李健，陳凱然，張科研，蘇宏

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100000）

1 引言

傳統(tǒng)隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，多以高精度水準(zhǔn)儀、全站儀等光學(xué)儀器采集平面和高程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且傳統(tǒng)接觸式測量無法保證測量數(shù)據(jù)質(zhì)量，也會(huì)產(chǎn)生一系列安全隱患，同時(shí)平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)相對獨(dú)立，大幅降低了數(shù)據(jù)的采集和處理效率。通過在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)特定的傳感器，如ZHRS-GJ20 型振弦式鋼筋計(jì)、ZHRS-TY 型振弦式土壓力計(jì)、ZHRS-HYB 型振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)、ZHRS-DB 網(wǎng)絡(luò)式動(dòng)態(tài)信號采集分析儀，可以遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地監(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性變化。這種監(jiān)測方式不僅保障了隧道施工的安全性，同時(shí)具備了自適應(yīng)學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)采集等功能，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性和時(shí)效性。

2 監(jiān)測技術(shù)分析

2.1 Z H RS-G J20 型振弦式鋼筋計(jì)

ZHRS-GJ20 系列振弦式鋼筋計(jì)是一種測力和應(yīng)力、應(yīng)變的傳感器，主要用于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋、錨桿等軸向受力狀態(tài)測量，也可用于鋼拉桿、鋼支撐、鋼拱架、鋼梁、柱等鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)的測量。加裝測溫配件，可同步測量埋設(shè)點(diǎn)的溫度[1]。

ZHRS-GJ20 系列振弦式鋼筋計(jì)是由高強(qiáng)度圓鋼經(jīng)數(shù)次熱處理調(diào)值后加工制成的，中間裝有高靈敏度的振弦式系統(tǒng)組件，兩端由螺牙與標(biāo)稱直徑的安裝桿連接，使用時(shí)將安裝桿與被測鋼筋（或其他鋼體）按要求連接即可。

2.2 Z H RS-H Y B 型振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)

ZHRS-HYB 型振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)承接應(yīng)變的盒體采用傳統(tǒng)的液壓囊作為一次應(yīng)變感應(yīng)體，并充分考慮此感應(yīng)體與埋設(shè)點(diǎn)應(yīng)力場的匹配；選用高精度小體積振弦式孔隙壓力計(jì)作為二次傳感部位，測量精度比目前國內(nèi)同類產(chǎn)品提高一個(gè)數(shù)量級以上，且測量值不受長電纜影響，更適合自動(dòng)化測量。ZHRS-HYB 型振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)用于埋設(shè)在混凝土壩等水工建筑物或其他大體積混凝土建筑物內(nèi)部，以長期測量混凝土內(nèi)部壓應(yīng)力，并可同步測量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。

2.3 Z H RS-T Y 型振弦式土壓力計(jì)

ZHRS-TY 型振弦式土壓力計(jì)是一種比較理想、安全可靠的振弦式土壓力計(jì)。該產(chǎn)品的引出電纜經(jīng)過二次密封，防水能力很強(qiáng)。廣泛適用于長期測量土石壩、防波堤、護(hù)岸、碼頭岸壁、高層建筑、管道基礎(chǔ)、橋墩、擋土墻、隧道、地鐵、機(jī)場、公路、鐵路、防滲墻結(jié)構(gòu)等建筑基礎(chǔ)所受土體的壓應(yīng)力，是了解土體對土中構(gòu)筑物壓應(yīng)力變化量的有效監(jiān)測設(shè)備。ZHRS-TY型為通用型，ZHRS-TYS 為振弦式雙膜土壓計(jì)，采用承壓膜片傳遞引力，解決集中應(yīng)力的影響。

2.4 Z H RS-DB 網(wǎng)絡(luò)式動(dòng)態(tài)信號采集分析儀

每個(gè)測點(diǎn)有一個(gè)BNC 輸入端子，設(shè)置為電壓輸入時(shí)可以直接接入電壓信號。儀器每個(gè)通道采用獨(dú)立24 bits ADC，具有較高的信噪比，保證每個(gè)通道同步采集，多臺儀器組網(wǎng)時(shí)也能保證所有通道的同步性。

3 監(jiān)測技術(shù)在隧道監(jiān)測中的應(yīng)用探究

現(xiàn)以四川省綿陽市創(chuàng)業(yè)大道西延線下穿G5 京昆高速綜合管廊隧道監(jiān)測工程為例，開展相關(guān)的研究分析。

創(chuàng)業(yè)大道西延線綜合管廊下穿綿廣高速公路處（樁號K5+363.411～K5+421.411）共58 m 長，凈寬5.25 m，凈高4.85 m，與綿廣高速公路成90°夾角。

隧道施工采用淺埋暗挖施工方法從出口端進(jìn)洞開挖施工，以減小對G5 高速公路的影響，同時(shí)避免施工對既有輸油管線的擾動(dòng)。管廊隧道埋深約8 m，暗挖隧道出口位置距離G5高速公路界樁10.75 m，距離高速路基邊溝18.75 m。G5 高速既有路基坡腳寬24.5 m。

