CN108225757A - 一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，包括封顶块、邻接块以及标准块，每片封顶块、邻接块和标准块设置有数据采集单元，包括：土压力盒，用于测量管片结构所受到的周围岩土的挤压力；钢筋应变仪，用于测量管片结构的弯曲应力；多点位移计，设置在管片结构外部，用于测量叠线隧道之间岩层的位移或沉降；收敛位移计，对称设置在管片结构内部，用于测量管片的形变量；裂缝计，设置在管片的缝隙处，用于监测缝隙变化情况；每片封顶块、邻接块以及标准块均设置有吊装孔，吊装孔附近设置有孔隙水压力计，用于测量对应位置受到的水压力；数据采集单元与一控制器连接，用于定期采集数据，监测隧道状况。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程监测领域，特别涉及一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法。
背景技术
早期的地铁建设，左右线区间隧道按照分离式布置，净距大于1倍洞径，施工过程及运营阶段两者相互影响较小，无需采取特殊工程措施。
随着线网规模的不断扩容及既有周边环境的制约、道路红线狭窄、线网运营换乘功能需求，区间隧道出现了十字形交叉以及左右线上下平行重叠的区间隧道相继出现，如杭州地铁在1号线西湖文化广场站～艮山门站盾构区间采用90.495米长重叠隧道出文化广场站、深圳地铁7号线的华新站～黄木岗区间、笋岗站～洪湖站区间以及红岭北～笋岗区间采用重叠盾构隧道形式对建构筑物进行避让或适应车站形式。
地铁区间叠线隧道采用“先下后上”的盾构掘进顺序，受开挖扰动影响大，地层承载力不足，上隧道施工过程中极易引发下隧道变形，严重影响已完成隧道的稳定性。同时，下层隧道施工时，将不可避免的扰动其上部地层，导致地层强度显著下降、透水性增高，大大增加了上隧道的施工风险。因此，必须采用现场试验的方法对地铁区间叠线隧道管片结构的力学性态进行盾构掘进相互影响分析。
发明内容
本发明要解决的问题是提供了一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，以解决现有技术中上隧道施工过程中引发下隧道变形，下层隧道施工时，扰动其上部地层，且在施工过程中不能及时准确监测，导致地层强度显著下降、透水性增高，大大增加了上隧道的施工风险。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，包括封顶块、邻接块以及标准块，每片封顶块、邻接块和标准块均设置有数据采集单元组，所述数据采集单元组包括若干数据采集单元，所述数据采集单元包括：
土压力盒，测量管片结构所受到的周围岩土的挤压力；
钢筋应变仪，测量管片结构的弯曲应力；
多点位移计，设置在管片结构外部，测量叠线隧道之间岩层的位移和/或沉降；
收敛位移计，对称设置在管片结构内部，测量管片的形变量；
裂缝计，设置在管片的缝隙处，监测缝隙变化情况；
每片封顶块、邻接块以及标准块均设置有吊装孔，所述吊装孔附近设置有孔隙水压力计，测量其所在位置受到的水压力；
其中，所述数据采集单元组与一控制器连接，定期采集数据，监测隧道状况。
所述管片结构包括一个圆心角为15°的封顶块，两个圆心角为64.5°的邻接块，以及三个心角为72°的标准块，所述邻接块分别连接在封顶块的两侧，所述标准块依次连接在两个邻接块之间，与所述封顶块共同围成一闭合的圆形隧道。
所述土压力盒和所述钢筋应变仪预埋在所述管片本体内部。
所述土压力盒均匀分布位于管片环的竖直方向、水平方向和45°斜对角方向，每个土压力盒之间间隔45°；土压力盒在在管片预制厂进行埋设，测量上下两个衬砌环所受到的周围岩土的挤压力，来确定该衬砌环在该环境下的结构的稳定性，测量所得到的数据将经过模拟分析来确定衬砌环所受到的岩土压力。
所述钢筋应变仪在所述标准块的中间和两端各布设一个测点，邻接块的吊装孔侧布设一个测点，封顶块的吊装孔附近布设一个测点；内外双侧钢筋上成对布设，测点间相隔36度；钢筋应变仪测量仪器所处管片位置处管片的弯曲应力。
