CN102279017A - 公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法、系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法，以及一种公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统，该系统包括中隔墙顶/底接触压力监测子系统，中隔墙应力监测子系统、中隔墙变形/偏转监测子系统、数据采集模块和控制分析单元；本发明可以很好的掌握中隔墙的受力和变形情况，为中隔墙稳定性判别提供确实可靠的依据，也为制定中隔墙应急处理方案提供有力的数据资料，从而填补现有规范的不足，避免了公路连拱隧道中隔墙稳定性不受控的情况，确保公路连拱隧道施工及运营期间中隔墙处于安全、稳定受控状态；本发明还公开了该监测系统的安装施工方法。

Description

公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法、系统及施工方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种能够全面实时掌握连拱隧道中隔墙稳定性的监测方法，以及一种监测系统。

背景技术

在特殊的山岭重丘地区和在城市周边有山丘阻碍城乡交通处，以及在人多地少经济活跃的山区，为了减少隧道长度，减少投资，避免隧道洞口桥隧或路隧分幅，节省了进出口洞口路基和桥梁分幅所占土地面积，也避免了线路从整体到分离再到整体的复杂转换，有利于路桥隧总体的线形流畅和洞口、洞身的选择，需要修建大量的连拱隧道。

采用整体式中隔墙型式的公路连拱隧道结构，左右主洞初期支护和二次衬砌均支撑在中隔墙顶部。因此，中隔墙的稳定与否直接关系到整个连拱隧道结构的稳定性。而现有的《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)和《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009)中只对公路连拱隧道的设计方法、左右主洞和中隔墙的开挖和施工、中导洞和左右主洞的拱顶沉降、周边收敛量测项目进行了规定和指导，没有提出对公路连拱隧道中隔墙的监控量测系统，使得在工程建设中无法判定中隔墙是否处于安全、稳定受控状态，给连拱隧道施工埋下较大的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法，本发明的目的之二是提供一种公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统，从而填补现有规范的不足，解决了公路连拱隧道整体式中隔墙稳定性不受控的问题；本发明的目的之三是提供一种公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统的安装施工方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

该公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法，包括以下步骤：

1)数据采集：包括以下数据采集方案：

a.在中隔墙顶、底处布置振弦式压力盒，分别监测连拱隧道初期支护传递给中隔墙墙顶处的接触压力和中隔墙传递给基础垫层的接触压力，用于分析中隔墙顶部局部压力和底部地基承载力是否超过设计值；

b.在中隔墙纵向受力钢筋上焊接用于监测中隔墙钢筋应力的振弦式钢筋应力计，在中隔墙混凝土中布置用于监测中隔墙混凝土应力的振弦式混凝土应变计，通过分析中隔墙竖向钢筋和混凝土的受力情况，判断是否达到材料的屈服强度；

c.在中隔墙顶处左右两侧布置测点，监测中隔墙沉降变形量，用于分析中隔墙沉降情况；

d.利用c中所述测点量测出中隔墙墙顶水平位移，由中隔墙墙顶水平位移除以中隔墙高度的比值，分析中隔墙在不对称荷载作用下绕中隔墙中心线发生的偏转量；

2)数据分析：通过以上数据采集方案采集到的数据，形成时间-接触压力、时间-钢筋应力、时间-混凝土应力、时间-沉降值和时间-偏转量的的曲线图，通过以上曲线图，判断中隔墙的稳定性。

进一步，所述步骤1中各方案的数据采集的频率为：

30天内，1～2次/天；

1～3个月，1次/2天；

3个月以上，1次/周。

进一步，所述步骤1)中a、b方案中的数据采集通过振弦频率仪完成，c、d方案中的数据采集通过全站仪完成。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统，包括中隔墙顶/底接触压力监测子系统，中隔墙应力监测子系统、中隔墙变形/偏转监测子系统、数据采集模块和控制分析单元；

所述中隔墙顶/底接触压力监测子系统包括振弦式压力盒I、振弦式压力盒II和振弦频率仪，所述振弦式压力盒I设置在中隔墙的墙顶处，用于监测连拱隧道初期支护传递给中隔墙墙顶处的接触压力；所述振弦式压力盒II设置在中隔墙的墙底处，用于监测中隔墙传递给基础垫层的接触压力；

