道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置及一體化檢測系統的制作方法

本實用新型涉及鐵路軌道檢測技術領域，具體涉及一種道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置。此外，本實用新型還涉及一種使用道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置的軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統。

背景技術：

橋梁作為線路的咽喉和交通樞紐，是加快我國經濟發展和現代化建設步伐的重要組成部分。隨著時間的推移，橋梁本身、支撐橋梁的基礎結構以及鋪設于橋梁上的軌道結構在自然環境、增大的交通量和交通荷載作用下，必然會出現不同程度的結構損傷和缺陷。

特別針對我國目前既有的有砟軌道、橋梁及相應的基礎結構，由于設計時按照早期設計標準進行，加之服役期間各種物理、化學作用，軌道-橋梁-基礎出現碳化、銹蝕、裂縫等缺陷，同時伴隨鐵路通行量的增大、軸重增加，對軌道-橋梁-基礎的運營狀況、損傷程度、承載能力及剩余壽命等問題進行正確的判斷與評估，并在此基礎上采取相應加固、維修對策，努力挖掘現有軌道-橋梁-基礎的承載潛力顯得較為重要。

近幾年來，我國有砟軌道鐵路橋梁行車密度高、車輛軸重不斷地增大。為全面、實時掌握運營階段軌道-橋梁-基礎服役狀態的變化，對軌道-橋梁-基礎建立一套一體化檢測系統，系統、全面的監控軌道-橋梁-基礎各種動態參數指 標，及時掌握軌道-橋梁-基礎的技術狀況和承載能力，并做出準確的判斷和評估，進而確保列車安全正常營運。

若采用常規檢測裝置及數據采集系統，存在的問題如下：

(1)數據測量值不準確：列車通過時引起的道砟振動方向是復雜多變的，軌道-橋梁-基礎檢測需測試道砟橫向和豎向加速度。常規檢測裝置直接將加速度量測裝置放置于道砟中，得到數據并非為道砟沿橫向和豎向方向振動的真實加速度，造成檢測結果的失真，影響評估結果的準確性。一旦測試結果較小而實際值超限時會對行車安全性帶來嚴重威脅。

(2)檢測任務危險性較大：動態數據的測量過程需要人工控制測試的開始及結束，這要求測量過程中需要技術人員需在測試儀器放置點(一般多為橋梁墩頂)進行長時間操作。特別當橋梁橋墩較高時，過大的墩頂振幅給技術人員帶來不舒適感，增大檢測難度，增加人工成本，影響檢測安全。

(3)數據傳輸線布置繁瑣：軌道-橋梁-基礎檢測通常需對多個部位進行同時監測，繁多的數據傳輸線的布置會極大增加檢測工作量，同時長時間的橋面作業對檢測人員的人身安全和列車的行車安全帶來極大威脅，鐵路跨線操作工作嚴重影響了檢測人員安全。

技術實現要素：

本實用新型目的在于克服常規檢測方法的數據測量值不準確、檢測任務危險性較大、數據傳輸線布置繁瑣等問題，提供一種準確的道砟加速度檢測方法，實現電子感應控制檢測的開始與結束以及軌道-橋梁-基礎不同部位無線傳輸的一體化的檢測系統。

為實現上述技術目的，本實用新型專利的技術方案是：一種道砟橫豎向加 速度耦合檢測裝置，包括用于鋪設在鋼軌與道砟之間作為固定基板的水平鋼板，水平鋼板沿水平向卡固于鋼軌底部，水平鋼板底部固接有處于道砟內并用于模擬道砟豎向加速度的豎向加速度耦合檢測機構以及固接于豎向加速度耦合檢測機構底部并用于模擬道砟橫向加速度的橫向加速度耦合檢測機構。檢測過程中無需技術人員上下橋梁，方便完成較長時間段內對軌道-橋梁-基礎檢測數據的采集。道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置可以大幅提高檢測結果的準確性，提升檢測工作安全性，體現現代化檢測優勢，減少人工成本，無礙交通，快速方便，是一種集技術性、經濟性、操作性三方面優勢的現代化檢測方法。可選地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置各個部件間通過螺栓連接，便于安轉、拆卸及攜帶。可選地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置的主要構件為橫豎向耦合限位軌道。橫豎向限位軌道由兩個平行的空腔角鋼組成，水平安裝軌道通過輕質滑塊與橫豎向限位軌道形成整體，實現特定方向的限位要求。道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置，可保證加速度計僅能在特定的方向發生位移，解決了列車引起的道砟振動方向復雜而難以檢測的問題。橫豎向限位軌道端部預留螺栓孔，安裝方便，滿足裝置剛度要求，保證測試結果的準確性。

進一步地，豎向加速度耦合檢測機構包括沿豎向固接于水平鋼板上的豎向限位軌道、滑動連接于豎向限位軌道上并沿水平向布置的水平安裝軌道以及帶有加速度計并用于模擬道砟加速度的人工模擬有機道砟；人工模擬有機道砟裝于水平安裝軌道上。道砟豎向加速度耦合檢測裝置，可保證加速度計僅能在特定的方向發生位移，解決了列車引起的道砟振動方向復雜而難以檢測的問題。豎向限位軌道端部預留螺栓孔，安裝方便，滿足裝置剛度要求，保證測試結果的準確性。

