黃鑫
摘 要:本文針對拱頂下沉、洞內(nèi)周邊收斂等項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)測,以便對工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及其周圍環(huán)境的影響適時(shí)評判,及時(shí)預(yù)測和預(yù)防施工中可能出現(xiàn)的不利局面,動(dòng)態(tài)地組織和指導(dǎo)施工。
關(guān)鍵詞:監(jiān)測;拱項(xiàng)下沉;洞內(nèi)周邊;收斂
一、量測項(xiàng)目的確定及量測頻率
(一)量測項(xiàng)目的確定。地下工程監(jiān)測項(xiàng)目的確定、監(jiān)測斷面及測點(diǎn)的布置、儀器設(shè)備的選擇及元件的埋設(shè)方法。主要考慮如下因素:① 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況;② 結(jié)構(gòu)的埋深、跨度、結(jié)構(gòu)的類型和施工工藝;③ 結(jié)構(gòu)施工影響范圍內(nèi)地表建筑物及地下結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。形狀及其尺寸等;④ 設(shè)計(jì)提供的變形及其它控制值以及安全儲(chǔ)備系數(shù)等;⑤ 業(yè)主或合同規(guī)定的需特殊注意的項(xiàng)目等;⑥ 監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)直觀明了,且數(shù)據(jù)易于處理分析。
鑒于上述分析,量測項(xiàng)目如表5-1所示
說明:1.以上所設(shè)定的觀測頻率為正常情況下的固定頻率,當(dāng)出現(xiàn)異常情況,將根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況增加觀測頻率。2.測點(diǎn)數(shù)量及布置參考規(guī)范要求和設(shè)計(jì)圖紙,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和量測的條件布置。
(二)監(jiān)控量測的方法及測點(diǎn)布置。(1) 隧道內(nèi)水平收斂量測。結(jié)構(gòu)內(nèi)水平收斂觀測點(diǎn)的布置與地表沉降觀測點(diǎn)在同一斷面上,測點(diǎn)加工時(shí)應(yīng)保證測點(diǎn)與量測儀器連接光滑密貼。埋設(shè)時(shí)保證測點(diǎn)錨栓與圍巖或支護(hù)穩(wěn)固連接,變形一致,并統(tǒng)一編號,做好明顯警示標(biāo)志,防止人為損壞。測點(diǎn)盡量靠近開挖面布置,結(jié)構(gòu)開挖后,應(yīng)及時(shí)埋設(shè)測點(diǎn),以測得開挖后的變形,離開挖面不得大于2m,在每環(huán)初次支護(hù)完成24h以內(nèi),在下一循環(huán)開挖前,記錄初次讀數(shù),以三次數(shù)據(jù)的平均值作為初始讀數(shù)。采用Jss30型數(shù)顯收斂計(jì)進(jìn)行量測,量測精度為0.1mm。(2) 拱頂下沉量測。拱頂下沉觀測點(diǎn)與水平凈空收斂觀測點(diǎn)布設(shè)在同一斷面內(nèi),埋設(shè)時(shí)保證測點(diǎn)錨栓與圍巖或初期支護(hù)穩(wěn)定連接。測點(diǎn)盡量靠近開挖面布置,距開挖面不大于2m,在每次初次支護(hù)完成后24h以內(nèi),在下一開挖循環(huán)開始前,初次記錄讀數(shù),以三次平均值作為初始讀數(shù)。利用工作基點(diǎn)使用水準(zhǔn)測量方法觀測,觀測精度為1mm。工作基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在豎井內(nèi),保證基點(diǎn)穩(wěn)定可靠。(3) 隧道底部隆起量測。觀測點(diǎn)埋設(shè)在隧道底板,每個(gè)量測斷面埋設(shè)3個(gè)測點(diǎn),采用水準(zhǔn)測量方法觀測,與拱頂下沉共用一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。(4) 應(yīng)力應(yīng)變量測。應(yīng)力應(yīng)變量測包括圍巖與初次支護(hù)之間、初期支護(hù)與二次襯砌之間接觸應(yīng)力的測試,支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力測試。
圍巖與初期支護(hù)之間、初期支護(hù)與二次襯砌之間接觸應(yīng)力的測試采用TGH型振弦式壓力盒,選擇有代表性的斷面埋設(shè)壓力盒,每個(gè)測試斷面共布置22個(gè)壓力盒,埋設(shè)時(shí)應(yīng)保證壓力盒與圍巖密貼,埋設(shè)后將壓力盒的電纜線引出統(tǒng)一編號,并量測壓力盒的初始讀數(shù)。TGH型振弦式壓力盒,量程為0.5MPa,接收裝置為GSJ-2A型智能檢測儀。TGH型振弦式壓力盒主重要技術(shù)參數(shù)為:準(zhǔn)確度0.5%FS~1.0%FS;重復(fù)性:0.2%FS~0.4%FS;分辨率0.01%FS。
襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋受力量測采用GGLJ-25型鋼筋應(yīng)力計(jì),可測拉應(yīng)力,也可測壓應(yīng)力。接收裝置為GSJ-2A型智能檢測儀。在同一個(gè)格柵支撐上選擇截面受拉,受壓最大及拐點(diǎn)部位埋設(shè)。應(yīng)力計(jì)的安設(shè)將所測受力主筋相應(yīng)部位截去與鋼筋應(yīng)力計(jì)等長的部分,采用幫條雙面焊將鋼筋應(yīng)力計(jì)與主筋焊成一整體。將鋼筋應(yīng)力計(jì)的電纜線統(tǒng)一編號,并測初始讀數(shù)。
GGLJ-25型振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)由GGLJ型振弦式鋼筋應(yīng)力傳感器和GSJ-2A型多功能電腦檢測儀組成。應(yīng)用時(shí),傳感器兩端焊接在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的鋼筋上(替代一段鋼筋),通過水工電纜連接到GSJ-2A型智能檢測儀。啟動(dòng)電源,儀器里的激發(fā)電路使傳感器中的鋼弦振動(dòng),傳感器將鋼筋承受的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力轉(zhuǎn)換為頻率信號輸出,檢測儀精確測定頻率,按傳感器的精確數(shù)學(xué)模型計(jì)算、顯示鋼筋的應(yīng)力值。GGLJ型振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)的主要性能參數(shù)為:連接桿長度:800mm;拉伸量程 0~200MPa;壓縮量程 0~150MPa;準(zhǔn)確度0.5%FS;1.0%FS。分辨率0.01%FS。
二次襯砌混凝土受力量測采用HGBJ型混凝土應(yīng)變計(jì),接收裝置為GSJ-2A型智能檢測儀。
二、監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與反饋
采用如下三種方法進(jìn)行處理
(1) 列表法:根據(jù)量測的預(yù)期目的和內(nèi)容,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的規(guī)格和形式,利于數(shù)據(jù)的填寫和比較,重要數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果表示突出,該方法用于平時(shí)的數(shù)據(jù)積累和單報(bào)表的填寫。(2) 圖形表示法:在選定的坐標(biāo)系中,根據(jù)量測數(shù)據(jù)畫出幾何圖形來表示量測結(jié)果。該方法用于各階段量測數(shù)據(jù)分析,直觀、形象地反映量測項(xiàng)目的變化趨勢,為分析報(bào)告的主要內(nèi)容。(3) 解析法:通過對量測數(shù)據(jù)的計(jì)算,求出各變量之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式(回歸公式),推算出最終位移值。該方法用于階段性的量測數(shù)據(jù)分析、預(yù)測,為分析預(yù)測、預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容。
現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)經(jīng)過及時(shí)進(jìn)行整理,繪制位移或應(yīng)力的時(shí)態(tài)變化圖,適時(shí)進(jìn)行回歸分析,以預(yù)測該測點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大位移或應(yīng)力值,掌握位移及應(yīng)力變化規(guī)律,評價(jià)施工、結(jié)構(gòu)及可能影響的構(gòu)筑物的安全度。
三、監(jiān)控量測的成果與分析
(一)結(jié)構(gòu)洞內(nèi)水平收斂。從本結(jié)構(gòu)施工過程中對各洞室進(jìn)行水平收斂量測來看,結(jié)構(gòu)水平收斂主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)的開挖支護(hù)結(jié)束后,噴射混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前,此時(shí)洞內(nèi)水平收斂速率最大。由圖1結(jié)構(gòu)水平收斂歷時(shí)曲線圖可以看出,待支護(hù)結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮本身的強(qiáng)度后,水平收斂基本穩(wěn)定,且最大收斂值為 15 mm。
