上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

0 前言

為了保證地下空間施工的順利進(jìn)行，需要對(duì)隱蔽性的深埋既有雨水管線進(jìn)行安全狀態(tài)掌控，通常方法是采用人工間接監(jiān)測(cè)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即通過(guò)布置于地表的深埋間接點(diǎn)的形變來(lái)間接表征雨水管線的變形，從而進(jìn)一步評(píng)價(jià)既有雨水管線的安全狀態(tài)。

人工間接監(jiān)測(cè)法，雖然對(duì)地下工程中穿越施工的安全監(jiān)控具有一定的參考作用，但也存在著量測(cè)受土體變形滯后效應(yīng)影響，及時(shí)性不夠，受交通、天氣等條件影響大，監(jiān)測(cè)頻率受限等不足。

為了解決人工間接測(cè)量的不足，針對(duì)地下深埋管線的剛性內(nèi)撐基準(zhǔn)法監(jiān)測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)在雨水管道內(nèi)部設(shè)置能夠牢靠安裝于管道內(nèi)壁的內(nèi)撐基準(zhǔn)架，將豎向位移傳感器安裝在內(nèi)撐基準(zhǔn)架上，從而量測(cè)雨水管道的豎向變形。

通過(guò)在監(jiān)測(cè)雨水管網(wǎng)范圍的兩端部?jī)?nèi)撐基準(zhǔn)架間安裝、張拉、緊固縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線，形成穩(wěn)定的水平位移基準(zhǔn)，在各內(nèi)撐基準(zhǔn)架與預(yù)應(yīng)力鋼絞線水平位移基準(zhǔn)間安裝水平位移傳感器，從而可以方便地量測(cè)深埋雨水管道與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)間的相對(duì)水平位移。

監(jiān)測(cè)原理如圖1所示。

圖1 剛性內(nèi)撐基準(zhǔn)法監(jiān)測(cè)原理示意

這種監(jiān)測(cè)方法能夠直接監(jiān)測(cè)深埋管線的變形，不需要地表設(shè)點(diǎn)或鉆孔。其監(jiān)測(cè)結(jié)果不受土體形變影響，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能及時(shí)反映當(dāng)前管線實(shí)際變形。

然而，本監(jiān)測(cè)方法需要建立水平位移基準(zhǔn)線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，故基準(zhǔn)線本身的穩(wěn)定性、可靠性對(duì)于監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

1 水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)可靠性分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[1-5]

為驗(yàn)證水平位移基準(zhǔn)的穩(wěn)定性及可靠性，進(jìn)行監(jiān)測(cè)可靠性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（圖2）。通過(guò)測(cè)量鋼絲繩索力及水平位移，分析作為水平位移基準(zhǔn)的張緊鋼絲繩的應(yīng)力-應(yīng)變變化。

試驗(yàn)方案如下：

1）拉鋼絲繩于兩堵互相平行的墻上，鋼絲繩兩端固定在墻上，在鋼絲繩跨中位置安置位移計(jì)和索力計(jì)。

2）通過(guò)花籃螺栓拉緊鋼絲繩，直至索力計(jì)顯示鋼絲繩預(yù)加應(yīng)力達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)值。

3）以1 次/h的監(jiān)測(cè)頻率讀取位移計(jì)數(shù)值，分析鋼絲繩在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間的水平位移變化。

圖2 水平位移基準(zhǔn)可靠性試驗(yàn)原理示意

本次試驗(yàn)鋼絲繩跨度為15 m左右。考慮到第1次張拉鋼絲繩后，鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力松弛，故在張拉鋼絲繩10～15 min后復(fù)拉1～2 次，以消除應(yīng)力松弛對(duì)鋼絲繩水平位移的影響。

2 試驗(yàn)工況及數(shù)據(jù)匯總分析[6-10]

通過(guò)選用不同直徑鋼絲繩，施加不同的初始軸力，比較分析鋼絲繩軸力大小對(duì)水平位移基準(zhǔn)穩(wěn)定性的影響。本次試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采用了2 種直徑的鋼絲繩，分別為3 mm（工況1）和6 mm（工況2），其施加的初始預(yù)拉力分別為2.75 kN和5.87 kN。

通過(guò)試驗(yàn)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總分析，得到以下曲線（圖3）：

圖3 工況1試驗(yàn)結(jié)果匯總

由于在工況一試驗(yàn)中，2014年8月29日～9月1日發(fā)生停電事故，于9月2日進(jìn)行了鋼絲繩復(fù)拉。在圖3（a）上可以看到復(fù)拉前索力最大值為2.75 kN，最小值為2.72 kN。復(fù)拉后索力最大為3 kN，最小為2.91 kN，變化量不到0.1 kN，變化率為3%，整體變化成周期性變化。試驗(yàn)顯示復(fù)拉1～2 次可以有效減少應(yīng)力松弛對(duì)鋼絲繩軸力的影響。

圖3（b）顯示，以初始位移作為零點(diǎn)，水平位移最大值為0.41 mm。

2014年9月9日，更換φ6 mm鋼絲繩后，試驗(yàn)顯示鋼索力最大值為5.87 kN，最小值為5.72 kN，差值為0.15 kN，變化率為2.5%，相比使用3 mm鋼絲繩更趨于穩(wěn)定。

以2014年9月9日更換鋼絲繩后的初始位移作為零值，位移最大差值僅為0.32 mm，相比使用φ3 mm的鋼絲繩變化量更小。

3 結(jié)語(yǔ)

本文進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析了深埋管線基準(zhǔn)線的可靠性，通過(guò)施加不同的鋼絲繩拉力，研究鋼絲繩預(yù)應(yīng)力對(duì)于基準(zhǔn)穩(wěn)定性的影響，得到以下試驗(yàn)結(jié)論：

1）通過(guò)復(fù)拉1～2 次即可有效減少鋼索應(yīng)力松弛對(duì)鋼絲繩預(yù)應(yīng)力的影響，2 次試驗(yàn)中，鋼絲繩拉力變化量均小于3%。

2）在鋼索長(zhǎng)度15 m左右時(shí)，施加2.75 kN的預(yù)拉力可以使鋼索水平位移控制在0.41 mm內(nèi)。施加5.87 kN的預(yù)拉力可以使鋼索水平位移控制在0.32 mm內(nèi)，可見增加鋼索軸力可以提高水平位移基準(zhǔn)穩(wěn)定性。

3）對(duì)于15 m的鋼索長(zhǎng)度，2 次試驗(yàn)的水平位移變化量均控制在0.5 mm之內(nèi)，且水平位移變化均為周期性變化。可以判斷水平位移基準(zhǔn)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。