進一步地，豎向限位軌道設有平行布設的兩根，水平安裝軌道兩端分別滑動連接于兩根豎向限位軌道上；兩根豎向限位軌道之間通過內側斜撐加勁固接。

進一步地，橫向加速度耦合檢測機構包括沿水平向固接于豎向限位軌道上的水平限位軌道、滑動連接于水平限位軌道上并沿水平向布置的水平安裝軌道以及帶有加速度計并用于模擬道砟加速度的人工模擬有機道砟；人工模擬有機道砟裝于水平安裝軌道上。道砟橫向加速度耦合檢測裝置，可保證加速度計僅能在特定的方向發生位移，解決了列車引起的道砟振動方向復雜而難以檢測的問題。橫向限位軌道端部預留螺栓孔，安裝方便，滿足裝置剛度要求，保證測試結果的準確性。

進一步地，水平限位軌道設有平行布設的兩根，水平安裝軌道兩端分別滑動連接于兩根水平限位軌道上；兩根水平限位軌道之間通過內側斜撐加勁固接。

進一步地，豎向限位軌道和/或水平限位軌道由鋼板和L型角鋼焊接構成，鋼板和/或L型角鋼端部預留有用于拆裝的預留螺栓孔。

進一步地，豎向限位軌道與水平限位軌道通過輕質滑塊連接形成具有抗側剛度的整體構件。

進一步地，人工模擬有機道砟采用3D掃描技術制作而成且內置中空，加速度計放置于人工模擬有機道的內置中空，以保護加速度計。

進一步地，人工模擬有機道砟通過高性能粘合劑固定于水平安裝軌道上。

進一步地，水平安裝軌道兩端分別通過連接螺桿固接有用于滑動連接的輕質滑塊。

進一步地，輕質滑塊由塑料滑塊外包四氟板制成，四氟板外涂抹有用于減 少滑動摩擦的硅脂潤滑油。

進一步地，水平鋼板上設有用于卡固鋼軌的倒U型金屬槽，水平鋼板通過倒U型金屬槽固接于鋼軌底部。

本實用新型專利的另一技術方案是：一種軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統，其包括道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置。

進一步地，包括傳感裝置、數據采集裝置、數據處理與分析裝置以及數據管理裝置，傳感裝置與數據采集裝置就近放置以排除信號干擾，數據采集裝置、數據處理與分析裝置以及數據管理裝置之間通過無線傳輸實現數據快速交互。

進一步地，傳感裝置由軌道數據采集設備、橋梁數據采集設備和基礎數據采集設備組成，以實現全方位監測。

進一步地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置裝配于軌道數據采集設備內。

進一步地，供電裝置由線路中輸電塔支撐的電力傳輸設備提供，輸電塔支撐于梁體邊緣。

進一步地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置的水平安裝軌道與橫豎向限位軌道間的連接方式為輕質滑塊連接。輕質滑塊由塑料滑塊外包四氟板制成，其邊長較空腔角鋼內徑小5-10mm，安裝后通過硅脂潤滑油減小摩擦，保證水平安裝軌道在特定方向滑動的同時不至于產生過大的摩擦力，保證人工模擬有機道砟運動狀態的真實性，使結果更加準確。

進一步地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置的人工模擬有機道砟采用較為先進的道砟模擬技術，通過3D掃描、三維成像技術結合散體分析軟件模擬與服役橋梁形態接近的道砟，通過現有的有機纖維材料生成人工模擬道砟散體顆粒，應用在現場檢測中。這種人工模擬有機道砟可以較好的模擬實際服役 狀態下道砟的運動狀態與受力情況，同時對加速度計起到外部保護作用，提高檢測結果的準確度。

進一步地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置橫豎向限位軌道內側設置斜支撐，形成內側斜支撐加勁角鋼。通過斜向支撐有效提高了角鋼軌道的抗側向剛度，改善鋼結構的缺陷，同時不會明顯增加結構重量，限制水平安裝軌道的行程，使得檢測裝置能夠抵抗上部列車的蛇形運動、搖頭或溫度變化等對下部結構產生的橫向力。

進一步地，軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統主要包括傳感系統、數據采集系統、數據處理與分析系統、數據管理系統。以本實用新型道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置為例，此種新型的加速度檢測裝置即為軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統的傳感系統的組成部分。它首先將實測道砟的橫向、縱向電壓信號通過有線傳輸給數據采集系統，通過信號調理、A/D轉換設備以及計算機等將傳感器輸出的各種信號進行調理、采集、傳輸和存儲，然后基于無線傳輸系統將轉換的數字信號傳送至數據處理與分析系統中心，最終數據管理系統可以利用Internet共享數據信息，發現橋梁問題并作出決策。

進一步地，軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統的數據采集系統現場選用無線采集模塊，直接將采集模塊安裝在傳感器(測點)附近，避免了應變信號遠距離傳輸因為導線電阻(應變測量)、電磁干擾等問題的影響，保障了信號的真實性、可靠性。數據通過中國移動無線遠距離傳輸至遠程監控室數據中心，傳輸完成后將數據刪除以節省磁盤空間，如遇網絡堵塞，可將數據保存至數據采集控制器磁盤中，待網絡通暢后續傳。

