一种用分布式光纤长期监测地铁隧道道床脱空病害的方法

摘要

本发明提供了一种用分布式光纤长期监测地铁隧道道床脱空病害的方法，它采用能够传感振动的分布式光纤，所述分布式光纤的前端与振动分析仪连接，沿地铁隧道的道床长度方向布置分布式光纤，并将分布式光纤贴在道床的表面或侧面；每当地铁车辆通行时，分析仪按一定的间距测量道床振动信号；按一定时间间隔重复测量；对不同次的相同监测点的振动信号进行对比，判断道床是否在某处出现脱空病害或有出现脱空的趋势，确定脱空病害出现的时间，监测脱空病害的变化情况。本发明通过长期监测道床的振动信号，判断道床是否出现脱空病害，确定脱空病害发生时间，监测脱空病害的变化情况，有效解决了地铁隧道道床脱空病害长期监测的难题。

说明书

技术领域

本发明涉及用分布式光纤长期监测地铁隧道道床脱空病害的方法，适用于长期监测地铁隧道的脱空病害，及时发现地铁隧道道床的脱空病害，确定脱空病害出现的时间，监测脱空病害的变化情况。

背景技术

地铁隧道的整体道床是地铁土建结构的重要组成部分，地铁整体道床一般采用素混凝土或钢筋混凝土，其施工方法是将结构底部凿毛后将混凝土与隧道结构浇注在一起。在地铁隧道运行期间，由于地铁隧道沉降、变形或在列车长期运行作用下，整体道床与隧道结构的结合面极易出现剥离、脱空，形成缝隙。在地铁列车行驶动荷载作用下，道床不断振动导致缝隙两侧混凝土反复碾磨，渗入缝隙的地下水伴随着道床振动将出现缝隙“呼吸”现象，缝隙“呼吸”形成的快速水流反复潜蚀缝隙两侧的道床混凝土和隧道结构混凝土，特别是对强度相对薄弱的道床混凝土将造成强烈潜蚀，产生冒泥翻浆，泥浆、细砂不断从缝隙中泛出，使得缝隙逐渐变大，并进一步加剧“呼吸”的潜蚀作用，最终造成整体道床脱空。道床脱空病害不仅缩短了隧道结构的使用寿命，也给地铁的正常运营带来不利影响，严重的道床脱空病害甚至会危及地铁的安全运行。目前，对地铁隧道道床脱空病害缺乏长期有效的监测手段，无法及时发现道床脱空病害的发生，不能对脱空病害进行监测，对地铁运行带来一定的安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用分布式光纤快速检测地铁隧道道床脱空病害的位置的方法，以解决地铁隧道在运行过程中对道床脱空病害的长期监测难题。为此，本发明采用以下技术方案：

一种用分布式光纤长期监测地铁隧道道床脱空病害的方法，其特征在于它采用能够传感振动的分布式光纤，所述分布式光纤的前端与相应的分析仪连接，所述分析仪为振动分析仪，所述方法包括以下步骤：

(1)沿地铁隧道的道床长度方向布置分布式光纤，并将分布式光纤贴在道床的表面或侧面；

(2)每当地铁车辆通行时，分析仪按一定的间距测量道床振动信号；

(3)按一定时间间隔重复步骤(2)；

所述方法还包括分析步骤：

对每次采集的分布式光纤在道床的各监测点的振动信号进行幅值、频率、能量及幅频特性分析，并对不同次的相同监测点的振动信号进行对比，判断道床是否在某处出现脱空病害或有出现脱空的趋势，确定脱空病害出现的时间，监测脱空病害的变化情况。

用分布式光纤测量振动信号时，必须在地铁车辆通行时测量，必要时，可在道床两侧同时进行步骤(1)-(3)的监测。

根据地铁隧道的道床结构，铁轨、枕木、道床与隧道连成整体，当地铁车辆通行时，在车轮激励下的振动响应是基本相同的，道床各位置的振动幅值、主频及幅频特性是基本一致的。当某位置道床脱空后，道床与隧道分离，当地铁车辆通行时在车轮激励下的振动响应将与没有脱空的部位有所不同，其振动幅值、主频、能量及幅频特性将发生明显的变化，一般振幅变大、主频变低、能量增强、幅频特性曲线向低频方向移动(就如铜锣破了，敲击的声音变了)；而且变化越大，表明脱空病害越严重。因此，通过长期监测道床的振动信号，分析道床振动信号的振幅、主频、能量、幅频特性及变化，可以判断道床是否出现脱空病害，确定脱空病害发生时间，监测脱空病害的变化情况。

本发明所述方法采用分布式光纤传感道床振动信号，根据道床振动信号的幅值、主频、幅频特性及变化，判断道床是否出现脱空病害，确定脱空病害出现的时间，监测脱空病害的变化情况。在布置分布式光纤时，应将分布式光纤用胶水或胶带黏贴在道床的表面或侧面，光纤长度可为数百米乃至数公里。然后，分析仪按一定间距测量在车辆通行时的道床振动信号，采样间距可以设定为0.5m、1m等。通过长期监测，判断道床是否出现脱空病害，确定脱空病害出现的时间，监测脱空病害的变化情况，一般每周至少监测一次并进行长期监测。

本发明通过长期监测道床的振动信号，分析道床振动信号的振幅、主频、能量、幅频特性及变化，判断道床是否出现脱空病害，确定脱空病害发生时间，监测脱空病害的变化情况，有效解决了地铁隧道道床脱空病害长期监测的难题，及时发现道床脱空病害，确保地铁车辆安全运行。本方法不仅监测效率高(一次性可检测数百米至数公里)，病害定位精度高(可达±1m)，而且沿道床侧面黏贴分布式光纤不会影响地铁车辆的安全运行，也不会对地铁运行维护带来不便。

附图说明

图1是本发明用分布式光纤长期监测地铁隧道道床脱空病害的方法示意图。

具体实施方式

参照附图。本发明的用分布式光纤长期监测地铁隧道道床脱空病害的方法，采用能够传感振动的分布式光纤1，所述分布式光纤1的前端与振动分析仪2连接，所述方法包括以下步骤：

(1)沿道床100的长度方向，在地铁隧道道床100的布置分布式光纤1，分布式光纤1用胶水或胶带黏贴在道床一侧的表面或侧面，分布式光纤长度可根据需要布置数百米至数公里。

(2)分析仪2按最高分辨率设置采样间距(如0.5m)，在地铁车辆通过时测量道床的振动；

(3)按一定时间间隔重复步骤(2)；

对每次采集的分布式光纤在道床的各监测点的振动信号进行幅值、频率、能量及幅频特性分析，并对不同次的相同监测点的振动信号进行对比，判断道床是否在某处出现脱空病害或有出现脱空的趋势，确定脱空病害出现的时间，监测脱空病害的变化情况。

上述时间间隔控制在每周至少监测一次并进行长期监测。必要时，可在道床两侧同时监测。

在图1中，附图标号101为铁轨，附图标号102为枕木。

以上所述仅为发明的具体实施案例，本发明的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。