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随着经济的快速发展及“一带一路”倡议的不断推进，我国高速铁路建设正以前所未有的速度迅猛发展。截至2017年年底，我国高速铁路以2.5万公里的年运营里程连续蝉联世界第一，同时，铁路“十三五”发展规划提出“2020年全国高速铁路网覆盖80%以上的大城市、营业里程3万公里”的目标。我国是一个冻土大国，季节性冻土或永久性冻土主要分布在我国西北、华北和东北部等地区，随着高速铁路设计及修建技术的不断进步，在严寒地区修建高速铁路已经成为现实。2012年开通的哈尔滨至大连客运专线铁路是世界上第一条在严寒地区开通的时速为350 km的高速铁路[1]，2013年开通的盘锦至营口高速铁路是中国第一条位于严寒地区，且釆用具有中国自主知识产权的CRTSIII型板式无砟轨道系统的时速为350公里的客运专线，其最低铺设温度达到-40℃。目前，正在修建的莫斯科至喀山高速铁路也处于严寒冻土地带，同样采用的是CRTSIII型板式无砟轨道结构。CRTSIII型板式无砟轨道系统具有稳定性好、平顺性高、耐久性好、维修工作量少等特点，但是对变形和病害的敏感度高，特别是严寒地区气候条件恶劣，列车长期高速作用可能会使轨道结构产生难以弥补的损害，因此，开展轨道结构安全监测显得尤为重要[2 -6]。 传统的轨道安全监测技术主要是夜间天窗点人工上道检查和周期性车载检测，具有效率低、漏检率高等缺点，轨道结构病害一旦未及时发现，则会直接影响高速铁路的运营安全[7 -9]。高速铁路轨道具有距离长和轨道损伤分布离散性大的特点，因此，可实现结构大范围变形监测的分布式光纤布里渊传感技术是一种更为切合高速铁路轨道结构病害监测要求的监测技术。分布式光纤布里渊传感技术具有耐久性好、监测距离长、抗电磁场干扰以及测量精度高等特点，目前已经在高铁、桥梁及隧道等领域得到了较为成功的应用[10-12]。 诸如此类的围城辩论赛往往没有实质性结果，因为第二天还要早起上班，因为我们都以为还有储备很多的爱情可以挥霍。 本文在分析严寒地区高速铁路无砟轨道存在的风险的基础上，提出采用分布式光纤布里渊传感技术开展严寒地区CRTSIII型板式无砟轨道损伤监测，构建基于分布式光纤布里渊传感技术的CRTSIII型板式无砟轨道全寿命安全监测系统，分析探讨了安全监测系统中各个监测对象的传感器布设及监测方法，为严寒地区CRTSIII型板式无砟轨道系统的安全运营提供技术支撑。 信号参数如表1所示。在这个信号中,基波、2次谐波和3次谐波附近都存在一个间谐波,如果直接使用加窗插值FFT算法进行处理,上述分量将难以被区分出来,计算结果误差会很大。为了避免这种情况,在计算信号参数前使用本文方法来处理待测信号。 1 严寒地区高速铁路无砟轨道存在的风险1.1 无缝线路断轨无缝线路取消了钢轨接头，为高速列车提供了更加平顺的工作面，被高速铁路大量采用。无缝线路上的钢轨，低温时承受较大的温度拉力，在严寒地区温度较低的极端情况下，钢轨在受力最不利位置处及长大桥梁地段可能会因强度不足而折断，之后钢轨自断口处收缩，其位移变大，致使列车经过断缝时产生巨大的冲击作用，严重时将危及行车安全。目前，世界范围内严寒地区高速铁路无缝线路运营经验都十分有限，缺乏高速铁路运营期间的实际监测数据，因此，有必要采用合适的传感器对无缝线路的状态(包括钢轨温度力、轨温及位移)进行长期的安全监测。 1.2 自密实混凝土损伤自密实混凝土由水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉、细骨料、粗骨料、减水剂、引气剂、黏度改性材料、膨胀剂及拌和水等组成，具有高流动性、间隙通过性和抗离析性，浇筑时仅靠自重作用便能均匀充填密实成型。轨道结构中，自密实混凝土位于轨道板和底座板之间，在严寒地区，受列车荷载和极端温度荷载的反复作用，自密实混凝土层会出现较为严重的劣化现象，如板端脱空以及自密实混凝土开裂、脆化、碎裂等，受到损伤的自密实混凝土会全部或部分退出工作，导致轨道板失去部分支承，严重时会影响轨道结构的平顺性及列车运行的安全性[3]。