進一步地，軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統的傳感系統和數據采集系統分布于橋梁的不同部位，由于其檢測結果的可靠性及信號傳輸的穩定性直接影 響后續軌道-橋梁-基礎評估安全性，故設備必須配備防水防塵機箱。針對信號衰減可能引發的測試系統數據丟失等問題，要求必須在每跨都配備一個數據采集控制器，以保證數據采集系統的可靠性。

進一步地，軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統中的無線傳輸系統必須具備像數據傳輸機制的設計、消息通信的設置和安全連接網絡的構建等各種分布的跨平臺信息集成系統的要素。數據采集子站由多個數據采集模塊組成，模塊采用成熟可靠的WIFI無線模塊將采集到的數據發送至采集控制器，確保了信號傳輸的穩定性、持續性和抗干擾性。

進一步地，軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統中的數據處理與分析系統與數據管理系統之間的傳輸符合TCP/IP協議，TCP/IP協議是Internet最基本的協議，以它為基礎組建的Internet是目前國際上規模最大的計算機網絡，Internet的廣泛應用使得TCP/IP成了實事上的標準。基于TCP/IP協議，保證了軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統的可行性。

進一步地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置橫豎向軌道、水平安裝軌道制作鋼板宜采用厚度為5-10mm的Q235鋼、Q345鋼，其質量應分別符合現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700和《低合金高強度結構鋼》GB/T 1591的規定。

進一步地，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置內側斜支撐與角鋼間、橫豎向軌道普通鋼板與角鋼的焊接宜采用自動焊接或半自動焊接，采用的焊絲和相應的焊劑應與主體金屬力學性能相適應，并應符合現行國家標準的規定；同時選用符合國家現行標準電弧螺栓焊用《圓柱頭焊釘》GB/T 10433規定的圓柱頭焊釘。

本實用新型還在于道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置為多段拼接角鋼。整個檢測裝置的軌道分為上中下三部分，每個部分采用普通鋼板與角鋼焊接而成， 使得軌道部分形成一側開口的空腔結構形式，內部空腔為水平安裝軌道提供滑動行程。該種材料規格統一，在加工制作時方便快捷，滿足現代化生產要求。

本實用新型還在于道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置角鋼間通過螺栓連接。裝置上中下三個部分為相互獨立的，在使用中現場通過螺栓連接成為整體，滿足檢測裝置的剛度要求。同時這種分離的構件便于運輸、攜帶，螺栓可以根據型號購買，連接簡單方便，可重復使用，是一種模塊化在軌道-橋梁-基礎檢測中的應用。

本實用新型還在于道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置有豎向限位軌道。豎向限位軌道由兩個平行的空腔角鋼組成，通過軌道的限位，可保證加速度計僅能在道砟豎向發生位移。傳統的檢測方法直接放置加速度計進行測量，但實際情況下，道砟在列車通過時的振動是復雜的，鐵路道砟振動劇烈，振動形態復雜、規律性差，軌枕以下區域的道砟甚至會發生破碎。直接在道砟豎向放置傳感器，振動過后已經偏離原方向，測量結果雜亂無章，無法得到實際需要的物理量，甚至在一段時間作用后，傳感器會被棱角尖銳的道砟損壞。因而測得的加速度結果并非為真實的豎向加速度值，一旦當測量值遠小于真實值時，對于檢測及評估工作而言就存在了嚴重的失真，嚴重時可能帶來嚴重的社會、經濟損失。本實用新型通過豎向的限位軌道，突破傳統方法的限制，可以得到道砟在豎直方向的加速度數值。與此同時，本專利可以方便得到道砟沿深度方向的分布規律，為道砟在不同深度的動力性能分析提供了數據基礎。

本實用新型還在于道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置有水平限位軌道。水平限位軌道由兩個水平的平行空腔角鋼組成，通過軌道的限位，可保證加速度 計僅能在橋梁橫向發生位移。同樣地，本實用新型可以準確測得道砟在水平方向的加速度數值，得到道砟沿縱向的分布規律，為深層次軌道結構的性能分析提供了數據基礎。

本實用新型還在于道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置的橫、豎向限位軌道間設置內側設置斜支撐，形成內側斜支撐加勁角鋼。無論是豎向限位裝置還是水平限位裝置，均由兩個平行的空腔角鋼組成。本實用新型中一側的軌道與另一側軌道間通過設置連接件實現該方向的剛度要求。連接件材料為預制鋼材，通過螺栓與兩側軌道連接使之成為整體。該連接方式使各個連接部分便于裝拆與攜帶，提高檢測效率。

本實用新型還在于采用人工模擬有機道砟。傳統的檢測手段直接將加速度計放置于道砟中，測量結果不準確。本實用新型采用目前較為先進的道砟模擬技術，通過3D掃描、三維成像技術結合散體分析軟件模擬與服役橋梁形態接近的道砟塊，通過現有的有機纖維材料生成人工模擬道砟散體顆粒，應用在現場檢測中，可以使傳感器以最真實的狀態跟隨道砟振動。本實用新型方法可以更加真實的模擬道砟顆粒間的相互作用，還原在列車荷載下道砟的真實運動軌跡，改善傳統測量方式的粗放性，最大程度減小因檢測設備的不準確帶來的測量誤差，提高測量結果的準確度。

