地鐵隧道工程的應(yīng)力監(jiān)測1

1、地鐵隧道工程的應(yīng)力監(jiān)測作者：趙建周摘要：本文利用應(yīng)變電測法，對上海地鐵隧道工程進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)力監(jiān)測，為保證施工安全和優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，提供了可靠測試數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞：地鐵隧道；應(yīng)變電測法；鋼弦式應(yīng)變計(jì)；應(yīng)力監(jiān)測 1前言 地鐵11號線工程為上海市重點(diǎn)工程，全長26。2 公里。該地鐵工程需穿過水深約為5m 左右的河流，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(hù)。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

2、、土壓力作用下發(fā)生彎曲變形，將產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)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(shè)計(jì)部門提供數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，因此在地鐵隧道施工過程中，應(yīng)用電測技術(shù)，對鋼板樁彎曲應(yīng)力及鋼支撐的軸向壓應(yīng)力，跟蹤開挖過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。 2測試原理及方法 鋼板樁的應(yīng)力監(jiān)測采用電阻應(yīng)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(bǔ)償功能的電阻應(yīng)變片。由于鋼板樁沿縱向可以近似看作單向應(yīng)力狀態(tài)，所以每個(gè)測點(diǎn)縱橫粘貼4 個(gè)應(yīng)變片并且組成全橋，其測點(diǎn)應(yīng)變與應(yīng)變儀讀數(shù)的關(guān)系為： 應(yīng)變儀= 2(1 + ) 測點(diǎn)這樣提高了測試靈敏度2(1+ ) 倍，從而提高了測試精度。電阻

3、應(yīng)變儀采用智能型帶有微處理器的YJ 222 型靜態(tài)應(yīng)變測量處理儀，該儀器帶有接口與微機(jī)相聯(lián)，可對測試應(yīng)變數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行測量和儲存。鋼板樁應(yīng)力測試系統(tǒng)見圖1 所示。 圖1鋼板樁應(yīng)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(shè)置20 個(gè)測點(diǎn)，應(yīng)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，因此對粘貼在鋼板樁上的應(yīng)變片采取了防潮、防水及防碰撞的措施。粘貼應(yīng)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(yīng)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(yīng)力監(jiān)測采用鋼弦式表面應(yīng)變

4、計(jì)。由于鋼支撐還要受到彎曲應(yīng)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(gè)鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)，以便根據(jù)2 個(gè)應(yīng)變計(jì)的測試值，得出軸向應(yīng)力和軸力。 鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)安裝方便，能隨工程進(jìn)度與鋼支撐一起安裝?？梢约皶r(shí)方便監(jiān)測在施工過程中鋼支撐應(yīng)力變化情況。鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)標(biāo)距為100mm ，測試靈敏度為±3. 圖2測點(diǎn)位置示意圖3監(jiān)測結(jié)果分析 整個(gè)監(jiān)測時(shí)間長達(dá)3 個(gè)多月。從表1 的監(jiān)測結(jié)果看出鋼支撐最大應(yīng)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(yīng)力值為-179。5M Pa，鋼板樁另外較大的應(yīng)力值分別為-170。4M Pa，-17

5、0。2M Pa。均發(fā)生在距鋼板樁頂部為12。5m 和13。8m 深處測點(diǎn)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(shè)計(jì)相符合的。 圖3 為鋼支撐應(yīng)力曲線圖，圖4 為鋼板樁應(yīng)力曲線圖。從應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力值開始增大。在基坑土方開挖基本完成后，應(yīng)力曲線變化不大，基本在水平位置上波動(dòng)。以后由于地下隧道的施工，需要綁扎鋼筋和澆注混凝土

6、，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(yīng)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(yīng)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(yīng)該注意各種測試數(shù)據(jù)的變化，以便采取相應(yīng)的措施。 (a) ( 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(yīng)力曲線圖(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(yīng)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(shè)中的監(jiān)測，提供了有效的手段，使得設(shè)計(jì)和施工更加科學(xué)、合理。電阻應(yīng)變和鋼弦式應(yīng)變測量方法已經(jīng)成為土木工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變測量的主要方法。同時(shí)使用帶有微處理器，并有接口與微機(jī)相聯(lián)的測試儀器。可對測試數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理，更適合于現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要。 參考文獻(xiàn)： 1 夏才初，李永盛編著。地下工程測試?yán)碚撆c監(jiān)測技術(shù)M 。上海：同濟(jì)大學(xué)