地铁隧道工程的应力监测

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：E应变仪=2(1 + A测点这样提高了测试灵敏度 2(1+ A倍，从而提高了测试精度.电阻应变仪采 用智能型带有微处理器的 YJ 222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.锻3机按YP22 S转换箱Yb22型靜吾 应喪测最哋理仪图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，得岀轴向应力和轴力.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3AE.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. 7M Pa,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. 5M Pa,钢板桩另外较大的应力值分别 为-170. 4M Pa, -170. 2M Pa.均发生在距钢板桩顶部为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被测构杵取工字职支撑第2道支撑（柜号旳4）-53 . 4双工宇舸支撑第3道支捋（桩号印4圆营支撐第4道支捋岸号创4）-101.7爲 道支撑（枢寻11）-S5.2距桩顶距畫氐Qm （桩号56S）77.6距粧顶距高12（杭号665）-170.4距植顶距蛊13.8ki （粧号阳5）-159. S距植顶距寓2加（桩号659）1T0 2距趙顶距13.0111 （植号659）-179.5010203040 5D 60Mcasuringi number01020 3D 40506070Mfivuring rwumbcr（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岀，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，可以看岀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. ”l 3 20 ISO W 140 420三1& 304020M4au：rlM numberMeiauiw numBer（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 .北京：中国铁道出版社，1986. 3.