隧道周邊地質(zhì)多為中風(fēng)化泥巖，圍巖等級為V 級，采用通長大管棚+超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)；地下水類型為基巖裂隙水，水量較平泛，施工時(shí)局部成淋雨?duì)畛鏊?，由于該段隧道施工條件和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，更加體現(xiàn)了隧道監(jiān)測的重要性。

本次研究通過傳統(tǒng)的光學(xué)儀器隧道監(jiān)測技術(shù)和智能監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合共同揭示復(fù)雜施工環(huán)境下隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。

3.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

為了監(jiān)測高速公路行車動(dòng)態(tài)荷載對隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，在隧道初支完成面設(shè)置3 個(gè)觀測橫斷面，每個(gè)橫斷面環(huán)向布置1 個(gè)加速度傳感器、8 個(gè)ZHRS-GJ20 型振弦式鋼筋計(jì)、8 個(gè)ZHRS-HYB 型振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)、8 個(gè)ZHRS-TY 型振弦式土壓力計(jì)，共計(jì)75 個(gè)傳感器，并且監(jiān)測橫斷面全部設(shè)置在高速路正下方。

專案組人員說，像謝暉這樣霸道、貪婪的官員令人咋舌。他的人生走向了另一個(gè)極端，無限放大“主觀能動(dòng)”，瘋狂地把權(quán)力當(dāng)作謀取私欲的工具。執(zhí)法犯法，踐踏法制，一步步“搬進(jìn)”了自己親手筑起的牢籠。案情披露，在對謝暉立案審查前，紀(jì)檢部門已掌握其涉嫌收受張某等3名私營業(yè)主650萬元人民幣，兌換外幣480萬元，將2000余萬元交由張某等保管的違紀(jì)違法事實(shí)。其余涉及收受私營業(yè)主及干部賄賂、濫用職權(quán)、巨額財(cái)產(chǎn)來源不明、非法持有私藏彈藥等違法問題，均是對謝暉審查期間，其本人如實(shí)供述的。公訴機(jī)關(guān)在起訴時(shí)，并未就謝暉所供述的非法持有、私藏彈藥行為提出控訴。

在圖1 中監(jiān)測斷面位置，二次襯砌與初期支護(hù)之間設(shè)置應(yīng)力傳感器，同時(shí)在隧道縱向拱頂對應(yīng)位置，初支與二襯之間設(shè)置X、Y、Z 3 個(gè)方向的加速度傳感器。監(jiān)測橫斷面布置如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測橫斷面布置示意圖

3.2 傳感器安裝

3.2.1 ZHRS-GJ20 系列振弦式鋼筋計(jì)安裝1）安裝前的準(zhǔn)備

安裝前請做好以下工作：（1）儀器的校對檢查。備好鋼筋計(jì)，檢查規(guī)格型號、編號與廠家對每只儀器的出廠檢驗(yàn)證書是否一致，安裝桿是否配齊等。（2）對每只鋼筋計(jì)都應(yīng)用頻率計(jì)測讀零點(diǎn)頻率，做好記錄。該零點(diǎn)頻率與廠家檢驗(yàn)合格證上的零點(diǎn)頻率的差值應(yīng)不大于50 Hz。（3）將鋼筋計(jì)用電工膠布全部纏繞3～4 層。（4）引出加長的電纜應(yīng)在室內(nèi)提前接好，做好防水密封、編號、保護(hù)等工作。（5）鋼筋計(jì)拉桿與主筋連接的方式推薦采用綁焊。（6）預(yù)備工具、材料，如電工膠帶、尼龍?jiān)鷰А⒚?、水等?/p>

2）現(xiàn)場安裝

一是綁焊。綁焊是將鋼筋計(jì)安裝在主筋上的一種安裝方法，先將鋼筋表面應(yīng)力（變）計(jì)與安裝桿連接后，再把安裝桿焊接在主筋上，焊接時(shí)也要用與對接焊一樣的方法沖水冷卻。

二是保護(hù)電纜。電纜是鋼筋計(jì)唯一的信息通道，保護(hù)不當(dāng)將會(huì)前功盡棄，安裝時(shí)必須作好電纜保護(hù)工作。安裝中電纜不允許懸空，須用塑料扎帶綁扎在鋼筋下側(cè)，每隔0.5 m 左右應(yīng)扎一道，關(guān)鍵部位應(yīng)增加保護(hù)管保護(hù)措施。

三是做好各項(xiàng)記錄。

3.2.2 ZHRS-HYB 型振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)安裝

混凝土應(yīng)變計(jì)埋設(shè)時(shí)應(yīng)特別注意受壓板與混凝土之間的充分接觸。應(yīng)變計(jì)用以測量水平應(yīng)變時(shí)，可用一支架將應(yīng)變計(jì)固定在設(shè)計(jì)埋設(shè)點(diǎn)處，將除去8 cm 以上骨料的混凝土覆上，用小型搗振器振搗后，去掉支架即可。特別提醒：混凝土硬化前切勿使應(yīng)變計(jì)受到任何沖擊。

