某地下商場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)及信息反饋技術(shù)

黃鑫

摘 要：本文針對(duì)拱頂下沉、洞內(nèi)周邊收斂等項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，以便對(duì)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及其周?chē)h(huán)境的影響適時(shí)評(píng)判，及時(shí)預(yù)測(cè)和預(yù)防施工中可能出現(xiàn)的不利局面，動(dòng)態(tài)地組織和指導(dǎo)施工。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)；拱項(xiàng)下沉；洞內(nèi)周邊；收斂

一、量測(cè)項(xiàng)目的確定及量測(cè)頻率

（一）量測(cè)項(xiàng)目的確定。地下工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的確定、監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)的布置、儀器設(shè)備的選擇及元件的埋設(shè)方法。主要考慮如下因素：① 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況；② 結(jié)構(gòu)的埋深、跨度、結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和施工工藝；③ 結(jié)構(gòu)施工影響范圍內(nèi)地表建筑物及地下結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。形狀及其尺寸等；④ 設(shè)計(jì)提供的變形及其它控制值以及安全儲(chǔ)備系數(shù)等；⑤ 業(yè)主或合同規(guī)定的需特殊注意的項(xiàng)目等；⑥ 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)直觀明了，且數(shù)據(jù)易于處理分析。

鑒于上述分析，量測(cè)項(xiàng)目如表5-1所示

說(shuō)明：1.以上所設(shè)定的觀測(cè)頻率為正常情況下的固定頻率，當(dāng)出現(xiàn)異常情況，將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況增加觀測(cè)頻率。2.測(cè)點(diǎn)數(shù)量及布置參考規(guī)范要求和設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和量測(cè)的條件布置。

（二）監(jiān)控量測(cè)的方法及測(cè)點(diǎn)布置。（1） 隧道內(nèi)水平收斂量測(cè)。結(jié)構(gòu)內(nèi)水平收斂觀測(cè)點(diǎn)的布置與地表沉降觀測(cè)點(diǎn)在同一斷面上，測(cè)點(diǎn)加工時(shí)應(yīng)保證測(cè)點(diǎn)與量測(cè)儀器連接光滑密貼。埋設(shè)時(shí)保證測(cè)點(diǎn)錨栓與圍巖或支護(hù)穩(wěn)固連接，變形一致，并統(tǒng)一編號(hào)，做好明顯警示標(biāo)志，防止人為損壞。測(cè)點(diǎn)盡量靠近開(kāi)挖面布置，結(jié)構(gòu)開(kāi)挖后，應(yīng)及時(shí)埋設(shè)測(cè)點(diǎn)，以測(cè)得開(kāi)挖后的變形，離開(kāi)挖面不得大于2m，在每環(huán)初次支護(hù)完成24h以?xún)?nèi)，在下一循環(huán)開(kāi)挖前，記錄初次讀數(shù)，以三次數(shù)據(jù)的平均值作為初始讀數(shù)。采用Jss30型數(shù)顯收斂計(jì)進(jìn)行量測(cè)，量測(cè)精度為0.1mm。（2） 拱頂下沉量測(cè)。拱頂下沉觀測(cè)點(diǎn)與水平凈空收斂觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在同一斷面內(nèi)，埋設(shè)時(shí)保證測(cè)點(diǎn)錨栓與圍巖或初期支護(hù)穩(wěn)定連接。測(cè)點(diǎn)盡量靠近開(kāi)挖面布置，距開(kāi)挖面不大于2m，在每次初次支護(hù)完成后24h以?xún)?nèi)，在下一開(kāi)挖循環(huán)開(kāi)始前，初次記錄讀數(shù)，以三次平均值作為初始讀數(shù)。利用工作基點(diǎn)使用水準(zhǔn)測(cè)量方法觀測(cè)，觀測(cè)精度為1mm。工作基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在豎井內(nèi)，保證基點(diǎn)穩(wěn)定可靠。（3） 隧道底部隆起量測(cè)。觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在隧道底板，每個(gè)量測(cè)斷面埋設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)測(cè)量方法觀測(cè)，與拱頂下沉共用一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。（4） 應(yīng)力應(yīng)變量測(cè)。應(yīng)力應(yīng)變量測(cè)包括圍巖與初次支護(hù)之間、初期支護(hù)與二次襯砌之間接觸應(yīng)力的測(cè)試，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力測(cè)試。