本實用新型還在于加速度計的放置方式。加速度計放置于上述人工模擬有機道砟內，通過設置的孔洞將數據傳輸線引出。人工模擬道砟則粘貼于預制的水平安裝軌道上，接入豎向、橫向連接軌道進行現場測量。實用新型中加速度計的放置方式可以有效保護加速度計不受損壞，同時保證了加速度計跟同人工模擬道砟沿特定的方向運動，是一種技術上可靠、施工便利的有效檢測方法。

本實用新型還在于橫豎向限位軌道與水平安裝軌道間的連接方式。兩者通過輕質滑塊連接。輕質滑塊由塑料滑塊外包四氟板制成，其邊長較空腔角鋼內徑小5-10mm，安裝后通過硅脂潤滑油減小摩擦，保證水平安裝軌道在特定方向滑動的同時不至于產生過大的摩擦力。能較為真實的模擬實際橋梁中道砟的運動情況，是一種較為合理的設置方式。

本實用新型還在于道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置安裝在鋼軌下方。橋梁鋼軌的鋪裝均嚴格按照國家規定施工標準進行，其安全性能良好。本實用新型將加速度檢測裝置上部分通過一個倒U形金屬槽固定在鋼軌下方，可很好的保證連接可靠性，同時方便簡潔，便于現場的快速安裝，解決了鐵路運營期間天窗期短的問題。

本實用新型還在于道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置裝卸便捷高效。道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置由三部分通過螺栓連接組成，橫豎向限位軌道兩軌道間連接件也采用螺栓連接，在攜帶中可將各部分獨立分解，不會占用太大空間，在現場使用中直接采用螺栓連接，安裝卸載操作方便省時，提高檢測工作效率。

本實用新型還在于軌道-橋梁-基礎檢測裝置系統間采用無線傳輸方式實現數據交互。軌道-橋梁-基礎檢測系統涉及軌道、橋梁、基礎等各個部分，傳統的數據采集方式將會極大的增加人工成本和經濟成本，同時繁多的數據傳輸線也會給現場檢測帶來極大不便。無線傳輸方式可以改善這一現狀，軌道-橋梁-基礎各個部分的數據檢測結果可以通過無線傳輸系統將數據統一傳輸至橋面指定的數據儲存裝置，實現軌道、橋梁、基礎各部分的數據匯總，檢測人員只需將該數據儲存裝置內數據進行整理和處理即可得到所需參數。該方法減少了人工成本，降低操作危險系數，是一種現代化信息技術發展的必然趨 勢。

本實用新型還在于橋梁軌道檢測系統無需準備發電裝置，直接利用鐵路供電系統。在鐵路電力線路中，橋面兩旁一定距離間隔會設置電力設備，在現場檢測中可以直接利用該電力設備，減少發電機的配置。此外，線路中的供電系統可以長時間為無線傳輸系統的數據儲存裝置供電，實現較長時間的軌道-橋梁-基礎監測，為軌道-橋梁-基礎檢測提供數據資料。

本實用新型還在于減少人工操作或實現無人操作。軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統即通過改進檢測方法和橋梁各部分數據傳輸機制實現更加準確、更加高效的橋梁檢測任務。通過無線傳輸系統可以將人工作業量主要集中在準備階段，在實際檢測階段(有列車通行)減少人工操作或實現無人操作。該方法在改善檢測人員工作環境、提高檢測工作安全性和檢測精度上有具有明顯優勢。

綜上所述，本實用新型可以廣泛的應用于有砟軌道-橋梁-基礎檢測中，完成軌道-橋梁-基礎一體化檢測任務。該方法可以大幅提高檢測結果的準確性的同時，提升檢測工作安全性，實現檢測不中斷交通，快速方便，減少人工成本，是一種技術上可靠、經濟上合理、施工便利的有效檢測方法。

本實用新型具有下列優點和積極效果：

本實用新型裝置優勢在于：提供了加速度檢測裝置的豎向和水平向的道砟模擬軌道；豎向、橫向加速度耦合檢測機構的連接方式簡潔；采用人工模擬有機道砟，真實模擬橋梁上的道砟形態并對加速度計起到保護作用；人工道砟可真實模擬實際道砟受力；檢測裝置的安裝、拆卸方式方便；實現軌道-橋梁-基礎一體化檢測。具有裝拆方便、測量結果精度高、輕質、結構與功能一體化等優點，可作為高精度傳感裝置應用于軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統 中；人工模擬有機道砟制作簡便，相同地質條件下可循環利用，使結果更加符合道砟的真實受力，技術上可靠、經濟上合理、施工便利的檢測方法。

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。

附圖說明

圖1是道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置圖

圖2是道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置側立面詳圖

圖3是豎向限位軌道內側斜撐加勁構造詳圖

圖4是水平鋼板與豎向限位軌道螺栓連接示意圖

圖5是豎向限位軌道與水平安裝軌道連接三維示意圖(輕質滑塊)