中隔墙应力监测子系统包括振弦式钢筋应力计、振弦式混凝土应变计I、振弦式混凝土应变计II和振弦频率仪，所述振弦式钢筋应力计焊接在中隔墙纵向受力钢筋上，用于监测中隔墙钢筋应力；所述振弦式混凝土应变计I和振弦式混凝土应变计II设置在中隔墙混凝土中，用于监测中隔墙混凝土应力，分析中隔墙竖向钢筋和混凝土的受力情况；

中隔墙变形/偏转监测子系统包括全站仪以及设置在中隔墙顶左右两侧的测点，用于监测中隔墙沉降变形量以及中隔墙顶水平位移；

所述中隔墙顶/底接触压力监测子系统、中隔墙应力监测子系统以及中隔墙变形/偏转监测子系统测得的数据经数据采集模块处理后，输入至控制分析单元，所述控制分析单元通过分析时间与接触压力、钢筋应力、混凝土应力、沉降值和偏转量的的曲线图，判别中隔墙的稳定性。

本发明的目的之三是通过以下技术方案实现的：

该公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统的安装施工方法，包括以下步骤：

1)中隔墙施工时先对中隔墙地基进行加固处理，然后铺设找平层；

2)中隔墙压力盒II直接放置在找平层上，至少应包括3个测点，分别布置在中隔墙底部的左右两侧和中心线处，每个压力盒数据传输电缆线牵引至中隔墙旁安设的数据采集箱中；

3)中隔墙钢筋笼布置好后，将中隔墙部混凝土应变计I、II竖直放置并用小铁丝捆绑在竖向钢筋上，分别布置3个测点和把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中；

4)在中隔墙中部的中心线处和左右两侧共割断3根竖向钢筋，再将中隔墙钢筋应力计分别对焊在钢筋上，同理把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中；

5)预埋沉降测点，在中隔墙顶部左右两侧各预埋1根长25cm，直径为18mm的钢筋，并确保中隔墙外侧的钢筋头出露10cm；待中隔墙混凝土全部浇筑好后，在中隔墙顶部混凝土面上布置中隔墙压力盒I，同理分别布置3个测点和把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中。

本发明的有益效果是：

本发明通过对中隔墙的顶、底处的接触压力、钢筋应力和混凝土应力以及中隔墙顶处的沉降变形和偏转量进行整体的监测和分析，可以很好的掌握中隔墙的受力和变形情况，为中隔墙稳定性判别提供确实可靠的依据，也为制定中隔墙应急处理方案提供有力的数据资料，从而填补现有规范的不足，避免了公路连拱隧道中隔墙稳定性不受控的情况，为确保公路连拱隧道施工及运营期间中隔墙处于安全、稳定受控状态提供了有力的分析依据。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的监测系统组成结构图；

图2为实施例各监测子系统测点布置示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明的公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法，包括以下步骤：

1)数据采集：包括以下数据采集方案：

a.在中隔墙顶、底处布置振弦式压力盒，分别监测连拱隧道初期支护传递给中隔墙墙顶处的接触压力和中隔墙传递给基础垫层的接触压力，用于分析中隔墙顶部局部压力和底部地基承载力是否超过设计值；

b.在中隔墙纵向受力钢筋上焊接用于监测中隔墙钢筋应力的振弦式钢筋应力计，在中隔墙混凝土中布置用于监测中隔墙混凝土应力的振弦式混凝土应变计，通过分析中隔墙竖向钢筋和混凝土的受力情况，判断是否达到材料的屈服强度；

c.在中隔墙顶处左右两侧布置测点，监测中隔墙沉降变形量，用于分析中隔墙沉降情况；

d.利用c中所述测点量测出中隔墙墙顶水平位移，由中隔墙墙顶水平位移除以中隔墙高度的比值，分析中隔墙在不对称荷载作用下绕中隔墙中心线发生的偏转量；

2)数据分析：通过以上数据采集方案采集到的数据，形成时间-接触压力、时间-钢筋应力、时间-混凝土应力、时间-沉降值和时间-偏转量的的曲线图，通过以上曲线图，判断中隔墙的稳定性。

如图1所示，根据以上方法的设计思路研制出的公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统，包括中隔墙顶/底接触压力监测子系统11，中隔墙应力监测子系统12、中隔墙变形/偏转监测子系统13、数据采集模块14和控制分析单元15；其中：

