案例分享：盾構(gòu)隧道管片監(jiān)測研究

      概述

      為了探究盾構(gòu)施工過程中不同地質(zhì)條件與注漿作用對盾構(gòu)隧道管片變形的影響規(guī)律，依托于地質(zhì)條件復(fù)雜的珠江三角洲某盾構(gòu)隧道工程，采用在空間分辨率及傳感精度方面具有顯著優(yōu)勢的光頻域反射(OFDR)分布式光纖傳感技術(shù)，對盾構(gòu)隧道管片在不同空間位置、不同地質(zhì)條件下的形變監(jiān)測研究。

  測試過程

  基于OFDR技術(shù)進行盾構(gòu)隧道管片變形的監(jiān)測研究，監(jiān)測設(shè)備為OFDR采集儀(型號：OSI-S)，應(yīng)變傳感器為分布式光纖傳感器，OSI的采集頻率為10Hz，空間分辨率為1mm，傳感精度達到±1με。

圖1 管片上光纖傳感器位置及布設(shè)

  如圖1(a)所示，隧道每環(huán)管片的寬度為1.5m，外徑7.4m，內(nèi)徑為6.6m，厚度0.3m，本次研究選取三環(huán)管片監(jiān)測，其中1529環(huán)、1538環(huán)位于破碎帶外，1551環(huán)位于破碎帶內(nèi)。其中傳感光纖安裝如圖1(b)所示，將光纖綁扎于鋼筋籠內(nèi)外側(cè)主筋上并沿著多個縱筋呈網(wǎng)狀布設(shè)。

  現(xiàn)場分布式光纖傳感器的數(shù)據(jù)采集如圖2所示，采集周期為每1~7天采集一次數(shù)據(jù)。

  2021年8月28日1529環(huán)管片完成拼裝;

  當(dāng)盾構(gòu)機掘進到1532環(huán)管片位置(距離1529環(huán)4.5米)，開始采集1529環(huán)管片的應(yīng)變數(shù)據(jù)，初期每1天讀取1次數(shù)據(jù);

  當(dāng)盾構(gòu)機掘進到1595環(huán)管片位置時，每3天采集1次數(shù)據(jù);

  后期盾構(gòu)機掘進到1624環(huán)管片位置時，每7天采集1次數(shù)據(jù);

  當(dāng)盾構(gòu)機掘進到1835環(huán)時停止數(shù)據(jù)采集。

  測試結(jié)果

  本研究完成了位于不同地質(zhì)條件三環(huán)管片的三個月的監(jiān)測研究，管片塊受壓變形如圖3所示，分別為1529環(huán)、1538環(huán)及1551環(huán)在盾構(gòu)施工過程中的管片應(yīng)變隨光纖長度的變化曲線。

圖 3 隧道管片塊變形監(jiān)測數(shù)據(jù)

  從圖中可以看出，在盾構(gòu)施工過程中，管片受壓變化趨勢是一致的，受壓變形逐步增大，且位于破碎帶內(nèi)的1551環(huán)管片平均每天壓縮應(yīng)變變化量相對于破碎帶外的1529環(huán)和1538環(huán)管片增加25%。

  管片受壓變形可以分為三個階段，如圖4所示，其三個階段分別為：同步注漿階段，二次注漿階段及穩(wěn)定階段。

圖4 管片注漿應(yīng)變變化曲線

      從圖4中可以看出，三環(huán)管片壓縮變形在不同階段的注漿后差距明顯，同步注漿后的管片變形相對于二次注漿增加203%，即同步注漿后對管片變形的影響更為顯著。

圖5 管片應(yīng)變變化情況

  為研究破碎帶內(nèi)外對管片變形的影響，如圖5所示，從5(a)中可以看出破碎帶內(nèi)管片塊變形是破碎帶外的管片塊變形的2.6倍，表明注漿后管片壓應(yīng)變因為位于破碎帶中有明顯增大的趨勢。

  管片拼裝后60天壓縮變形逐步增大直至穩(wěn)定，三環(huán)管片變形趨勢一致，穩(wěn)定階段的管片塊應(yīng)變柱狀圖如5(b)所示，變形有限且趨于穩(wěn)定，最終穩(wěn)定時三環(huán)管片壓應(yīng)變相差在22%以內(nèi)。

  實驗結(jié)論

  通過對數(shù)據(jù)分析，揭示了同步注漿相對于二次注漿對管片變形影響更為顯著;破碎帶內(nèi)的管片變形相較于破碎帶外的管片變形更大;位于破碎帶內(nèi)的監(jiān)測環(huán)與施工環(huán)的距離相對于破碎帶外的距離要多于50環(huán)以上管片變形才會趨于穩(wěn)定等情況。

  通過OFDR分布式光纖傳感技術(shù)對盾構(gòu)隧道管片在不同工況與不同地質(zhì)條件下的變形特征進行監(jiān)測研究，成功地全分布式監(jiān)測施工中盾構(gòu)隧道管片高精度高空間分辨率應(yīng)變特征變化，本研究為施工期間盾構(gòu)隧道穿越斷層破碎帶的監(jiān)測技術(shù)提供借鑒及數(shù)據(jù)支撐。

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  來源：隧道建設(shè)(中英文) ISSN 2096-4498,CN 44-1745/U

  題名：基于光頻域反射技術(shù)的破碎帶盾構(gòu)隧道管片監(jiān)測研究作者：洪成雨，周子平，陳偉斌，付艷斌，沈翔公眾號：洪成雨課題組