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        盾構隧道通縫拼裝管片錯臺的監(jiān)測方法

        2023-11-17 07:35:32陳奕帆
        城市道橋與防洪 2023年10期
        關鍵詞:錯臺頂力百分表

        張 強,陳奕帆

        (1.成都市市政工程設計研究院有限公司,四川 成都 610000;2.成都設計咨詢集團有限公司,四川 成都 610000)

        0 引言

        盾構管片的錯臺是一直困擾盾構隧道施工和維護的一個問題(見圖1)。由于該問題在較長一段時間內沒有得到足夠的重視,而且隨著盾構法隧道施工技術的發(fā)展和眾多問題的解決,錯臺引起的管片開裂、拼裝困難和防水隱患等問題對施工和運營的影響開始凸顯出來。至今的研究表明盾構隧道管片發(fā)生錯臺的因素很多,如管片的頂力、制造尺寸有誤、拼裝不當、注漿不均及盾構姿態(tài)控制等[4]。盡管如此,對于此問題的研究仍處在起步的階段,而且就測試方法來說就更鮮有文獻。這為錯臺的實際研究帶來了操作上的問題,許多研究就是因為測試的問題而停滯不前。故現(xiàn)以上海軌道交通二號線為背景,以管片不均勻的頂力為切入口,通過現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)分析進而得到頂力與錯臺之間的關系。并且開創(chuàng)性地提出了一種簡單直接的測量管片錯臺的方法。用該法采集的數(shù)據(jù)能很好地反映管片錯臺發(fā)生發(fā)展的規(guī)律,對今后錯臺的進一步研究具有深遠的實踐意義。

        圖1 施工現(xiàn)場產生的一個典型的錯臺之實景

        1 測試儀器及測點布設

        測試的內容其實很簡單,僅是在若干環(huán)管片上的縱向接縫處安裝測點,連續(xù)監(jiān)測脫離盾尾的目標管片的錯臺情況。對每環(huán)布設兩個百分表,做沿開挖方向的右側(或左側)半環(huán)錯臺的量測,并記錄四個頂力區(qū)域的頂力值。對所測得的數(shù)據(jù)進行整理,列表并作圖,對測試數(shù)據(jù)及其反映的錯臺規(guī)律及特點進行歸納總結。但是由于管片上沒有預留儀器安裝的設施,而且測試還會受到現(xiàn)場的各種相關因素的影響,所以整個測試過程就會相對復雜許多。

        1.1 測試儀器

        儀器的選擇對于整個測試有著至關重要的作用。但是由于施工現(xiàn)場惡劣的測試環(huán)境,對于儀器的選型還應考慮如下技術因素:

        (1)對錯臺大小的真實反映。在進行錯臺量測時,首先應注意到被測量是一個長度或位移。最好是做到被測量的直接反映,故采用長度計或位移計為宜。

        (2)對錯臺大小的實時反映。因為錯臺的測試是一個連續(xù)性的量測,每一環(huán)的總共量測時間將近20個小時,每兩小時讀取數(shù)據(jù)一次,以采集到不同時間不同工況下足夠的數(shù)據(jù)量。所以希望測量儀表能夠安裝在所需位置,以便隨時進行數(shù)據(jù)采集。

        (3)測量的過程不影響正常的施工。在施工的過程中,剛脫離盾尾的幾環(huán)管片還發(fā)揮著堆放下一環(huán)管片和其它襯砌材料的作用,見圖2 所示。所以測試布設的測點所占面積不能過大而影響管片的堆放。但也不宜過小,使得尋找測點和讀數(shù)的不便。測點的凈空高度也應盡量降低,保證管片吊裝的順利進行。同時這也是為了保護測點不受正常施工的影響,因為在開挖過程中,工作人員的走動、材料的堆放和管片的吊裝都有可能使測點受到破壞。

        圖2 施工現(xiàn)場管片吊裝情況之實景

        綜合以上的技術因素和經濟性因素等多方面的原因,課題組設計了百分表—角鋼測距法,以適應盾構特殊的輪廓和惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。測試器材也很簡單,僅需要:百分表、磁性表座、角鋼片、502 膠水、砂布和粉筆,每個測點包括的器材的詳細資料見表1所列。

        表1 器材詳情表

        1.2 測點布設位置

        為了保證安裝位置不能影響正常施工,又要方便讀數(shù)的原則。每環(huán)管片僅做沿開挖方向的右側半環(huán)錯臺的量測,每環(huán)布設兩個測點,每個測點使用一個百分表。兩個測點分別布置在鄰接塊和標準塊的接縫、標準塊和拱底塊的接縫上,如圖3~圖6 所示。

        圖3 隧道縱剖面測點布置示意圖

        圖4 隧道橫斷面測點布置示意圖

        圖5 單個測點布置詳圖

        圖6 鄰接塊與標準塊接縫測點的現(xiàn)場狀態(tài)圖示

        1.3 測點安裝方法

        由表1 中得到每個測點包含一個百分表、兩塊角鋼(規(guī)格為L45×45×4,每段8 cm 左右)、一個與百分表配套的磁性表座(附百分表固定桿和表夾)。輔助用品為砂布、粉筆和502 膠水。其中,百分表用于量測錯臺的大小。兩塊角鋼用502 膠水粘貼于管片上面,兩塊垂直粘貼于接縫的上下兩塊管片上;其中下方的角鋼用于將磁性表座固定在管片上,上方的角鋼則是一個百分表觸頭的擋板,使得錯臺發(fā)生時擋板壓縮觸頭產生與錯臺相符的讀數(shù)。磁性表座則是一個帶有磁性的百分表固定裝置,將百分表安置于表夾,然后吸附于下方的角鋼上面。安裝具體方法如下:

