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1、地铁隧道工程的应力监测摘要: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
2、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
3、型带有微处理器的YJ222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
4、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-101.7MPa,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-179.5MPa,钢板桩另外较大的应力值分别为-170.4MPa,-170.2MPa.均发生
5、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 (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 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
6、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)(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
7、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