中隔墙顶/底接触压力监测子系统包括振弦式压力盒I、振弦式压力盒II和振弦频率仪，所述振弦式压力盒I设置在中隔墙的墙顶处，用于监测连拱隧道初期支护传递给中隔墙墙顶处的接触压力；所述振弦式压力盒II设置在中隔墙的墙底处，用于监测中隔墙传递给基础垫层的接触压力；

中隔墙应力监测子系统包括振弦式钢筋应力计、振弦式混凝土应变计I、振弦式混凝土应变计II和振弦频率仪，所述振弦式钢筋应力计焊接在中隔墙纵向受力钢筋上，用于监测中隔墙钢筋应力；所述振弦式混凝土应变计I和振弦式混凝土应变计II设置于中隔墙混凝土中，分别处于中隔墙混凝土的上部与下部，用于监测中隔墙混凝土中的应力分布，分析中隔墙竖向钢筋和混凝土的受力情况；

中隔墙变形/偏转监测子系统包括全站仪以及设置在中隔墙顶左右两侧的测点，用于监测中隔墙沉降变形量以及中隔墙顶水平位移；

中隔墙顶/底接触压力监测子系统、中隔墙应力监测子系统以及中隔墙变形/偏转监测子系统测得的数据经数据采集模块处理后，输入至控制分析单元，控制分析单元通过分析时间与接触压力、钢筋应力、混凝土应力、沉降值和偏转量的的曲线图，判别中隔墙的稳定性。

实施例

如图2所示，本实施例为一座公路连拱隧道中隔墙，图中，①为中隔墙压力盒II布置点；②为中隔墙混凝土应变计II布置点；③中隔墙钢筋应力计布置点；④为中隔墙混凝土应变计I布置点；⑤为中隔墙压力盒I布置点；⑥中隔墙顶部变形量测点。

中隔墙施工时先对中隔墙地基进行加固处理，然后铺设找平层。中隔墙压力盒II直接放置在找平层上，分别布置在中隔墙底部的左右两侧和中心线处，共3个测点，每个压力盒数据传输电缆线牵引至中隔墙旁安设的数据采集箱中；中隔墙钢筋笼布置好后，在中隔墙部混凝土应变计I、II竖直放置并用小铁丝捆绑在竖向钢筋上，同理分别布置3个测点和把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中；在中隔墙中部的中心线处和左右两侧共割断3根竖向钢筋，再将中隔墙钢筋应力计分别对焊在钢筋上，同理把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中；预埋沉降测点⑥，在中隔墙顶部左右两侧各预埋1根长25cm直径为18mm的钢筋，并确保中隔墙外侧的钢筋头出露10cm；待中隔墙混凝土全部浇筑好后，在中隔墙顶部混凝土面上布置中隔墙压力盒I，同理分别布置3个测点和把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中。用振弦频率仪量测①、②、③、④、⑤各布置位的传感器的初始频率；用全站仪量测⑥测点的相对于不动点的初始读数。以后按照表1量测频率进行量测。

表1各量测项目量测频率

将各传感器量测的频率值乘于标定系数，相应的转换成压力或应力值。在直角坐标上绘出时间与接触压力的曲线图，时间与钢筋应力曲线图、时间与混凝土应力曲线图，分析中隔墙受力情况。

将中隔墙两侧测点⑥的沉降值在直角坐标上绘出时间与沉降值的曲线图，分析中隔墙的变形情况。

将中隔墙测点⑥的水平位移量除以中隔墙高即为中隔墙绕墙底中心线发生的偏转量，绘出时间与偏转量的曲线图分析中隔墙的偏转情况。

试验证明，本发明通过对中隔墙的顶、底处的接触压力、钢筋应力和混凝土应力以及中隔墙顶处的沉降变形和偏转量进行整体监测和分析，可以很好的掌握中隔墙的受力和变形情况，为中隔墙稳定性判别提供确实可靠的依据，也为制定中隔墙应急处理方案提供有力的数据资料。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)数据采集：包括以下数据采集方案：

a.在中隔墙顶、底处布置振弦式压力盒，分别监测连拱隧道初期支护传递给中隔墙墙顶处的接触压力和中隔墙传递给基础垫层的接触压力，用于分析中隔墙顶部局部压力和底部地基承载力是否超过设计值；