因此，有必要对自密实混凝土的服役状态进行长期监测，并依据翔实的监测数据评估整个轨道的平顺性、安全性，同时指导其养护维修。 1.3 路基冻胀引起轨道变形超限严寒地区最为典型的地质灾害是冻胀融沉循环灾害。我国季节冻土区既有铁路路基冻胀量一般在30 mm以下，以15～25 mm居多，寒冷地区路基冻害的特点首先表现为不均匀冻胀性，其次表现为暖季的融沉，常使轨道结构的水平、高低发生不均匀的变化，从而给行车带来安全隐患[3]。高速铁路对基础变形的要求非常严格，路基的工后沉降值不应大于15 mm，过渡段不同结构物间的差异沉降不应大于5 mm，沉降引起的沿线路方向的折角不应大于1/1 000[4]。鉴于高速铁路对行车平顺性的高要求，为确保路基冻胀引起的轨道变形不超限，应对轨道结构特别是钢轨的变形进行实时监控。 2 分布式光纤布里渊传感技术原理布里渊散射过程可描述为泵浦波、斯托克斯波通过声波进行的非线性相互作用，泵浦波通过电致伸缩效应产生声波，引起介质折射率的周期性调制，同时由于多普勒效应，散射光产生了频率下移，入射光与散射光频率差即为布里渊频移。布里渊频移与光纤的折射率和光在光纤中的传播速度成比例关系，如式(1)所示。 vB=2nυA/λp (1) 式中，vB为布里渊频移；n为光纤折射率；υA为光速；λp为入射泵浦波波长。 随着工艺技术的不断提高，陶瓷纹饰对绘画水平有了愈发严格的要求，同时对陶工们的审美亦是一种考验。我们现在可见的异彩纷呈的陶瓷纹饰都是先辈们思想，艺术的结晶。 光纤上的应力或温度发生改变会导致光纤介质密度发生改变，进而改变光纤折射率和光传播速度。基于光纤布里渊谱分析，可知施加在光纤上的应变和温度与光纤布里渊频移成线性关系，如式(2)所示。 为验证上述标定方程的正确性,本文采用了297×10-6、495×10-6、694×10-6、1 100×10-6的标准浓度CO2气体在25 ℃环境中进行实验测量,然后将参考通道与探测通道的电压比值带入式(7)进行验证,其验证结果如表2。从表中可以看出,由公式反演出的CO2浓度绝对误差小于10×10-6,表明式(7)在25 ℃环境下适用于CO2气体浓度的测量。 ΔvB=CεΔε+CTΔT (2) 式中，Cε、CT 分别为应变和温度灵敏度系数；Δε、ΔT分别为应变和温度增量。 通过静载拉伸和水浴温度试验，可知分布式光纤应变和温度灵敏度系数分别为0.05 MHz/με 和1.00 MHz/℃。分布式光纤布里渊应变及温度灵敏度系数标定试验结果如图1所示。  (a) 应力灵敏度数据  (b) 温度灵敏度数据 图1 分布式光纤布里渊应变及温度灵敏度系数标定试验结果 3 严寒地区高速铁路轨道分布式光纤安全监测技术根据前文所述严寒地区高速铁路无砟轨道存在的风险，拟构建基于分布式光纤布里渊传感技术的严寒地区高速铁路轨道分布式光纤安全监测系统，如图2所示。  图2 严寒地区高速铁路轨道分布式光纤安全监测系统 严寒地区高速铁路轨道分布式光纤安全监测系统框架包括3个监测子系统，即无缝线路断轨监测、自密实混凝土损伤监测以及冻融作用下轨道变形超限监测。 3.1 无缝线路断轨监测无缝线路断轨监测主要包括钢轨温度应力、轨温以及钢轨变形监测(钢轨纵向变形)3项内容，其主要监测方法是将分布式光纤应变传感器和温度光纤应变传感器安装在钢轨上进行监测。考虑到钢轨的完整性，可通过机械夹持的方法将传感器布设在钢轨的下表面，如图3所示。具体实施步骤为：将两个不锈钢卡扣用螺丝紧扣在钢轨下面，卡扣间距为传感器的标距，然后将传感器焊接在卡扣上。分布式光纤温度传感器除监测钢轨温度外，还须对安装在钢轨上的分布式光纤应变传感器进行环境温度补偿。通过环境温度监测和钢轨应力监测，可以判断并定量钢轨的温度应力和断口拉伸位移，一旦监测到的应力水平超过预先设计的变形限值，则进行损伤报警。  图3 传感器在钢轨上的布设示意图 高速铁路路轨外露环境中，列车高速行驶，要求监测路轨变形的传感器首先具有良好的耐久性和长期测量的稳定性。其次，传感器安装在路轨上不能破坏钢轨原有结构，只能通过机械夹持的方法进行安装布设。