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    盾構(gòu)開挖對后方管片壓力擾動監(jiān)測

    2022-01-25 10:22:46蘇稚寅上海隧道工程有限公司上海200238
    建筑科技 2021年6期
    關(guān)鍵詞:路站壓力計管片

    蘇稚寅(上海隧道工程有限公司,上海 200238)

    隨著我國地下工程的不斷發(fā)展,盾構(gòu)隧道以其施工受地面環(huán)境影響小、機(jī)械化程度高和開挖面控制精度高等獨特的優(yōu)越性,在開挖施工中得到了廣泛應(yīng)用[1]。在盾構(gòu)法開挖過程中,盾構(gòu)管片的受力分析和研究是重要的一環(huán),朱合華等[2]考慮了盾尾注漿在施工過程中的凝固過程,指出注漿分布形式對管片的內(nèi)力影響較大;石少剛[3]分析了盾殼的擠壓對管片受力的影響,他們通過理論模型分析,對管片荷載分布模式進(jìn)行了探索和總結(jié)。就目前而言,盡管較多學(xué)者對于管片所承受的各種荷載作出了大量研究,但盾構(gòu)開挖對后方管片壓力擾動的監(jiān)測成果目前尚不完備。

    本文基于江南大道改造提升工程,采用土壓力計監(jiān)測大盾構(gòu)開挖對后方管片的壓力擾動。

    1 工程概況

    江南大道改造提升工程(西興立交~中興立交)區(qū)間隧道為地下盾構(gòu)區(qū)間,圓隧道段線路出西北、西南工作井后向東進(jìn)入江南大道,線路位于江南大道下方,與杭州地鐵 6 號線并行。隧道外徑 11.36 m,內(nèi)徑 10.36 m,環(huán)寬 2 m,管片厚度 500 mm,線路最大縱坡 40‰,最小轉(zhuǎn)彎半徑 800 m。整個施工過程中與多處已建工程存在并行段,主要為江漢路站~江陵路站區(qū)間、江陵路站~星民站區(qū)、原 1 號線江陵路站、區(qū)間管線以及地層建筑。

    在穿越江漢路站~江陵路站區(qū)間時,北線從 600 環(huán)起逐漸完全進(jìn)入砂層(⑧3 粉砂、(12)1 粉砂)和礫層((12)4 圓礫土層),如圖 1 所示。兩種地層均屬于不利地層,其中粉砂在水動力條件和盾構(gòu)掘進(jìn)作用下,易產(chǎn)生管涌、流砂及振動液化現(xiàn)象,從而降低土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;而在圓礫層中施工不僅會造成掘進(jìn)速度緩慢、刀具磨損嚴(yán)重還會造成開挖面坍塌,地層參數(shù)如表 1 所示。同時,這些開挖所產(chǎn)生的直接影響還將進(jìn)一步影響已完成拼裝的襯砌,因此有必要對已完成拼裝的部分襯砌進(jìn)行壓力監(jiān)測試驗。

    表1 部分地層參數(shù)

    圖1 與江漢路站~江陵路站區(qū)間并行段

    2 監(jiān)測方案

    2.1 主要試驗裝置

    試驗采用微型土壓力盒測量土體受擾動后的壓力,其直徑 28 mm,厚度 7.5 mm,采用后出線形式。

    測量系統(tǒng)采用 DH 3828 分布式信號測試分析系統(tǒng)測量管片外弧面土壓力,采集系統(tǒng)分為采集器模塊、控制器、采集電腦。每個采集器有 6 個采集通道,最高采樣速率 1 kHz。

    2.2 安裝布置方案

    通過將土壓力計安裝于固定的管片上用以監(jiān)測盾構(gòu)在開挖時此環(huán)所受的土壓力變化。試驗土壓力計布置于 655 環(huán)以及 706 環(huán),土壓力盒布置位置如圖 2 所示,圖中下方帶有2016 等數(shù)字字樣標(biāo)注的短橫為土壓力計安裝位置,每一環(huán)管片布置 6~7個測點。土壓力計在管片生產(chǎn)時進(jìn)行安裝,在管片澆筑時留有預(yù)埋件,待管片養(yǎng)護(hù)完成后,拆下預(yù)埋件并安裝土壓力計,安裝完畢后采用混凝土對孔位進(jìn)行封堵。

    圖2 土壓力盒布置位置圖

    3 試驗數(shù)據(jù)分析

    由于土壓力計的監(jiān)測目的在于觀測對土體造成的擾動,采用了相對土壓力可以更為直觀的觀測土壓力計的變化,因此土壓力計的數(shù)據(jù)圖的初始值均在零點附近。由于部分土壓力計在監(jiān)測監(jiān)測過程中出現(xiàn)了損壞和數(shù)據(jù)丟失,因此選擇具有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

    圖 3 為 655 環(huán)部分?jǐn)?shù)據(jù)圖,共采集 10 h,監(jiān)測開始時,該環(huán)盾尾刷已過且注漿已結(jié)束。在監(jiān)測的全過程中,大部分開挖段均為砂層段,受周遭環(huán)境以及開挖的擾動影響,且土壓力計本身的靈敏性使得數(shù)據(jù)整體存在一定的波動趨勢。在監(jiān)測時間段內(nèi),壓力的擾動普遍<80 kPa,2010 號土壓力計(右上側(cè))受擾動影響最大,相對壓力最大約為100 kPa。

    圖3 655 環(huán)土壓力計數(shù)據(jù)圖

    706 環(huán)共計監(jiān)測 9 h,選取其中 3 處土壓力計進(jìn)行分析,如圖 4 所示。監(jiān)測時間初期,由于該環(huán)仍在注漿,導(dǎo)致采集初期出現(xiàn)了壓力上升,最大值約為 150 kPa。觀察監(jiān)測時間內(nèi)的開挖地質(zhì)圖,706 環(huán)后圓礫層的比重逐漸上升,導(dǎo)致了706 環(huán)數(shù)據(jù)波動幅度也隨之上升,2003 號(右上側(cè))受其影響最大,相對壓力最大高達(dá) 250 kPa。對比圖 5 和圖 6 的數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)隨著圓礫層占比重的逐漸增加,其對后方壓力的影響也逐漸增大,且影響的最大區(qū)域均在右上側(cè)管片。

    圖4 706環(huán)土壓力計數(shù)據(jù)圖

    4 結(jié) 語

    (1)監(jiān)測了盾構(gòu)開挖砂層時對后方 655 環(huán)壓力的影響,壓力最大增長幅度為 100 kPa;監(jiān)測了盾構(gòu)開挖砂礫混合層時對后方 706 環(huán)壓力的影響,壓力最大增長幅度為250 kPa。

    (2)隨著圓礫層占比重的逐漸增加,開挖時對后方管片壓力的影響也逐漸增大。

    (3)盾構(gòu)開挖對 655 環(huán)和 706 環(huán)壓力影響的最大區(qū)域均在右上側(cè)管片。

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