圖6是豎向限位軌道與水平安裝軌道連接俯視圖

圖7是水平安裝軌道構造詳圖

圖8是豎向(水平)限位軌道橫斷面圖

圖9是軌道-橋梁-基礎一體化檢測電力供應系統圖

圖10是軌道-橋梁-基礎一體化檢測原理圖

圖11是軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統流程圖

其中：

1、鋼軌；2、水平鋼板；3、倒U型金屬槽；4、螺栓；5、豎向限位軌道；6、水平限位軌道；7、輕質滑塊；8、連接螺桿；9、水平安裝軌道；10、人工模擬有機道砟；11、內側斜撐加勁；12、道砟；13、梁體；14、輸電塔；15、擋板；16、軌道數據采集設備；17、橋梁數據采集設備；18、基礎數據采集設備；19、橋墩；20、電力傳輸設備；21、列車；22、傳感裝置；23、數據采集裝置；24、數據處理與分析裝置；25、數據管理裝置；26、四氟板。

具體實施方式

下面對本實用新型技術內容進一步說明，但并非對本實用新型實質內容的限制。

圖1是道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置圖；圖2是道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置側立面詳圖；圖3是豎向限位軌道內側斜撐加勁構造詳圖；圖4是水平鋼板與豎向限位軌道螺栓連接示意圖；圖5是豎向限位軌道與水平安裝軌道連接三維示意圖(輕質滑塊)；圖6是豎向限位軌道與限位板連接俯視圖；圖7是水平安裝軌道構造詳圖；圖8是豎向(水平)限位軌道橫斷面圖；圖9是軌道-橋梁-基礎一體化檢測電力供應系統圖；圖10是軌道-橋梁-基礎一體化檢測原理圖；圖11是軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統流程圖

本實施例的道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置，包括用于鋪設在鋼軌1與道砟12之間作為固定基板的水平鋼板2，水平鋼板2沿水平向卡固于鋼軌1底部，水平鋼板2底部固接有處于道砟12內并用于模擬道砟12豎向加速度的豎向加速度耦合檢測機構以及固接于豎向加速度耦合檢測機構底部并用于模擬道砟12橫向加速度的橫向加速度耦合檢測機構。提供了加速度檢測裝置的豎向和水平向的道砟模擬軌道；豎向、橫向加速度耦合檢測機構的連接方式簡潔；采用人工模擬有機道砟，真實模擬橋梁上的道砟形態并對加速度計起到保護作用；人工道砟可真實模擬實際道砟受力；檢測裝置的安裝、拆卸方式方便；實現軌道-橋梁-基礎一體化檢測。具有裝拆方便、測量結果精度高、輕質、結構與功能一體化等優點，可作為高精度傳感裝置應用于軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統中；人工模擬有機道砟制作簡便，相同地質條件下可循環利用，使結果更加符合道砟的真實受力，技術上可靠、經濟上合理、施工便利的檢測方法。

本實施例中，豎向加速度耦合檢測機構包括沿豎向固接于水平鋼板2上的 豎向限位軌道5、滑動連接于豎向限位軌道5上并沿水平向布置的水平安裝軌道9以及帶有加速度計并用于模擬道砟12加速度的人工模擬有機道砟10。人工模擬有機道砟10裝于水平安裝軌道9上。

本實施例中，豎向限位軌道5設有平行布設的兩根。水平安裝軌道9兩端分別滑動連接于兩根豎向限位軌道5上。兩根豎向限位軌道5之間通過內側斜撐加勁11固接。

本實施例中，橫向加速度耦合檢測機構包括沿水平向固接于豎向限位軌道5上的水平限位軌道6、滑動連接于水平限位軌道6上并沿水平向布置的水平安裝軌道9以及帶有加速度計并用于模擬道砟12加速度的人工模擬有機道砟10。人工模擬有機道砟10裝于水平安裝軌道9上。

本實施例中，水平限位軌道6設有平行布設的兩根。水平安裝軌道9兩端分別滑動連接于兩根水平限位軌道6上。兩根水平限位軌道6之間通過內側斜撐加勁11固接。

本實施例中，豎向限位軌道5和/或水平限位軌道6由鋼板和L型角鋼焊接構成。鋼板和/或L型角鋼端部預留有用于拆裝的預留螺栓孔。

本實施例中，豎向限位軌道5與水平限位軌道6通過輕質滑塊7連接形成具有抗側剛度的整體構件。

本實施例中，人工模擬有機道砟10采用3D掃描技術制作而成且內置中空。加速度計放置于人工模擬有機道的內置中空，以保護加速度計。

本實施例中，人工模擬有機道砟10通過高性能粘合劑固定于水平安裝軌道9上。

本實施例中，水平安裝軌道9兩端分別通過連接螺桿8固接有用于滑動連接的輕質滑塊7。

本實施例中，輕質滑塊7由塑料滑塊外包四氟板26制成。四氟板26外涂抹有用于減少滑動摩擦的硅脂潤滑油。

本實施例中，水平鋼板2上設有用于卡固鋼軌1的倒U型金屬槽3。水平鋼板2通過倒U型金屬槽3固接于鋼軌1底部。

本實施例的軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統，包括上述道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置。

本實施例中，包括傳感裝置22、數據采集裝置23、數據處理與分析裝置24以及數據管理裝置25。傳感裝置22與數據采集裝置23就近放置以排除信號干擾，數據采集裝置23、數據處理與分析裝置24以及數據管理裝置25之間通過無線傳輸實現數據快速交互。

