地鐵隧道工程的應(yīng)力監(jiān)測
摘要: 本文利用應(yīng)變電測法, 對天津地鐵隧道工程進(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
地鐵一號線工程為天津市重點(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(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、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), 所以每個測點(diǎn)縱橫粘貼4 個應(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:
Ε應(yīng)變儀= 2(1 + Λ) Ε測點(diǎn)這樣提高了測試靈敏度2(1+ Λ) 倍, 從而提高了測試精度. 電阻應(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 個鋼弦式表面應(yīng)變計(jì), 以便根據(jù)2 個應(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. 可以及時方便監(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±3ΛΕ.
圖2 測點(diǎn)位置示意圖
3 監(jiān)測結(jié)果分析
整個監(jiān)測時間長達(dá)3 個多月. 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, -170. 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.
表1 部分測點(diǎn)最大應(yīng)力值
(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 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. 以后由于地下隧道的施工, 需要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(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) ( 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)自動采集和處理, 更適合于現(xiàn)場實(shí)時監(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)出版社, 1999. 8.
[2 ] 張如一, 沈觀林, 李朝締. 應(yīng)變電測與傳感器[M ]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 1999. 1.
[3 ] 劉寶有編. 鋼弦式傳感器極其應(yīng)用[M ]. 北京: 中國鐵道出版社, 1986. 3.