        (1)首先,用砂布在管片上將測點布設區(qū)域和兩塊角鋼外表面打磨平整,使角鋼易于粘貼于管片上。

        (2)然后在接縫兩側管片的測點布設區(qū)域內用502膠水粘貼兩塊角鋼。下方的角鋼水平粘貼,上方的角鋼豎直粘貼。

        (3)接下來,將磁性表座放于下方的角鋼片上面。在將百分表安裝在表座的固定桿上之后,調整固定桿姿態(tài)和表座的位置使得百分表的出頭觸頭壓于上方的角鋼片上,并產生一定的初讀數(shù)。

        (4)最后用粉筆在測點附近按順序標記測點號(如:1,2,3,……)。至此,測點的安裝完成(詳情見圖3~圖6)。

        測點安裝好之后的情況如圖7 所示。

        圖7 安裝好后的實景

        2 測量步驟及測量組織

        上面已經詳細地介紹了器材的選型及測點的安裝,只要按既定的步驟進行測量即可得到錯臺的數(shù)據(jù)。

        2.1 測量步驟

        (1)為了不妨礙管片的吊裝,對于剛脫離盾尾的第三環(huán)管片實施儀器的安裝,安裝完畢即讀取初始值并記錄。

        (2)在新的一環(huán)即將脫離盾尾時,即可對所布設的測點進行數(shù)據(jù)采集,并在新的一環(huán)脫離盾尾后實施新一組儀器的安裝,即對此時處于脫離盾尾的第三環(huán)管片進行儀器的安裝。如此重復直到這一系列的環(huán)片均被布置了測點(至此,應該有20 個測點布置,有連續(xù)的最新的10 環(huán)處于監(jiān)測狀態(tài),而全部布設好這20 個測點需要時間20 小時左右)。

        (3)接下來,當新的一環(huán)脫出盾尾時,僅對3~20號測點進行讀數(shù),并拆除1 號和2 號測點,將拆下的設備放置于駕駛室。接著當又一環(huán)管片脫離盾尾時,對5 號~20 號測點進行讀數(shù),并拆除3 號~4 號測點,將拆下的設備放置于駕駛室。以此類推,直到所有的測點全部被拆除(完成這個步驟需要20 小時左右)。(4)頂力的量測由盾構司機直接從盾構機上讀出。圖8 為千斤頂和頂力分區(qū)示意圖。

        圖8 千斤頂和頂力分區(qū)示意圖[6]

        2.2 測量組織

        從上述的量測步驟來看,量測總共的時間將近40 個小時。其中包括:布設安裝測點的時間、采集讀數(shù)的時間和拆除測點的時間。

        由于施工方的交接班時間為每天早晚的七點左右,有兩個工作班進行開挖和管片的拼裝。根據(jù)這些情況,測量也由兩個班來承擔,每班2 人即可。一人分別負責測點的布設和拆除,另一人負責數(shù)據(jù)采集。兩個測試班的交接時間和施工交接班的時間一致。直至量測的完畢,即拆除最后一個測點。

        3 工程應用

        上海軌道交通2 號線西延伸工程(Ⅵ標)包括出入段線區(qū)間盾構隧道(含一個旁通道和一個盾構工作井)、暗埋段和敞開段。隧道外徑為6 200 mm,內徑為5 500 mm,襯砌為環(huán)寬1 200 mm 的通縫管片,環(huán)縱向均設有凹凸槽。管片采用通縫拼裝,M30 雙頭直螺栓聯(lián)接;環(huán)縫及縱縫間防水材料采用三元乙丙彈性密封墊。在施工過程中,管片受頂力作用向后壓縮彈性密封墊并產生一定位移。具有差異性的頂力勢必造成管片間的相對錯動,從而形成了錯臺,如圖1所示。

        采用該方法得到的錯臺數(shù)據(jù)如表2 所列及圖9所示。

        表2 所測管片的總體錯臺大小一覽表

        從上述圖表中可以清楚地看出管片錯臺隨時間逐漸增大,在持續(xù)增大一段時間后,又趨于穩(wěn)定。

        4 結語

        所介紹的百分表—角鋼片測距法針對盾構隧道通縫拼裝管片的錯臺問題,測量的數(shù)據(jù)能夠真實地反映管片的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律。而且具有器材簡單和易操作等優(yōu)點,為錯臺的研究開創(chuàng)性地提出了一種測試的方法。這對錯臺的深入研究具有深遠的實踐意義。同時也為施工監(jiān)測提供了一種行之有效的方法。

        盡管該測試方法在設計上考慮了諸多施工現(xiàn)場的不利因素,但是也存在一些不足之處。雖然已經在測點的布設位置和儀器的選型上做了許多改進,但是仍存在有測點較易被損壞等問題。這就有待我們今后的進一步研究,以完備該管片錯臺的測試。

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