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1、地鐵隧道工程的應(yīng)力監(jiān)測(cè) 摘要 : 本文利用應(yīng)變電測(cè)法 , 對(duì)天津地鐵隧道工程進(jìn)行 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力監(jiān)測(cè) , 為保證施工安全和優(yōu)化工程設(shè)計(jì) , 提供了可 靠測(cè)試數(shù)據(jù) . 關(guān)鍵詞 : 地鐵隧道 ; 應(yīng)變電測(cè)法 ; 鋼弦式應(yīng)變 計(jì) ; 應(yīng)力監(jiān)測(cè) 1 前言 地鐵一號(hào)線工程為天津市重點(diǎn)工程 , 全長(zhǎng) 26. 2 公里. 該地鐵工程需穿過(guò)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(kāi)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(zhǎng)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(kāi)挖過(guò)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(guò)程中 , 應(yīng)用 電測(cè)技術(shù) , 對(duì)鋼板樁彎曲應(yīng)力及鋼支撐 的軸向壓應(yīng)力 , 跟蹤開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) . 2 測(cè)試原理及 方法 鋼板樁的應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用電阻應(yīng)變測(cè)試法 , 為了提高測(cè)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
3、每個(gè)測(cè)點(diǎn)縱橫粘貼 4 個(gè)應(yīng)變片并且組成全橋 , 其測(cè)點(diǎn)應(yīng)變與 應(yīng)變儀讀數(shù)的關(guān)系為 : E應(yīng)變儀=2(1 + A) E測(cè)點(diǎn)這樣提高了測(cè)試靈敏度 2(1+ A )倍,從而提高了測(cè)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(cè)量處理儀 , 該儀器帶 有接口與微機(jī)相聯(lián) , 可對(duì)測(cè)試應(yīng)變數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和儲(chǔ)存 鋼板樁應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖 1 所示 . 圖 1 鋼板樁應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)示意圖 鋼板樁長(zhǎng)約 18m , 在其中的 4 根鋼板樁上 , 沿鋼板樁 長(zhǎng)度的不同位置 , 共設(shè)置 20 個(gè)測(cè)點(diǎn) , 應(yīng)變片粘貼在鋼板樁 的內(nèi)側(cè) , 見(jiàn)圖 2 所示 . 由于鋼板樁需要打入地下 , 因此對(duì)粘
4、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(kāi)始監(jiān)測(cè)地鐵隧道 在施工過(guò)程中 , 鋼板樁應(yīng)力變化情況 . 鋼支撐長(zhǎng)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(cè)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(duì)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(cè)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(shí)方便監(jiān)測(cè)在施工過(guò)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
5、為 100mm , 測(cè) 試靈敏度為 3 A E . 圖 2 測(cè)點(diǎn)位置示意圖 3 監(jiān)測(cè)結(jié)果 分析 整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 3 個(gè)多月 . 從表 1 的監(jiān)測(cè)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. 5MPa, 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(cè)點(diǎn)的鋼板 樁上 , 說(shuō)明此處的土壓力和水壓力對(duì)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(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力值 (a) (
6、 第四道圓管支撐樁號(hào) 614) (b) ( 第三道雙工字 鋼支撐樁號(hào) 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(kāi)始基 坑土方開(kāi)挖過(guò)程中 , 隨著基坑開(kāi)挖深度的迅速增加 , 鋼支撐 及鋼板樁應(yīng)力值增長(zhǎng)很快 . 此后在施工過(guò)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(kāi)始增大 . 在基坑土方開(kāi)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
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(yīng)力值又有不同程度的增加 , 甚至大于在基坑土方開(kāi)挖過(guò) 程中的最大應(yīng)力值 . 這種現(xiàn)象說(shuō)明了在隧道工程施工末期 , 工程的監(jiān)測(cè)仍然很重要 , 因此應(yīng)該注意各種測(cè)試數(shù)據(jù)的變化 以便采取相應(yīng)的措施 . (a) ( 樁號(hào) 659 距樁頂 -12. 5m 處) (b) ( 樁號(hào) 659 距 樁頂 -13. 8m 處 ) 圖 4 鋼板樁應(yīng)力曲線圖 4 結(jié)論 電測(cè)技術(shù)為土木工程結(jié)構(gòu)在建設(shè)中的監(jiān)測(cè) , 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(cè)量 方法 已經(jīng)成為土木工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)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(cè)試儀器 . 可對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理 , 更適合于現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要 . 參考 文獻(xiàn) : 1 夏才初 , 李永盛編著 . 地下工程測(cè)試 理論 與監(jiān) 測(cè)技術(shù) M . 上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社
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