圍巖與初期支護(hù)之間、初期支護(hù)與二次襯砌之間接觸應(yīng)力的測(cè)試采用TGH型振弦式壓力盒，選擇有代表性的斷面埋設(shè)壓力盒，每個(gè)測(cè)試斷面共布置22個(gè)壓力盒，埋設(shè)時(shí)應(yīng)保證壓力盒與圍巖密貼，埋設(shè)后將壓力盒的電纜線引出統(tǒng)一編號(hào)，并量測(cè)壓力盒的初始讀數(shù)。TGH型振弦式壓力盒，量程為0.5MPa，接收裝置為GSJ-2A型智能檢測(cè)儀。TGH型振弦式壓力盒主重要技術(shù)參數(shù)為：準(zhǔn)確度0.5%FS～1.0%FS；重復(fù)性：0.2%FS～0.4%FS；分辨率0.01%FS。

襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋受力量測(cè)采用GGLJ-25型鋼筋應(yīng)力計(jì)，可測(cè)拉應(yīng)力，也可測(cè)壓應(yīng)力。接收裝置為GSJ-2A型智能檢測(cè)儀。在同一個(gè)格柵支撐上選擇截面受拉，受壓最大及拐點(diǎn)部位埋設(shè)。應(yīng)力計(jì)的安設(shè)將所測(cè)受力主筋相應(yīng)部位截去與鋼筋應(yīng)力計(jì)等長(zhǎng)的部分，采用幫條雙面焊將鋼筋應(yīng)力計(jì)與主筋焊成一整體。將鋼筋應(yīng)力計(jì)的電纜線統(tǒng)一編號(hào)，并測(cè)初始讀數(shù)。

GGLJ-25型振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)由GGLJ型振弦式鋼筋應(yīng)力傳感器和GSJ-2A型多功能電腦檢測(cè)儀組成。應(yīng)用時(shí)，傳感器兩端焊接在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的鋼筋上（替代一段鋼筋），通過(guò)水工電纜連接到GSJ-2A型智能檢測(cè)儀。啟動(dòng)電源，儀器里的激發(fā)電路使傳感器中的鋼弦振動(dòng)，傳感器將鋼筋承受的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)輸出，檢測(cè)儀精確測(cè)定頻率，按傳感器的精確數(shù)學(xué)模型計(jì)算、顯示鋼筋的應(yīng)力值。GGLJ型振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)的主要性能參數(shù)為：連接桿長(zhǎng)度：800mm；拉伸量程 0～200MPa；壓縮量程 0～150MPa；準(zhǔn)確度0.5%FS；1.0%FS。分辨率0.01%FS。

二次襯砌混凝土受力量測(cè)采用HGBJ型混凝土應(yīng)變計(jì)，接收裝置為GSJ-2A型智能檢測(cè)儀。

二、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與反饋

采用如下三種方法進(jìn)行處理

（1） 列表法：根據(jù)量測(cè)的預(yù)期目的和內(nèi)容，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的規(guī)格和形式，利于數(shù)據(jù)的填寫(xiě)和比較，重要數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果表示突出，該方法用于平時(shí)的數(shù)據(jù)積累和單報(bào)表的填寫(xiě)。（2） 圖形表示法：在選定的坐標(biāo)系中，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)畫(huà)出幾何圖形來(lái)表示量測(cè)結(jié)果。該方法用于各階段量測(cè)數(shù)據(jù)分析，直觀、形象地反映量測(cè)項(xiàng)目的變化趨勢(shì)，為分析報(bào)告的主要內(nèi)容。（3） 解析法：通過(guò)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算，求出各變量之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式（回歸公式），推算出最終位移值。該方法用于階段性的量測(cè)數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)，為分析預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容。

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)及時(shí)進(jìn)行整理，繪制位移或應(yīng)力的時(shí)態(tài)變化圖，適時(shí)進(jìn)行回歸分析，以預(yù)測(cè)該測(cè)點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大位移或應(yīng)力值，掌握位移及應(yīng)力變化規(guī)律，評(píng)價(jià)施工、結(jié)構(gòu)及可能影響的構(gòu)筑物的安全度。

