[发明专利]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

说明书

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。

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。