本實施例中，傳感裝置22由軌道數據采集設備16、橋梁數據采集設備17和基礎數據采集設備18組成，以實現全方位監測。

本實施例中，道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置裝配于軌道數據采集設備16內。

本實施例中，供電裝置由線路中輸電塔14支撐的電力傳輸設備20提供。輸電塔14支撐于梁體13邊緣。

如圖1所示，本實施例的道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置，通過倒U型金屬槽3安裝在鋼軌1下方。豎向限位軌道5通過螺栓4與水平的倒U型金屬槽3相連。內側斜撐加勁11通過焊接方式將左右豎向限位軌道5連成整體，保證道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置的剛度。水平限位軌道6同樣通過螺栓4與豎向限位軌道5相連。內側斜撐加勁11通過焊接方式將左右水平限位軌道6連成整體。水平安裝軌道9通過兩側的輕質滑塊7分別于豎向限位軌道5、水平限位軌道6相連。人工模擬有機道砟10通過高性能粘合劑固定于水平安 裝軌道9上。加速度計放置人工模擬有機道砟10內部。該道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置可以實現在特定方向的道砟加速度的檢測，能真實模擬道砟的受力狀態，提高檢測結果的可靠性。

如圖2所示，為道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置側立面圖，由倒U型金屬槽3、豎向限位軌道5及水平限位軌道6組成了Z型檢測裝置，便于現場測試的安裝。

如圖3所示，為豎向限位軌道5內側斜撐加勁11的構造詳圖。本實施例中，豎向限位軌道5與內側斜撐加勁11間通過焊接連接。焊接宜采用自動焊接或半自動焊接。采用的焊絲和相應的焊劑應與主體金屬力學性能相適應，并應符合現行國家標準的規定。選用符合國家現行標準電弧螺栓焊用《圓柱頭焊釘》GB/T 10433規定的圓柱頭焊釘。

如圖4所示，為水平鋼板2與豎向限位軌道5通過螺栓4連接示意圖。本實施例中，水平鋼板2與豎向限位軌道5均設置螺栓預留孔，分為兩排兩列設置，螺栓采用M8～M10,螺栓間間距為3～5cm。在現在檢測中直接通過螺栓將兩個構件組合，提高安裝效率，同時在運輸過程中便于攜帶。

如圖5和圖7所示，豎向限位軌道5與水平安裝軌道6通過輕質滑塊7連接。輕質滑塊7由塑料滑塊外包四氟板26制成，其邊長較空腔角鋼內徑小5-10mm。輕質滑塊7與水平安裝軌道6間通過連接螺桿固結，防止水平安裝軌道6轉動。安裝后通過硅脂潤滑油減小摩擦，保證水平安裝軌道在特定方向滑動的同時不至于產生過大的摩擦力，實現人工模擬有機道砟運動狀態的真實性，使結果更加準確。

如圖6所示，為圖5的俯視圖。在角鋼和鋼板組成的豎向限位軌道5的缺口一側從上到下插入輕質滑塊，完成水平安裝軌道9的嵌入。當列車21荷載作用 在鐵軌上時，水平安裝軌道9連同人工模擬有機道砟10發生相應的位移。

如圖8所示，為豎向5(橫向6)限位軌道的橫斷面圖。構件由普通鋼板和兩片L型角鋼通過焊接組成。焊接宜采用自動焊接或半自動焊接。采用的焊絲和相應的焊劑應與主體金屬力學性能相適應，并應符合現行國家標準的規定。形成的空腔尺寸為6-8cm，且應保證豎向限位軌道5空腔角鋼內徑比輕質滑塊7直徑大5-10mm，保證水平安裝軌道9在特定方向滑動的同時不至于產生過大的摩擦力。

如圖9所示，本實施例中，供電系統可以采用鐵路線路中由輸電塔14支撐的電力傳輸設備20，便于現場檢測，且保證供電穩定性。擋板15設置于線路邊緣，放置道砟掉落。

如圖10所示，本實施例中，軌道數據采集設備16主要包括：速度計、位移計、加速度計等，安裝于測試部位。橋梁數據采集設備17主要包括：應變片、加速度計、拾振器等，設備放置于橋墩19墩頂上。基礎數據采集設備18主要包括：加速度計，土壓力盒等，設備可放置于基礎頂面。當列車21通過時，各部位傳感系統采集數據，通過數據收集系統無線傳送至數據管理系統，實現軌道-橋梁-基礎一體化檢測。

如圖11所示，本實施例中，按照軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統流程圖的原理進行數據的交互傳輸。包括傳感系統、數據采集系統、數據處理與分析系統、數據管理系統。為保證數據的可靠性，排除干擾因素，數據采集系統設置于傳感系統附近，同時特殊部位的傳感器應做好相應的防水措施。

圖1為道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置圖。如圖1所示，當列車21通過線路時，水平安裝軌道9可以在豎向限位軌道5和水平限位軌道6發生位移，從而實現在特定方向的道砟加速度的檢測，能真實模擬道砟的受力狀態，提 高檢測結果的可靠性。

圖2為道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置側立面詳圖。如圖2所示，倒U型金屬槽3、豎向限位軌道5及水平限位軌道6組成的Z型檢測裝置，方便拆裝。

圖3為豎向限位軌道內側斜撐加勁構造詳圖。如圖3所示，當列車21通過線路時，內側斜撐加勁11保證加速度檢測裝置的剛度，使構件能夠抵抗因上部列車21的蛇形運動、搖頭或溫度變化等對下部結構產生的橫向力。