最后，整个安装工艺需要有绝对的稳定性，确保路轨或列车运营过程中附属安装传感器或传输线不会影响行车安全。 3.2 自密实混凝土损伤监测自密实混凝土损伤监测包括混凝土开裂监测、混凝土温度监测以及混凝土脱空监测。混凝土开裂和温度监测主要是在自密实混凝土浇筑过程中，通过布设分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器进行监测。分布式光纤传感器在自密实混凝土中的布设示意图如图4所示。  图4 分布式光纤传感器在自密实混凝土中的布设示意图 图5为自密实混凝土脱空位置受力与监测示意图。自密实混凝土包括：①未脱空状态，此时底板形成均匀支撑。②自密实混凝土板中脱空，脱空位置形成简支支撑。③自密实混凝土板边脱空，脱空位置形成悬臂支撑。根据不同状态下的自密实混凝土脱空位置处的传感器监测数据，可以对脱空损伤的长度和模式进行分析。  (a) 未脱空：底板均匀支撑  (b) 板中脱空：简支  (c) 板边脱空：悬臂 图5 自密实混凝土脱空位置受力与监测示意图 高速铁路自密实混凝土厚度为90 mm，为保证自密实混凝土浇筑过程中传感器的有效成活，同时保证布设在自密实混凝土中的分布式应变传感器不影响原有自密实混凝土的整体连续性，要求布设的传感器直径越小越好，且能够与自密实混凝土协同变形。 由此可见，二甲双胍能有效地延缓AS的进展，对T2DM患者心血管系统具有一定的保护作用。但由于受伦理道德原则、《药物临床试验质量管理规范》（GCP）和相关法律法规的约束，目前该方面临床研究还相对较少，其结论仍有待进一步验证。 3.3 冻融作用下轨道变形超限监测冻融作用下轨道变形超限监测主要是通过在轨道上布设分布式光纤应变传感器进行监测，布设方式与3.1节所述的无缝线路断轨监测的布设方式相同。分布式光纤应变传感器只能提供一维的应变监测数据，轨道变形监测需要将一维连续应变监测数据转换成位移数据。应变累积积分方法和应变-位移标定方法是两种可选择的一维应变到位移数据转换的算法。图6为应变-位移标定方法示意图，其中，10 m长分布式应变传感器两端固支，在传感器中间位置施加竖向位移。  图6 应变-位移标定方法示意图 图7为各级荷载下，10 m长的分布式应变传感器的3D应变分布曲线。  图7 10 m长的分布式应变传感器的3D应变分布曲线 图8为中间位置处布里渊频移和相应的实测竖向位移拟合结果。经过对比分析，可知传感器中间位置实测竖向位移与拟合位移的误差在5%以内，满足工程测量要求。  图8 中间位置处布里渊频移和相应的实测竖向位移拟合结果 4 结论与建议本文基于严寒地区高速铁路无砟轨道的安全问题，采用分布式光纤布里渊传感技术，构建了严寒地区CRTSIII型板式无砟轨道分布式光纤传感损伤监测系统，对无缝轨道断轨、自密实混凝土损伤以及冻融作用下轨道变形超限的分布式光纤监测方法进行了分析，对相关监测传感器提出了要求，为严寒地区CRTSIII型板式无砟轨道系统的长期安全运营提供了技术支撑，有助于提高高速铁路安全管理的智能化与信息化水平。 本区自然电位表现为大面积的负异常，采用-100mv作为异常下限，共圈定了两处有一定规模、规律的Z1、Z2负异常。 (1) 高速铁路属于长距离线性工程，严寒地区高速铁路无砟轨道容易受到冻融灾害的影响，导致轨道变形超限、自密实混凝土脱空等损伤，影响列车的行车平顺性和安全性。分布式光纤传感在线监测技术具有长距离应变和温度场连续监测的优点，且抗电磁场干扰、耐潮湿，已经成为高速铁路无砟轨道损伤监测的重要途径。 函数的单调性，从几何直观的角度看，就是函数图像走势的变化规律〔3〕207。找到了“规律”，问题迎刃而解。 (2) 高速铁路运行频次高、速度快，安装在高速铁路无砟轨道上的传感器需要具备良好的工程化性能，即传感器和诸如传输线路等相关配件的安装布设不能影响行车安全，且具备一定的可维护性和可更换性。 参考文献 [1]铁道部发展计划司合资处.哈尔滨至大连铁路客运专线项目：中国铁路[R].北京：铁道部发展计划司合资处，2006. 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