[发明专利]铁路路基塌陷全过程演化动态监测系统及监测方法

说明书

本发明公开了一种铁路路基塌陷全过程演化动态监测系统，包括埋设于铁路路基内的磁场发射元件、位于路基上的两套磁场探测装置和数据控制系统，磁场探测装置包括四个用于接收磁场发射元件所发射的磁场信息的三轴磁传感器、用以定位的GPS、和用以传输三轴磁传感器及GPS数据的无线通讯模块，四个三轴磁传感器呈正方形布置，GPS位于正方形的中心；数据控制系统通过处理由无线通讯模块传输的GPS和三轴磁传感器的数据，对铁路路基塌陷全过程演化动态监测和预警。同时，本发明还公开了一种监测方法，该方法用于监测铁路路基塌陷全过程演化，且提出基于实测值的快速预警标准，解决了铁路路基深部塌陷不易监测、且无法实现全过程监测的难题。

技术领域

本发明是一种铁路路基塌陷全过程演化动态监测系统及监测方法，属于测量技术领域。

背景技术

铁路路基塌陷的机理十分复杂，随着地质构造的活动、地下水、大气降水等自然环境的变化及人为因素的影响，路基的塌陷破坏呈现突发性和偶然性，极易造成危及铁路运行的巨大破坏，铁路路基服役期间的塌陷监测需依靠测试手段。铁路路基塌陷是一个渐进性的过程，从深部变形、深部塌陷逐渐扩展到表层路基塌陷的过程，有必要对铁路路基塌陷的全过程演化进行实时监测，保障铁路路基的全寿命安全。

传统的铁路路基变形测量和塌陷监测主要在基床表层埋置监测桩和沉降板，布设测斜管、沉陷计、位移计、土压力计等，依靠定期的人工量测和人工巡检，因路基塌陷破坏具有隐蔽性和突发性等特征，上述测斜管、沉陷计、位移计、土压力计等简陋的设备无法实现铁路路基塌陷的全过程演化动态监测。激光和全自动高精度全站仪仅能测量路基表层的变形，激光在野外环境中易受到大气衰减和湍流及光照、大气衰减、雨、雾等天气影响等的影响，且无法监测路基深部变形。光纤光栅传感方法作为一种分布式的结构应变监测手段，可根据应变监测数据判断路基结构内部的受力分布，但存在传感器存活率过低、成本高昂、维护困难等缺点，如应用在岩土工程中尚需解决传感器的封装和耐久性等问题。合成孔径雷达干涉测量技术、地质雷达，GPS测量、摄影测量方法等仅能监测路基表面的变形，无法监测路基内部的变形，而路基塌陷主要时，在路基内部形成滑移路径，路基深部变形监测尤为重要。TDR电缆可确定路基滑动面的位置，但无法确定滑动的方向、难以准确测量滑动的变形量，当埋置铁路路基下方20米的深部无法布线。综上所述，目前现有监测方法存在深部变形监测困难，无法实现铁路路基塌陷的全过程演化动态监测的难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种铁路路基塌陷全过程演化动态监测系统，解决在山区、野外、雨水等各种环境中服役，且进行铁路路基深部变形、及铁路路基塌陷全过程演化动态监测的问题。

与此相应的，本发明另一个要解决的技术问题是应用上述监测系统进行铁路路基塌陷全过程演化动态监测的方法。

就监测系统而言，-磁场发射元件，埋设在铁路路基内，发射磁场，

-两套磁场探测装置，位于路基表面，所述磁场探测装置包括四个用于接收磁场发射元件所发射的磁场信息的三轴磁传感器、用以定位的GPS、用以传输三轴磁传感器及GPS数据的无线通讯模块和电源，所述四个三轴磁传感器呈正方形布置，所述GPS位于正方形的中心，

-数据控制系统，处理由无线通讯模块传输的GPS和三轴磁传感器的数据，对铁路路基塌陷全过程演化动态监测和预警。

通过磁场发射元件发射磁场，由磁场探测装置的三轴磁传感器接收磁场发射元件的磁场信息，由GPS取得磁场探测装置的位置信息，通过无线通讯模块将GPS和三轴磁传感器的数据传输至数据控制系统，数据控制系统将上述数据计算成磁场发射元件的三维位置参数，并绘制随着铁路路基塌陷全过程演化的磁场发射元件的实时位置曲线，确定铁路路基塌陷的变形阶段，并给出相应的预警。