圖4為水平鋼板與豎向限位軌道螺栓連接示意圖。如圖4所示，在水平鋼板2側面和豎向限位軌道5背面預留螺栓孔，現場測試時可以直接通過螺栓形成整體。

圖5為豎向限位軌道與水平安裝軌道連接三維示意圖(輕質滑塊)。如圖5所示，當列車21通過線路時，因豎向限位軌道5與輕質滑塊7之間存在5-10mm間隙，故水平安裝軌道9隨受力狀態的變化產生位移。

圖6為豎向限位軌道與水平安裝軌道連接俯視圖。如圖6所示，豎向限位軌道5與水平限位軌道6之間預留螺栓孔，現場測試時直接通過螺栓實現拆裝操作，有效提高工作效率。

圖7為水平安裝軌道構造詳圖。如圖7所示，豎向限位軌道5與水平安裝軌道6通過輕質滑塊7連接。水平安裝軌道6與輕質滑塊7之間通過連接螺桿固結，防止水平安裝軌道6的轉動，保證水平安裝軌道9在特定方向滑動的同時不至于產生過大的摩擦力。

圖8為豎向(水平)限位軌道橫斷面圖。如圖8所示，構件由普通鋼板和兩片L型角鋼通過焊接組成。當列車21通過線路時，上述空腔軌道為水平安裝軌道9的運動提供了方向的限制。

圖9為軌道-橋梁-基礎一體化檢測電力系統原理圖。如圖10所示，供電系統可以采用鐵路線路中的電力傳輸設備20。電力傳輸設備20由輸電塔14支撐，輸電塔14支撐于梁體13邊緣。

圖10為軌道-橋梁-基礎一體化檢測原理圖。如圖9所示，當列車21通過線路時，軌道數據采集系統16、橋梁數據采集系統17、基礎數據采集系統18通過傳感器將電壓或電流信號傳送至數據收集系統，經過調制解調轉化為數字信號通過無線傳輸系統送至數字處理與分析系統，在Internet上面實現橋梁數據的共享，完成軌道-橋梁-基礎的一體化檢測。

圖11為軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統流程圖。如圖11所示，軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統主要包括傳感系統、數據采集系統、數據處理與分析系統、數據管理系統四個部分。系統首先將實測橋體的橫向、縱向電壓信號通過有線傳輸給數據采集系統。通過信號調理、A/D轉換設備以及計算機等將傳感器輸出的各種信號進行調理、采集、傳輸和存儲，然后基于無線傳輸系統將轉換的數字信號傳送至數據處理與分析系統中心。最終數據管理系統可以利用Internet共享數據信息，發現橋梁問題并作出決策。

本實用新型的軌道-橋梁-基礎一體化檢測方法，制作及安裝步驟如下：

道砟加速度檢測裝置制作包括以下步驟：

(1)根據線路鋼軌斷面形狀預制帶有倒U形金屬槽的水平金屬板，使之能夠在鋼軌下方固定。

(2)制作由鋼板和L型角鋼組成的中空軌道，豎向軌道與橫向軌道獨立制作，橫截面相同。

(3)制作限位板，限位板兩側伸出連接鋼筋與輕質滑塊相連，形成整體。

(4)應用3D掃描、三維成像技術結合散體分析軟件模擬與服役橋梁形 態接近的道砟塊，利用有機纖維材料制作空心人工模擬道砟塊，將加速度計放入其中，通過預留孔洞引出數據線。

制作橫豎向限位軌道操作要點如下：

(1)制作軌道鋼板宜采用厚度為5-10mm的Q235鋼、Q345鋼，其質量應分別符合現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700和《低合金高強度結構鋼》GB/T1591的規定。

(2)鋼板與角鋼間焊接宜采用自動焊接或半自動焊接，采用的焊絲和相應的焊劑應與主體金屬力學性能相適應，并應符合現行國家標準的規定。

(3)選用符合國家現行標準電弧螺栓焊用《圓柱頭焊釘》GB/T 10433規定的圓柱頭焊釘。

(4)在橫豎向限位板端部設置節點板，其上打兩行兩列孔洞(與連接螺栓尺寸相匹配)。

制作水平安裝軌道操作要點如下：

(1)水平安裝軌道與連接螺桿間采用焊接形式，采用的焊絲和相應的焊劑應與主體金屬力學性能相適應，并應符合現行國家標準的規定。

(2)輕質滑塊內部材料為輕質塑料，外包四氟板，減小與橫豎向限位軌道間的摩擦力。

(3)制作水平安裝軌道兩側的輕質滑塊時其直徑要比限位軌道空腔尺寸小5mm，為水平安裝軌道的運動提供空間，安裝后通過硅脂潤滑油減小摩擦力。

制作人工模擬有機道砟注意事項如下：

(1)人工模擬道砟塊采用的有機纖維材料需符合國家標準，并具有與實際道砟相近的剛度和強度。

(2)人工模擬道砟塊與水平安裝軌道間涂結構膠固定，所述結構膠為滿足 《公路橋梁加固設計規范》(JTG/T J22-2008)粘貼鋼板或型鋼用膠粘劑安全性能指標的A級膠。

