运输系统重叠交叉，因此行车受到的交通干扰较少，极大的节省了大众的通勤时间，为城市的交通通行提供了巨大便利。

2、其中，地铁车辆段作为地铁车辆停放、检查、整备、运用和修理的管理中心，它的修建是地铁建设中的一个重要环节，而软土地区修建地铁车辆段通常需要大面积回填，在施工及运营期，车辆段铁路路基将会面临沉降过大及不均匀沉降的风险。过大的不均匀沉降会直接导致地铁的轮轨关系恶化，进一步加剧钢轨的损耗，甚至还会干扰地铁的运行。为保障行车安全，工程上需要对地铁车辆段的沉降进行实时的监测和控制。

3、判断地铁车辆段是否发生沉降，目前的方法是使用水准仪测定不同的监测点，以此来获取沉降的发展规律。上述检测方法必须依靠人工多次进行复测，这不仅需要技术人员花费时间精力，而且要求其本身应具有相应的测量经验。且测得的结果也存在一定的随机误差，无法实现地铁车辆段沉降监测的实时反馈。与此同时，地铁在行驶过程中产生了大量动能，在当今世界能源短缺的情况下，应该将其行驶中产生的动能加以利用，转化为电能，并用于某些设备的供电。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术的问题，本实用新型提供一种适用于地铁车辆段沉降监测的方法及监测系统，用于对车辆段路基的长期沉降情况进行实时、全面的监测。

2、为了实现上述目的，本实用新型提供如下方案：

3、一种地铁车辆段路基沉降自动监测系统，包括钢轨发电装置、蓄电池、数据采集系统、若干个沉降监测元件；所述钢轨发电装置分别安装于钢轨下的轨枕两侧凹槽处，为数据采集系统供电；所述的若干个沉降监测元件均安装在轨枕下地铁车辆段监测点的路基中；安装的沉降监测元件均通过有线连接的方式将数据传送至数据采集系统。

4、优选的，所述的钢轨发电装置包括压板、若干压电片、挡板、外壳、弹性体。其中，压板设置于钢轨之下，且与钢轨底面相接触；所述的若干压电片由挡板固定位置并置于压板下方，各压电片之间通过并联或串联相连接，若干压电片和挡板都由一整个外壳包裹；所述的弹性体与外壳最下方相连接。

5、优选的，所述的若干压电片采用锆钛酸铅压电陶瓷片，锆钛酸铅压电陶瓷片居里点高，在较大的温度范围内，约200℃-400℃，性能比较稳定，作为换能材料，它的压电效应显著，压电常数为400pc/n-650pc/n，且可以通过变更其化学组成大幅度调整其化学性能，能很好的满足钢轨发电装置中对压电片的要求。

6、优选的，所述的压板、挡板和外壳采用与压电陶瓷片材料相近的金属材料，这样可以与主体同硬度同密度，增加抗压性，且能增强局部与整体的连接。

7、优选的，所述的弹性体采用弹簧组所述的弹簧组由三个独立金属弹簧组成，并根据凹槽的尺寸，以间隔20mm，分别布置在凹槽底，且弹簧一端与外壳相连。

8、优选的，所述的轨枕采用预制混凝土轨枕，其混凝土强度等级为c60，在工厂施工浇筑时，提前留出80mm×80mm×80mm的凹槽用于安装钢轨发电装置，以及预留直径为3mm孔洞用于钢轨发电装置电线的铺设。

9、优选的，所述的蓄电池组，由若干个钢轨发电装置并联后接入，用作数据采集系统的供电装置。

10、优选的，所述的数据采集系统包括a/d转换器、输入接口、计算机、输出接口、显示终端及打印机，实现从数据源收集、识别和选取分析数据的作用。

11、优选的，所述监测点，宜根据轨枕的间距，纵向在两轨枕中点处,横向在离地铁轨道两侧水平位置10cm处分别设置一个。为了更好的保护沉降监测元件主体，沉降监测元件布置在每一个监测点处，要求其顶面安装在地基基础面以下10～20cm处。

12、优选的，所述沉降监测元件采用单点沉降计，可适应进行长期监测和自动化测量。

13、优选的，所述的单点沉降计，可选用量程为100或200mm的sk-ddc系列单点沉降计，综合误差分别为0.1mm和0.5mm，工作温度可适应-20～+80℃。其主要是由位移计、锚头、法兰沉降盘、测杆等部件组成。这是一种电感调频类位移计，主要将锚头与沉降板之间土体的压缩变形产生的位移，通过a/d转换器将电信号转换为数字信号，再通过传输电缆，将所测位移量输送至计算机，输出在显示终端。通过tcp/ip协议，从而实现沉降观测的自动采集与处理。同时根据所测得的沉降位移，对照沉降规范要求采取相应的工后沉降控制措施。