如應(yīng)變計(jì)用以觀測垂直及傾斜方向時(shí)，須在混凝土硬化后進(jìn)行應(yīng)變計(jì)埋設(shè)。此種情況應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)方法如下：先在混凝土表面預(yù)留30 cm×30 cm×30 cm 的孔洞，24 h 后將埋設(shè)坑表面刷毛，在底部用砂漿鋪平（厚度約5 cm），待砂漿初凝后（約1.5 h），再用80 g 水泥、120 g 細(xì)砂（料徑≤0.6 mm）和適量水拌成塑性砂漿，做成圓錐狀幾何體置于埋設(shè)孔洞中央，然后用應(yīng)變計(jì)輕輕旋壓使砂漿從應(yīng)變計(jì)底盤邊緣擠出，再用三腳架放在應(yīng)變計(jì)表面，施加200 N 荷重，將除去8 cm 以上大骨料的同標(biāo)號混凝土覆上，并用小型搗振器振搗，然后輕輕取出三腳架，并在埋設(shè)處插上標(biāo)志即可。傾斜方向應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)可參考水平方向應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)方法[2]。

3.2.3 ZHRS-TY 型土壓力計(jì)安裝

ZHRS-TY 型土壓力計(jì)光面為受壓面，用于監(jiān)測土體對支護(hù)體界面土壓力時(shí)，應(yīng)注意土壓力計(jì)的受壓面須面對欲測量的土體，并設(shè)法讓受力面與土體充分接觸。在人體不宜到達(dá)處，必要時(shí)應(yīng)加裝不同的附件。

用于測試混凝土應(yīng)力時(shí)，應(yīng)特別注意受壓板的方向及與混凝土之間的充分接觸，不能存在氣泡和空隙，埋設(shè)時(shí)儀器周邊的混凝土中應(yīng)除去粒經(jīng)大于8 cm 的石料，用人工搗實(shí)。

3.3 數(shù)據(jù)采集

3.3.1 地表沉降數(shù)據(jù)采集

監(jiān)測方法采用二等幾何水準(zhǔn)方法施測。觀測方法具體為：根據(jù)現(xiàn)場情況選定一條閉合水準(zhǔn)路線；或從一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)至另一水準(zhǔn)點(diǎn)，選定一條附合水準(zhǔn)路線。安置水準(zhǔn)儀的測站至前、后視立尺點(diǎn)的距離，應(yīng)該量距并使其相等[3]。

3.3.2 內(nèi)應(yīng)力傳感器數(shù)據(jù)采集

內(nèi)應(yīng)力傳感器數(shù)據(jù)采集需要體現(xiàn)結(jié)構(gòu)物在不同施工工序，不同時(shí)間跨度上內(nèi)應(yīng)力的變化值。因此，第一次數(shù)據(jù)采集要在傳感器安裝完成后，二次襯砌澆筑前作為傳感器的初始值；二次襯砌澆筑完成之后可進(jìn)行第二次數(shù)據(jù)采集；在結(jié)構(gòu)物澆筑成型之后，數(shù)據(jù)采集頻率為1 次/d；當(dāng)結(jié)構(gòu)物趨于穩(wěn)定后，視現(xiàn)場施工情況而定，可適當(dāng)調(diào)整觀測頻率。

3.3.3 加速度傳感器數(shù)據(jù)采集

加速度傳感器為了采集高速路行車荷載不同位置對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)影響。在數(shù)據(jù)采集前需要配備相應(yīng)的配套設(shè)施（包括便攜式筆記本電腦、4 通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、YHT-SA 加速度處理軟件）。數(shù)據(jù)的采集要在不同時(shí)間段進(jìn)行，以便獲取不同車流量，不同載重車輛產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)。

3.4 數(shù)據(jù)分析

鋼筋計(jì)應(yīng)力變化、混凝土應(yīng)力變化及土壓力變化如圖2所示。圖2 中A～E 曲線為隧道斷面不同區(qū)域的鋼筋受力點(diǎn)應(yīng)力變化；F 為混凝土應(yīng)力變化曲線；G 為土壓力變化曲線。根據(jù)圖2 可以分析出隨著時(shí)間周期的推移，高速路面?zhèn)鲗?dǎo)至隧道結(jié)構(gòu)的荷載變化情況。

圖2 鋼筋計(jì)應(yīng)力變化曲線圖

4 結(jié)語

由于各種施工條件、地質(zhì)條件的限制，采用現(xiàn)代測繪技術(shù)手段，改進(jìn)與加強(qiáng)隧道變形監(jiān)測工作，有助于評定隧道變形量的健康狀況，合理優(yōu)化隧道工程的施工環(huán)節(jié)，通過本項(xiàng)研究可為類似的隧道工程提供監(jiān)測技術(shù)指導(dǎo)。