CN113138013A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了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，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；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；根据分布式光纤在道床的各监测点的振动信号幅值、频率、能量及幅频特性，判定道床存在脱空病害的位置，以及脱空病害的范围和严重程度。本发明通过测量地铁车辆运行通过时的道床振动，确定道床脱空病害的位置及严重程度，可以快速发现地铁隧道道床脱空病害，判断道床脱空病害的严重程度，有效解决了地铁隧道道床脱空病害快速检测难题。
Description
技术领域
本发明涉及地铁隧道道床脱空病害位置的检测方法，适用于快速检测地铁隧道道床脱空病害的位置。
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。目前检测地铁隧道道床脱空病害的主要检测方法有：经验判断法、钻孔取芯法、地质雷达法、声波反射法和钻孔摄像法，但只能对道床某个部位或某段道床进行检测，而且受道床上部钢轨、混凝土枕轨及电线电缆影响，检测效率低、效果差，不适宜在运行地铁隧道进行快速检测。
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快速检测难题。为此，本发明采用以下技术方案：
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，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)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)根据分布式光纤在道床的各监测点的振动信号幅值、频率、能量及幅频特性，判定道床存在脱空病害的位置，以及脱空病害的范围和严重程度。
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，在没有车辆通行时测量的振动信号可作为背景振动进行分析。
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、能量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，通过分析分布式光纤采集的道床振动信号的振幅、主频、能量及幅频特性，可以判断道床存在脱空病害的位置及严重程度。
本发明方法的步骤是在地铁车辆运行通过时检测。必要时，可在道床的另一侧进行对比检测，可相互验证检测结果，排除信号噪点。
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、能量及幅频特性变化判定道床病害的位置及严重程度。在布置分布式光纤时，将分布式光纤用胶水或胶带黏贴在道床的表面或侧面，光纤长度可为数十米乃至数公里。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。当需要提高脱空病害检测定位精度时，可同时布置两根或多根光纤，不同光纤之间可错位25～50cm。
本发明通过测量地铁车辆运行通过时的道床振动，确定道床脱空病害的位置及严重程度，可以快速发现地铁隧道道床脱空病害，判断道床脱空病害的严重程度，有效解决了地铁隧道道床脱空病害快速检测难题。本发明的监测工作不需要人员进入监测点进行逐个检测，可以在地铁车辆正常运营时进行检测，而不对地铁运营产生干扰，本方法不仅检测效率高(一次性可检测数十米至数公里)，而且检测精度高(定位精度可达±1m)，如同时布置两根或多根错位25～50cm的分布式光纤进行检测，其检测脱空病害的定位精度将更高，为及时发现并治理道床脱空病害和确保地铁车辆安全运行发挥重要作用。
附图说明
图1是本发明中快速检测地铁隧道道床脱空病害的位置的方法示意图。
具体实施方式
参照附图。本发明的用分布式光纤快速检测地铁隧道道床脱空病害的位置的方法，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上布置分布式光纤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十米至数公里。
(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)根据分布式光纤在道床的各监测点探测到的振动的幅度、主频、能量、幅频特性及变化情况，判定振动幅值变大、主频变低、能量增强、幅频特性曲线向低频区间移动的位置为道床脱空病害位置，并根据其变化幅度判断脱空病害的严重程度。
(4)必要时，可在道床的另一侧进行相同检测，根据两次检测结果进行对比分析和相互验证，做进一步判断。还可以在在没有车辆通行时采用上述铺设固定的分布式光纤1检测振动信号，将测量的振动信号作为背景振动进行分析。
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。
Claims (4)
1.一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，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)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)根据分布式光纤在道床的各监测点的振动信号幅值、频率、能量及幅频特性，判定道床存在脱空病害的位置，以及脱空病害的范围和严重程度。
2.如权利要求1所述的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，其特征在于所述分布式光纤为振动传感光纤。
3.如权利要求1所述的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，其特征在于所述分析仪采用光时域反射技术按一定间距测量道床的振动。
4.如权利要求1所述的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，其特征在于所述步骤在地铁车辆通行时进行；在没有车辆通行时测量的振动信号可作为背景振动进行分析。
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