(二)頂板下沉。頂板下沉主要體現(xiàn)在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定前和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后的整個(gè)結(jié)構(gòu)下沉兩方面。在結(jié)構(gòu)開挖后,初期支護(hù)未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前,頂板下沉主要由豎向圍巖壓力引起,沉降速率由2~3mm/d逐漸見小。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后,由于結(jié)構(gòu)底部承載力不夠,會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)整體下沉而引起頂板沉降。施工支護(hù)過程中,加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)底部及鎖腳的注漿加固,可以減少結(jié)構(gòu)的頂板沉降,這一點(diǎn)從圖2頂板典型斷面沉降歷時(shí)曲線圖和圖3頂板沉降速率歷時(shí)曲線圖可以看出,頂板在后期的沉降很小。最大拱頂沉降為 54 mm。
(三)結(jié)構(gòu)底部隆起。從監(jiān)測的情況看結(jié)構(gòu)底部隆起基本與頂板下沉同步,但與同期拱頂下沉速率相比偏小,具體見圖4。最大底部隆起值25mm。
(四)圍巖與襯砌之間的接觸應(yīng)力。圍巖壓力是隧道結(jié)構(gòu)受力與安全的關(guān)鍵因素,可以動(dòng)態(tài)地了解在開挖與支護(hù)中圍巖應(yīng)力場的分布狀態(tài),有利于調(diào)整初次襯砌的參數(shù),達(dá)到安全施工的目的。圖5-14為本工程的典型量測斷面的圍巖接觸應(yīng)力大致分布圖,該圖是應(yīng)力盒埋設(shè)結(jié)束后的18天圍巖與初次支護(hù)之間的接觸應(yīng)力的結(jié)果。從圖中可以看出,圍巖與初次支護(hù)接觸應(yīng)力最大的位置分布在結(jié)構(gòu)底部、邊墻與頂板的拐角、底板與邊墻的拐角位置,其應(yīng)力在0.07~0.65MPa,因此在結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)加強(qiáng)這3個(gè)位置的監(jiān)測力度,確保施工安全。
從圖中可以看出,淺埋暗挖法施工的隧道,因其上方無法形成承載拱,理論上應(yīng)按頂板以上全部土柱的重量計(jì)算地層的豎向壓力。以本工程的平均覆土深度5m來計(jì)算,根據(jù)地質(zhì)勘測資料,頂板覆土的平均容重為18.0kN/m,側(cè)壓應(yīng)力系數(shù)取為0.5,則理論上地層的豎向壓力應(yīng)為0.09MPa,側(cè)向壓應(yīng)力為0.045MPa。實(shí)測的地層豎向壓力較理論值偏小,側(cè)向土壓力較理論值偏大,分析其原因一是由于地鐵與隧道多次施工,土體開挖,圍巖多次受擾動(dòng)造成一定量的水土損失,二是兩邊對打Φ159mm大管棚,管棚支撐在支架上,相當(dāng)于在隧道頂部形成一個(gè)板梁,則板梁可承載一部分土壓力,且向兩邊傳遞。在側(cè)向則不具備此效應(yīng),且由于側(cè)向管棚的類墻作用,產(chǎn)生應(yīng)力集中,因此側(cè)向土壓力較理論值偏大。小導(dǎo)管注漿更加大了這一管棚效應(yīng)。
(五)格柵支撐的內(nèi)力。地下結(jié)構(gòu)主要采用Φ28的主筋加工的格柵鋼支撐,針對主筋的工作狀態(tài)及受力情況,對部分格柵進(jìn)行不同部位的主筋受力量測,圖5-15為格柵鋼支撐的鋼筋應(yīng)力分布圖,從圖中可以看出,應(yīng)力較大值分布于結(jié)構(gòu)的側(cè)邊墻、頂板與邊墻的拐角、結(jié)構(gòu)的底部,在結(jié)構(gòu)的底部最大應(yīng)力為
119.237MPa,開挖跨度大的部位與頂板與邊墻的拐角處應(yīng)力較高,但均未超過180 MPa。
結(jié)論:(1) 從施工監(jiān)測結(jié)果看,在施工過程中,地下管線及地下結(jié)構(gòu)本身是安全的,這就說明該工程制定的超前大管棚支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿加固、掌子面及時(shí)封閉、臨時(shí)型鋼支撐、短臺階法等施工方法是成功的。(2) 圍巖壓力,理論值與實(shí)測值有所差別,究其原因雙向?qū)Υ虺按蠊芘镏ёo(hù)的作用不可忽視。
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