(3)制作人工模擬道砟塊時將加速度計放置于中間，在人工模擬道砟塊側面開孔(直徑10mm)，將加速度計的數據線經由此孔引出。

安裝道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置的固定構件，其操作要點：

(1)鐵路運營的天窗期間，將鋼軌(準備安裝加速度測試裝置處)下方的道砟進行清理。

(2)通過倒U形金屬槽裝置將水平鋼板固定在鋼軌下方。

安裝豎向與水平限位軌道，其操作要點：

(1)首先連接豎向限位軌道，將兩個軌道通過螺栓與上方的水平鋼板連接，通過螺栓的微調作用將其固定在豎直平面內。

(2)將豎向限位板兩側輕質滑塊由L型角鋼組成的空腔接入豎向限位軌道，上下移動限位板，調整其位置。

(3)連接水平限位軌道，將兩個軌道通過螺栓與豎向限位軌道的節點板連接，通過螺栓的微調作用將其固定在水平面內。

(4)將水平限位板兩側輕質滑塊由L型角鋼組成的空腔接入水平限位軌道，水平移動限位板，調整其位置。

(5)安裝端部鋼板。

安裝軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統，其操作要點：

(1)布置安裝軌道測試系統，如本實用新型的道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置及常用的拾振器等，將數據采集設備放置于附近相應位置，進行防水處理。

(2)布置安裝橋梁測試系統，如位移計、拾振器等，將數據采集設備放置于附近相應位置，進行防水處理。

(3)布置安裝基礎測試系統，如安裝土壓力盒，粘貼應變片等，將數據采集設備放置于附近相應位置，進行防水處理。

(4)在軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統的不同部位安裝無線傳輸設備，將儀器所測得數據通過無線數據交換機制傳輸至橋面上數據儲存裝置，供檢測人員分析與處理。

本實用新型提供了一種道砟橫豎向加速度耦合檢測裝置及軌道-橋梁-基礎一體化檢測系統。該種檢測方法可以大幅提高檢測結果的準確性的同時，提升檢測工作安全性，實現檢測不中斷交通，快速方便，減少人工成本，是一種技術上可靠、經濟上合理、施工便利的有效檢測方法。

本實用新型裝置優勢在于：①提供了加速度檢測裝置的豎向限位軌道；②提供了加速度檢測裝置的水平限位軌道；③豎向、橫向限位裝置間的連接方式簡潔；④采用人工模擬有機道砟，真實模擬橋梁上的道砟形態并對加速度計起到保護作用；⑤橫豎向限位軌道與水平安裝板間采用輕質滑塊連接，保證滑動同時不會產生過大摩擦；⑥制作道砟材料可真實模擬實際道砟受力；⑦檢測裝置的安裝、拆卸方式方便；⑧實現軌道-橋梁-基礎一體化檢測。

對于我國目前的有砟軌道鐵路橋梁，軌道-橋梁-基礎結構在長期運營過程中出現碳化、銹蝕、裂縫等缺陷，影響軌道-橋梁-基礎的動力性能，同時伴隨鐵路通行量的增大、軸重增加，鐵路橋梁設計規范在不斷更新換代，這必然要求對既有的軌道-橋梁-基礎進行準確，高效的檢測，及時掌握軌道-橋梁-基礎的技術狀況和承載能力，進而確保橋梁和軌道安全正常營運。故而進行軌道-橋梁-基礎一體化檢測意義重大：

(1)評估軌道-橋梁-基礎性能：通過測定軌道-橋梁-基礎損傷狀況和程度、評估結構真實承載能力，根據現行列車的荷載等級判定是否需要加固。

(2)驗證設計計算理論：通過對大量既有軌道-橋梁-基礎的檢測評估，可積累大量現場數據，進而驗證設計計算理論的實踐性及可靠性，從中發現問題，改進結構形式和結構設計理論。

(3)預測軌道-橋梁-基礎剩余壽命：通過檢測數據中損傷程度進行計算，評定其剩余承載能力，應用損傷理論及動態可靠度理論，完成既有軌道-橋梁-基礎剩余壽命的預測，為有關部門提供理論支撐。

(4)建立完善的軌道-橋梁-基礎評估數據庫：通過檢測、評估及加固等工作，收集和累計軌道-橋梁-基礎使用資料。這是對軌道-橋梁-基礎科學管理和維護、保證其良好工作狀態的必要條件，方便以后更好的養護、管理，并為今后養護、加固與維修提供指導。

軌道-橋梁-基礎檢測中就檢測內容而言主要包括對其外觀檢查(如基礎與墩臺沉降變位檢查、裂縫長度寬度檢查、橋面系結構狀況檢查等)和材料檢測(主要結構構件強度、彈模測定、碳化情況測定等)；常規檢測方法主要有靜載試驗、動載試驗(安裝拾振器、位移計、加速度計，粘貼應變片、連接測速線、埋置土壓力盒等，通過傳輸線將數據傳輸至測試儀器，最后依靠人工完成檢測)及無損檢測(超聲脈沖法、沖擊回波法、紅外成像法等)，本實用新型主要針對靜態及動態檢測方法進行改進，軌道-橋梁-基礎一體化監測系統可以大幅提高檢測結果的準確性的同時，提升檢測工作安全性，實現檢測不中斷交通，快速方便，減少人工成本，是一種技術上可靠、經濟上合理、施工便利的有效檢測方法。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制本實用新型的保 護范圍，凡是利用本實用新型說明書內容所做的等效結構變換，或者直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。