14、与现有监测装置相比，本实用新型的优点在于：

15、1.本实用新型所述的一种用于地铁车辆段路基沉降自动监测系统，每当地铁驶入或驶出车辆段时，都会对钢轨产生压力，而压力又通过压板作用到压电片上，使得压电片受力产生形变，导致压电片内部产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，压电片便将压力转换为了电能，产生的电能存储在蓄电池中，充满电后，再通过蓄电池为数据采集系统供电，由此整个系统满足自供电，不用再外接电源，节约能源。

16、2.区别于人工复测的方法，本实用新型通过数据采集系统所采集到的数据能够简单快速地判断出地铁车辆段某截面是否发生沉降，以及整个车辆段的不均匀沉降情况，节省大量人力和时间。

17、3.本实用新型所述的一种用于地铁车辆段路基沉降自动监测系统，监测元件采用电感调频原理设计制造，具有高灵敏度、高精度、高稳定性、受温度影响小的优点，适用于长期观测。且连接配合读数仪可直接显示位移值，测量更直观简便。不用再配设技术人员进行水准仪监测，可实现无人自动测量或进行远程监控。

18、4.本实用新型所述的一种用于地铁车辆段路基沉降自动监测系统，采用整体埋设，导线从侧面引出，并不影响路面压实施工，极大地减少了沉降监测与路基施工的相互干扰，使测值与实际工况较为吻合。且在地铁行驶过程中也可进行观测，实现自动监测与数据处理，节约了大量人力，可广泛应用于地铁车辆段的沉降监测。

19、5.本实用新型所述的一种用于地铁车辆段路基沉降自动监测系统，在数据采集系统处理测得的沉降位移值后，与要求值进行对比，若沉降过大，则会采取一定的控制措施，来防止进一步沉降。在此之后再进行沉降监测，来反馈控制效果。这样就保证了沉降值一定能符合要求，地铁车辆段的安全的得到保障。

技术特征：

1.一种地铁车辆段路基沉降自动监测系统，包括钢轨发电装置(1)、蓄电池(2)、数据采集系统(3)、若干个沉降监测元件(4)；所述钢轨发电装置(1)分别安装于轨枕(6)下两侧的轨枕凹槽(61)处，为数据采集系统供电；所述的若干个沉降监测元件(4)均安装在轨枕(6)下地铁车辆段监测点的路基中；安装的沉降监测元件(4)均通过有线连接的方式将数据传送至数据采集系统(3)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的钢轨发电装置包括压板(11)、若干压电片(12)、挡板(13)、外壳(14)、弹性体(15)；其中，压板(11)设置于钢轨之下，且与钢轨底面相接触；所述的若干压电片(12)由挡板(13)固定位置并置于压板(11)下方，各压电片(12)之间通过并联或串联相连接，若干压电片(12)和挡板(13)都由一整个外壳(14)包裹；所述的弹性体(15)与外壳(14)最下方相连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的若干压电片(12)采用锆钛酸铅压电陶瓷片。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的压板(11)、挡板(13)和外壳(14)采用与压电陶瓷片材料相近的金属材料。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的弹性体(15)采用弹簧组，所述的弹簧组由三个独立金属弹簧组成，并根据凹槽(61)的尺寸，以间隔20mm，分别布置在凹槽(61)底，且弹簧一端与外壳(14)相连。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的轨枕(6)采用预制混凝土轨枕，其混凝土强度等级为c60，在工厂施工浇筑时，提前留出80mm×80mm×80mm的凹槽(61)用于安装钢轨发电装置，以及预留直径为3mm孔洞用于钢轨发电装置(1)电线的铺设。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的蓄电池(2)，由若干个钢轨发电装置(1)并联后接入，用作数据采集系统(3)的供电装置。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数据采集系统(3)包括a/d转换器、输入接口、计算机、输出接口、显示终端及打印机，实现从数据源收集、识别和选取分析数据的作用。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地铁车辆段监测点根据轨枕(6)的间距，纵向在两轨枕中点处，横向在离地铁轨道两侧水平位置10cm处分别设置一个。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述沉降监测元件(4)采用单点沉降计。

技术总结本技术涉及一种地铁车辆段路基沉降自动监测系统，包括钢轨发电装置、蓄电池、数据采集系统、若干个沉降监测元件；所述钢轨发电装置分别安装于钢轨下的轨枕两侧凹槽处，为数据采集系统供电；所述的若干个沉降监测元件均安装在轨枕下地铁车辆段监测点的路基中；所述安装的沉降监测元件均通过有线连接的方式将数据传送至数据采集系统。将其行驶中产生的动能加以利用，转化为电能，并用于监测设备进行供电实现车辆段路基的长期沉降情况进行实时、全面的监测。技术研发人员：岳涛涛,刘晓岩,王金龙,肖力,李昊,王雷,王京,王悦,赵启帕受保护的技术使用者：中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司技术研发日：20230803技术公布日：2024/2/19