b.在中隔墙纵向受力钢筋上焊接用于监测中隔墙钢筋应力的振弦式钢筋应力计，在中隔墙混凝土中布置用于监测中隔墙混凝土应力的振弦式混凝土应变计，通过分析中隔墙竖向钢筋和混凝土的受力情况，判断是否达到材料的屈服强度；

c.在中隔墙顶处左右两侧布置测点，监测中隔墙沉降变形量，用于分析中隔墙沉降情况；

d.利用c中所述测点量测出中隔墙墙顶水平位移，由中隔墙墙顶水平位移除以中隔墙高度的比值，分析中隔墙在不对称荷载作用下绕中隔墙中心线发生的偏转量；

2)数据分析：通过以上数据采集方案采集到的数据，形成时间-接触压力、时间-钢筋应力、时间-混凝土应力、时间-沉降值和时间-偏转量的的曲线图，通过以上曲线图，判断中隔墙的稳定性。

2.根据权利要求1所述的公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法，其特征在于：所述步骤1中各方案的数据采集的频率为：

30天内，1～2次/天；

1～3个月，1次/2天；

3个月以上，1次/周。

3.根据权利要求2所述的公路连拱隧道中隔墙稳定性监测方法，其特征在于：所述步骤1)中a、b方案中的数据采集通过振弦频率仪完成，c、d方案中的数据采集通过全站仪完成。

4.公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统，其特征在于：包括中隔墙顶/底接触压力监测子系统，中隔墙应力监测子系统、中隔墙变形/偏转监测子系统、数据采集模块和控制分析单元；

所述中隔墙顶/底接触压力监测子系统包括振弦式压力盒I、振弦式压力盒II和振弦频率仪，所述振弦式压力盒I设置在中隔墙的墙顶处，用于监测连拱隧道初期支护传递给中隔墙墙顶处的接触压力；所述振弦式压力盒II设置在中隔墙的墙底处，用于监测中隔墙传递给基础垫层的接触压力；

中隔墙应力监测子系统包括振弦式钢筋应力计、振弦式混凝土应变计I、振弦式混凝土应变计II和振弦频率仪，所述振弦式钢筋应力计焊接在中隔墙纵向受力钢筋上，用于监测中隔墙钢筋应力；所述振弦式混凝土应变计I和振弦式混凝土应变计II设置在中隔墙混凝土中，用于监测中隔墙混凝土应力，分析中隔墙竖向钢筋和混凝土的受力情况；

中隔墙变形/偏转监测子系统包括全站仪以及设置在中隔墙顶左右两侧的测点，用于监测中隔墙沉降变形量以及中隔墙顶水平位移；

所述中隔墙顶/底接触压力监测子系统、中隔墙应力监测子系统以及中隔墙变形/偏转监测子系统测得的数据经数据采集模块处理后，输入至控制分析单元，所述控制分析单元通过分析时间与接触压力、钢筋应力、混凝土应力、沉降值和偏转量的的曲线图，判别中隔墙的稳定性。

5.如权利要求4所述的公路连拱隧道中隔墙稳定性监测系统的安装施工方法，包括以下步骤：

1)中隔墙施工时先对中隔墙地基进行加固处理，然后铺设找平层；

2)中隔墙压力盒II直接放置在找平层上，至少应包括3个测点，分别布置在中隔墙底部的左右两侧和中心线处，每个压力盒数据传输电缆线牵引至中隔墙旁安设的数据采集箱中；

3)中隔墙钢筋笼布置好后，将中隔墙部混凝土应变计I、II竖直放置并用小铁丝捆绑在竖向钢筋上，分别布置3个测点和把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中；

4)在中隔墙中部的中心线处和左右两侧共割断3根竖向钢筋，再将中隔墙钢筋应力计分别对焊在钢筋上，同理把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中；

5)预埋沉降测点，在中隔墙顶部左右两侧各预埋1根长25cm，直径为18mm的钢筋，并确保中隔墙外侧的钢筋头出露10cm；待中隔墙混凝土全部浇筑好后，在中隔墙顶部混凝土面上布置中隔墙压力盒I，同理分别布置3个测点和把数据传输电缆线牵引至数据采集箱中。

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