上下隧道中间为加固地层，在上环的下半部布置3个多点位移计，右各对称分布，每个多点位移计间隔45°，在下环布置8个多点位移计，分别分布于先掘进隧道的竖直方向和水平方向以及45°斜方向，每个多点位移计间隔45°，每个多点位移计上布置4～5个测点，测点之间间距0.4到0.6m，在管片上每隔45°设置一个位移计，保证尽可能全面的监测管片外部环境的变化情况，多个呈发散状态多点位移计上设置有4～5个测点，有效提高监测的灵敏度。
所述收敛位移计为4对，均匀分布位于管片内部的竖直方向、水平方向和45°斜对角方向，每个测点之间间隔45°。
孔隙水压力计均匀布设在6块管片的吊装孔附近，孔隙水压力测量管片在对应的环境下的水对管片的压力，测量所得到的数据将经过模拟分析来确定管片结构所受到的水压力。
通过采用上述方案，使其与现有技术相比具有以下有益效果：
在管片外部设置若干个呈发散状态分布的多点位移计，且每个位移计上均呈向外延长状态分布的4～5个检测点，可极大的提高监测的灵敏度；在传统管片结构基础上，增加监测单元，可对管片周围环境做出敏感反馈，及时发现施工过程中的影响因素和影响程度，在实验阶段中，可准确判断隧道施工方案的可行性，能够大幅度减少人力财力和时间的浪费，保障了施工的安全性。
附图说明
图1为本发明管片结构的分块示意图。
图2为本发明设计管片上土压力盒测量土压力布置示意图。
图3为本发明设计管片上内力钢筋计测量结构内力布置示意图。
图4为本发明设计管片上孔隙水压力计测量孔隙水压力布置示意图。
图5为本发明设计管片上多点位移计测量中间岩层位移布置示意图。
图6为本发明设计管片上收敛位移计测量管片内部收敛位移布置示意图。
标号说明
封顶块；2-邻接块；3-标准块；
B1～B8-土压力盒；
C1～C10-内力钢筋计；
D1～D6-孔隙水压力计；
E1～E11-多点位移计；
F1～F8-收敛位移计。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚，需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且非精准的比率，仅用以方便明晰的辅助说明本实施例的目的。
试验断面位于重叠隧道段，上下净距离为2000～3000mm,分上下2个断面，其中1个断面选择在箱涵处，另外1个断面选择在净距离接近2000mm的位置。区间盾构隧道采用单层装配式钢筋混凝土管片构筑衬砌环,衬砌管片环内直径5400mm,幅宽1500mm,厚300mm。衬砌环由6块管片组成,其中1个圆心角15°的封顶块1,2个圆心角为64.5°的邻接块2,3个圆心角为72°的标准块3。
采用8个量程为0.5MPa的XYJ‐3型钢弦式土压力盒B1～B8测量土压力；土压力盒B1～B8均匀分布位于管片环的竖直方向、水平方向和45°斜对角方向，每个土压力盒之间间隔45°，土压力盒在在管片预制厂进行埋设，测量上下两个衬砌环所受到的周围岩土的挤压力，确定该衬砌环在该环境下的结构的稳定性，测量所得到的数据将经过模拟分析来确定衬砌环所受到的岩土压力。
采用6个量程为0.3MPa的XJS‐2型孔隙水压力计D1～D6测量孔隙水压力；孔隙水压力计D1～D6均匀布设在6块管片的吊装孔附近，孔隙水压力用于测量管片在对应的环境下的水对管片的压力，测量所得到的数据将经过模拟分析来确定衬砌环所受到的水压力。
用量程为3000微应变的XJH‐2型钢弦钢筋应变仪测量管片结构的内力，10对管片内力钢筋计C1～C10已经在管片预制厂完成埋设，在B2块上共布设3个测点，分别位于B2块的两侧边缘和其吊装孔附近，相互之间间距约为36°，在B1和B3的吊装孔附近和对应的另一侧边缘分别布设2个测点，相互之间间距约为36°，在2个邻接块的吊装孔附近分别布设1个测点，在封顶块的吊装孔附近布设一个测点，钢筋应变仪用于测量仪器所处管片位置处管片的弯曲应力。
用量程为20mm的YTDW70J型振弦式多点位移计测量中间岩层的位移；重叠隧道段的上下净距离为2～3m，中间是夹层土，在上环的布置3个多点位移计E1～E3，分布于管片环的下半环，在竖直向下及其两侧对称分布各一个，每个多点位移计间隔45°，在下环布置8个多点位移计E4～E11，分别分布于先掘进隧道的竖直方向和水平方向以及45°斜方向，每个多点位移计间隔45°，每个多点位移计上布置4～5个测点，测点之间间距0.4到0.6m。多点位移计在现场管片拼装完成后进行埋设，用于测量中间岩层位移、沉降。多点位移计具有光纤高灵敏度、高精度，又具有高可靠性和恶劣环境适应性。
