地鐵隧道工程的應力監(jiān)測

1、地鐵隧道工程的應力監(jiān)測 摘要 : 本文利用應變電測法 , 對天津地鐵隧道工程進行 現(xiàn)場應力監(jiān)測 , 為保證施工安全和優(yōu)化工程設計 , 提供了可 靠測試數(shù)據(jù) . 關(guān)鍵詞 : 地鐵隧道 ; 應變電測法 ; 鋼弦式應變 計 ; 應力監(jiān)測 1 前言 地鐵一號線工程為天津市重點工程 , 全長 26. 2 公里. 該地鐵工程需穿過水深約為 5m 左右的子牙河 , 因此需建造 一條橫貫子牙河床底部的地鐵隧道 . 該隧道采取明挖法施工 基坑開挖深度約為 15m , 因而橫貫子牙河需要建造鋼板樁圍 堰并用鋼支撐予以支護 . 圍堰凈寬為 12m , 長度沿河寬方向 約為 214m, 沿鋼板樁圍堰深度每隔 3m 安

2、裝一層鋼支撐 , 共 安裝五層鋼支撐 . 在地鐵隧道基坑的開挖過程中 , 鋼板樁在水壓、 土壓力 作用下發(fā)生彎曲變形 , 將產(chǎn)生很大的彎曲應力 , 鋼支撐也將 受到很大軸向壓力的作用 . 為保證施工安全和工程質(zhì)量 , 并 為設計部門提供數(shù)據(jù) , 以便優(yōu)化工程設計 , 因此在地鐵隧道 施工過程中 , 應用 電測技術(shù) , 對鋼板樁彎曲應力及鋼支撐 的軸向壓應力 , 跟蹤開挖過程進行實時監(jiān)測 . 2 測試原理及 方法 鋼板樁的應力監(jiān)測采用電阻應變測試法 , 為了提高測試 精度 , 選用電阻值為 3508 ( 并具有溫度自補償功能的電阻應 變片 . 由于鋼板樁沿縱向可以近似看作單向應力狀態(tài) , 所以

3、每個測點縱橫粘貼 4 個應變片并且組成全橋 , 其測點應變與 應變儀讀數(shù)的關(guān)系為 : E應變儀=2(1 + A) E測點這樣提高了測試靈敏度 2(1+ A )倍，從而提高了測試精度.電阻應變儀采用智能型 帶有微處理器的 YJ 222 型靜態(tài)應變測量處理儀 , 該儀器帶 有接口與微機相聯(lián) , 可對測試應變數(shù)據(jù)自動進行測量和儲存 鋼板樁應力測試系統(tǒng)見圖 1 所示 . 圖 1 鋼板樁應力測試系統(tǒng)示意圖 鋼板樁長約 18m , 在其中的 4 根鋼板樁上 , 沿鋼板樁 長度的不同位置 , 共設置 20 個測點 , 應變片粘貼在鋼板樁 的內(nèi)側(cè) , 見圖 2 所示 . 由于鋼板樁需要打入地下 , 因此對粘

4、貼在鋼板樁上的應變片采取了防潮、防水及防碰撞的措施 粘貼應變片的鋼板樁打入地下后 , 即可以開始監(jiān)測地鐵隧道 在施工過程中 , 鋼板樁應力變化情況 . 鋼支撐長約 12m , 為雙工字鋼和鋼管兩種形式 , 第 4、 5 道支撐采用鋼管支撐 , 鋼支撐的應力監(jiān)測采用鋼弦式表面 應變計 . 由于鋼支撐還要受到彎曲應力的作用 , 因此每根鋼 支撐沿水平中性軸位置左右對稱安裝 2 個鋼弦式表面應變計 以便根據(jù) 2 個應變計的測試值 , 得出軸向應力和軸力 . 鋼弦式表面應變計安裝方便 , 能隨工程進度與鋼支撐 一起安裝 . 可以及時方便監(jiān)測在施工過程中鋼支撐應力變化 情況 . 鋼 弦式表面應變計標 距

5、為 100mm , 測 試靈敏度為 3 A E . 圖 2 測點位置示意圖 3 監(jiān)測結(jié)果 分析 整個監(jiān)測時間長達 3 個多月 . 從表 1 的監(jiān)測結(jié)果看出鋼 支撐最大應力值為 -101. 7M Pa, 發(fā)生在距鋼板樁頂部為 12. 5m 深處的第 4 道支撐上 . 鋼板樁最大應力值為 -179. 5MPa, 鋼板樁另外較大的應力值分別為 -170. 4M Pa, -170. 2M Pa. 均發(fā)生在距鋼板樁頂部為 12. 5m 和 13. 8m 深處測點的鋼板 樁上 , 說明此處的土壓力和水壓力對鋼支撐、 鋼板樁的 影響 最大 , 這也是和設計相符合的 . 表 1 部分測點最大應力值 (a) (

6、 第四道圓管支撐樁號 614) (b) ( 第三道雙工字 鋼支撐樁號 674) 圖 3 鋼支撐應力曲線圖圖 3 為鋼支撐應力曲線圖 , 圖 4 為鋼板樁應力曲線圖 . 從應力曲線圖可以看出 , 在開始基 坑土方開挖過程中 , 隨著基坑開挖深度的迅速增加 , 鋼支撐 及鋼板樁應力值增長很快 . 此后在施工過程中由于圍堰漏水 減小了基坑的壓力 , 使鋼支撐和鋼板樁受力減小 , 可以看出 鋼支撐及鋼板樁應力值有明顯的、不同程度的減小 . 此后隨 著圍堰漏水的抽干 , 應力值開始增大 . 在基坑土方開挖基本 完成后 , 應力曲線變化不大 , 基本在水平位置上波動 . 以后 由于地下隧道的施工 , 需要

7、綁扎鋼筋和澆注混凝土 , 因而陸 續(xù)拆除第五道鋼支撐 . 由圖 3、圖 4 可以看出鋼支撐及鋼板 樁應力值又有不同程度的增加 , 甚至大于在基坑土方開挖過 程中的最大應力值 . 這種現(xiàn)象說明了在隧道工程施工末期 , 工程的監(jiān)測仍然很重要 , 因此應該注意各種測試數(shù)據(jù)的變化 以便采取相應的措施 . (a) ( 樁號 659 距樁頂 -12. 5m 處) (b) ( 樁號 659 距 樁頂 -13. 8m 處 ) 圖 4 鋼板樁應力曲線圖 4 結(jié)論 電測技術(shù)為土木工程結(jié)構(gòu)在建設中的監(jiān)測 , 提供了有效 的手段 , 使得設計和施工更加 科學 、合理 . 電阻應變和鋼 弦式應變測量 方法 已經(jīng)成為土木工程結(jié)構(gòu)應力、應變測量 的主要方法 . 同時使用帶有微處理器 , 并有接口與微機相聯(lián) 的測試儀器 . 可對測試數(shù)據(jù)自動采集和處理 , 更適合于現(xiàn)場 實時監(jiān)測的需要 . 參考 文獻 : 1 夏才初 , 李永盛編著 . 地下工程測試 理論 與監(jiān) 測技術(shù) M . 上海: 同濟大學出版社