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地铁隧道工程的应力监测 |
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作者：王忠保 岳澄 孙建军 杨乃霆 |
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摘要：本文利用应变电测法，对天津地铁隧道工程进行现场应力监测，为保证施工安全和优化工程设计，提供了可靠测试数据。
关键词：地铁隧道；应变电测法；钢弦式应变计；应力监测
1 前言
地铁一号线工程为天津市重点工程，全长26。2 公里。该地铁工程需穿过水深约为5m 左右的子牙河，因此需建造一条横贯子牙河床底部的地铁隧道。该隧道采取明挖法施工，基坑开挖深度约为15m ，因而横贯子牙河需要建造钢板桩围堰并用钢支撑予以支护。围堰净宽为12m ，长度沿河宽方向约为214m ，沿钢板桩围堰深度每隔3m 安装一层钢支撑，共安装五层钢支撑。
在地铁隧道基坑的开挖过程中，钢板桩在水压、土压力作用下发生弯曲变形，将产生很大的弯曲应力，钢支撑也将受到很大轴向压力的作用。为保证施工安全和工程质量，并为设计部门提供数据，以便优化工程设计，因此在地铁隧道施工过程中，应用电测技术，对钢板桩弯曲应力及钢支撑的轴向压应力，跟踪开挖过程进行实时监测。
2 测试原理及方法
钢板桩的应力监测采用电阻应变测试法，为了提高测试精度，选用电阻值为3508 (并具有温度自补偿功能的电阻应变片。由于钢板桩沿纵向可以近似看作单向应力状态，所以每个测点纵横粘贴4 个应变片并且组成全桥，其测点应变与应变仪读数的关系为：
Ε应变仪= 2(1 + Λ) Ε测点这样提高了测试灵敏度2(1+ Λ) 倍，从而提高了测试精度。电阻应变仪采用智能型带有微处理器的YJ 222 型静态应变测量处理仪，该仪器带有接口与微机相联，可对测试应变数据自动进行测量和储存。钢板桩应力测试系统见图1 所示。
图1 钢板桩应力测试系统示意图
钢板桩长约18m ，在其中的4 根钢板桩上，沿钢板桩长度的不同位置，共设置20 个测点，应变片粘贴在钢板桩的内侧，见图2 所示。由于钢板桩需要打入地下，因此对粘贴在钢板桩上的应变片采取了防潮、防水及防碰撞的措施。粘贴应变片的钢板桩打入地下后，即可以开始监测地铁隧道在施工过程中，钢板桩应力变化情况。
钢支撑长约12m ，为双工字钢和钢管两种形式，第4、5 道支撑采用钢管支撑，钢支撑的应力监测采用钢弦式表面应变计。由于钢支撑还要受到弯曲应力的作用，因此每根钢支撑沿水平中性轴位置左右对称安装2 个钢弦式表面应变计，以便根据2 个应变计的测试值，得出轴向应力和轴力。
钢弦式表面应变计安装方便，能随工程进度与钢支撑一起安装。可以及时方便监测在施工过程中钢支撑应力变化情况。钢弦式表面应变计标距为100mm ，测试灵敏度为±3ΛΕ.
图2 测点位置示意图
3 监测结果分析
整个监测时间长达3 个多月。从表1 的监测结果看出钢支撑最大应力值为-101。7M Pa，发生在距钢板桩顶部为12。5m 深处的第4 道支撑上。钢板桩最大应力值为-179。5M Pa，钢板桩另外较大的应力值分别为-170。4M Pa，-170。2M Pa。均发生在距钢板桩顶部为12。5m 和13。8m 深处测点的钢板桩上，说明此处的土压力和水压力对钢支撑、钢板桩的影响最大，这也是和设计相符合的。
表1 部分测点最大应力值
图3 为钢支撑应力曲线图，图4 为钢板桩应力曲线图。从应力曲线图可以看出，在开始基坑土方开挖过程中，随着基坑开挖深度的迅速增加，钢支撑及钢板桩应力值增长很快。此后在施工过程中由于围堰漏水，减小了基坑的压力，使钢支撑和钢板桩受力减小，可以看出钢支撑及钢板桩应力值有明显的、不同程度的减小。此后随着围堰漏水的抽干，应力值开始增大。在基坑土方开挖基本完成后，应力曲线变化不大，基本在水平位置上波动。以后由于地下隧道的施工，需要绑扎钢筋和浇注混凝土，因而陆续拆除第五道钢支撑。由图3、图4 可以看出钢支撑及钢板桩应力值又有不同程度的增加，甚至大于在基坑土方开挖过程中的最大应力值。这种现象说明了在隧道工程施工末期，工程的监测仍然很重要，因此应该注意各种测试数据的变化，以便采取相应的措施。
(a) ( 第四道圆管支撑桩号614) (b) ( 第三道双工字钢支撑桩号674)
图3 钢支撑应力曲线图
(a) ( 桩号659 距桩顶-12。5m 处) (b) ( 桩号659 距桩顶-13。8m 处)
图4 钢板桩应力曲线图
4 结论
电测技术为土木工程结构在建设中的监测，提供了有效的手段，使得设计和施工更加科学、合理。电阻应变和钢弦式应变测量方法已经成为土木工程结构应力、应变测量的主要方法。同时使用带有微处理器，并有接口与微机相联的测试仪器。可对测试数据自动采集和处理，更适合于现场实时监测的需要。
参考文献：
[1 ] 夏才初，李永盛编著。地下工程测试理论与监测技术[M ]。上海：同济大学出版社，1999。8。
[2 ] 张如一，沈观林，李朝缔。应变电测与传感器[M ]。北京：清华大学出版社，1999。1。
[3 ] 刘宝有编。钢弦式传感器极其应用[M ]。北京：中国铁道出版社，1986。3。(end)
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(3/11/2005) |
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