用8个收敛位移计F1～F8测量管片内部收敛位移；所述的收敛位移计成对设置在管片内，均匀分布位于管片环的竖直方向、谁水平方向和45°斜对角方向，每个测点之间间隔45°，用于测量衬砌环的竖直方向、水平方向、斜向的变形量。
用裂缝计测量所有管片的环缝和纵缝宽度，环缝为相邻衬砌环之间的缝隙，纵缝为衬砌环中管片之间的缝隙，用于测量管片之间的缝隙大小，是确定衬砌环的结构强度的指标之一。
可选的，在施工进行时，可对数据的采集频率采用以下方式设定：
掘进面前后＜20m时测1～2次/d；
掘进面前后＜50m时测1次/2d；
掘进面前后＞50m时测1次/周。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，包括封顶块、邻接块以及标准块，其特征在于，每片封顶块、邻接块和标准块均设置数据采集单元组，所述数据采集单元组包括若干数据采集单元，所述数据采集单元包括：
土压力盒，测量管片结构所受到的周围岩土的挤压力；
钢筋应变仪，测量管片结构的弯曲应力；
多点位移计，设置在管片结构外部，测量叠线隧道之间岩层的位移和/或沉降；
收敛位移计，对称设置在管片结构内部，测量管片的形变量；
裂缝计，设置在管片的缝隙处，监测缝隙变化情况；
每片封顶块、邻接块以及标准块均设置有吊装孔，所述吊装孔附近设置有孔隙水压力计，测量其所在位置受到的水压力；
其中，所述数据采集单元组与一控制器连接，定期采集数据，监测隧道状况。
2.根据权利要求1所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，所述管片结构包括一个圆心角为15°的封顶块，两个圆心角为64.5°的邻接块，以及三个心角为72°的标准块，所述邻接块分别连接在封顶块的两侧，所述标准块依次连接在两个邻接块之间，与所述封顶块共同围成一闭合的圆形隧道。
3.根据权利要求1所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，所述土压力盒与所述钢筋应变仪预埋在所述管片本体内部。
4.根据权利要求3所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，所述土压力盒设置在管片的竖直方向、水平方向和45°斜对角方向，每个土压力盒之间间隔45°。
5.根据权利要求3所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，所述钢筋应变仪在所述管片结构内外双侧钢筋上成对布设，测点间相隔36度。
6.根据权利要求1所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，上下隧道中间为加固地层，在上隧道与下隧道上均设置有多点位移计。
7.根据权利要求6所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，所述上隧道的下半部布置有3个多点位移计，其中一个设置在上隧道的正下方，两个对称分布在正下方多点位移计的两侧，每个多点位移计间隔45°；所述下隧道布置有8个多点位移计，分别分布于先掘进隧道的竖直方向和水平方向以及45°斜方向，每个多点位移计间隔为45°，每个多点位移计上布置4～5个向外延伸的测点，所述测点之间间距0.4到0.6m。
8.根据权利要求1所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，所述收敛位移计为8个，均匀分布位于管片内部的竖直方向、水平方向和45°斜对角方向，每个测点之间间隔45°。
9.根据权利要求1所述的一种叠线隧道相互影响管片结构力学性态现场试验方法，其特征在于，所述孔隙水压力计均匀布设在每块管片的吊装孔附近，孔隙水压力测量管片所在环境下的水对管片的压力。
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