三、監(jiān)控量測(cè)的成果與分析

（一）結(jié)構(gòu)洞內(nèi)水平收斂。從本結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)各洞室進(jìn)行水平收斂量測(cè)來(lái)看，結(jié)構(gòu)水平收斂主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)的開(kāi)挖支護(hù)結(jié)束后，噴射混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前，此時(shí)洞內(nèi)水平收斂速率最大。由圖1結(jié)構(gòu)水平收斂歷時(shí)曲線圖可以看出，待支護(hù)結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮本身的強(qiáng)度后，水平收斂基本穩(wěn)定，且最大收斂值為 15 mm。

（二）頂板下沉。頂板下沉主要體現(xiàn)在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定前和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后的整個(gè)結(jié)構(gòu)下沉兩方面。在結(jié)構(gòu)開(kāi)挖后，初期支護(hù)未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前，頂板下沉主要由豎向圍巖壓力引起，沉降速率由2～3mm/d逐漸見(jiàn)小。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，由于結(jié)構(gòu)底部承載力不夠，會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)整體下沉而引起頂板沉降。施工支護(hù)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)底部及鎖腳的注漿加固，可以減少結(jié)構(gòu)的頂板沉降，這一點(diǎn)從圖2頂板典型斷面沉降歷時(shí)曲線圖和圖3頂板沉降速率歷時(shí)曲線圖可以看出，頂板在后期的沉降很小。最大拱頂沉降為 54 mm。

（三）結(jié)構(gòu)底部隆起。從監(jiān)測(cè)的情況看結(jié)構(gòu)底部隆起基本與頂板下沉同步，但與同期拱頂下沉速率相比偏小，具體見(jiàn)圖4。最大底部隆起值25mm。

（四）圍巖與襯砌之間的接觸應(yīng)力。圍巖壓力是隧道結(jié)構(gòu)受力與安全的關(guān)鍵因素，可以動(dòng)態(tài)地了解在開(kāi)挖與支護(hù)中圍巖應(yīng)力場(chǎng)的分布狀態(tài)，有利于調(diào)整初次襯砌的參數(shù)，達(dá)到安全施工的目的。圖5-14為本工程的典型量測(cè)斷面的圍巖接觸應(yīng)力大致分布圖，該圖是應(yīng)力盒埋設(shè)結(jié)束后的18天圍巖與初次支護(hù)之間的接觸應(yīng)力的結(jié)果。從圖中可以看出，圍巖與初次支護(hù)接觸應(yīng)力最大的位置分布在結(jié)構(gòu)底部、邊墻與頂板的拐角、底板與邊墻的拐角位置，其應(yīng)力在0.07～0.65MPa，因此在結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)加強(qiáng)這3個(gè)位置的監(jiān)測(cè)力度，確保施工安全。

從圖中可以看出，淺埋暗挖法施工的隧道，因其上方無(wú)法形成承載拱，理論上應(yīng)按頂板以上全部土柱的重量計(jì)算地層的豎向壓力。以本工程的平均覆土深度5m來(lái)計(jì)算，根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料，頂板覆土的平均容重為18.0kN/m，側(cè)壓應(yīng)力系數(shù)取為0.5，則理論上地層的豎向壓力應(yīng)為0.09MPa，側(cè)向壓應(yīng)力為0.045MPa。實(shí)測(cè)的地層豎向壓力較理論值偏小，側(cè)向土壓力較理論值偏大，分析其原因一是由于地鐵與隧道多次施工，土體開(kāi)挖，圍巖多次受擾動(dòng)造成一定量的水土損失，二是兩邊對(duì)打Φ159mm大管棚，管棚支撐在支架上，相當(dāng)于在隧道頂部形成一個(gè)板梁，則板梁可承載一部分土壓力，且向兩邊傳遞。在側(cè)向則不具備此效應(yīng)，且由于側(cè)向管棚的類(lèi)墻作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此側(cè)向土壓力較理論值偏大。小導(dǎo)管注漿更加大了這一管棚效應(yīng)。

（五）格柵支撐的內(nèi)力。地下結(jié)構(gòu)主要采用Φ28的主筋加工的格柵鋼支撐，針對(duì)主筋的工作狀態(tài)及受力情況，對(duì)部分格柵進(jìn)行不同部位的主筋受力量測(cè)，圖5-15為格柵鋼支撐的鋼筋應(yīng)力分布圖，從圖中可以看出，應(yīng)力較大值分布于結(jié)構(gòu)的側(cè)邊墻、頂板與邊墻的拐角、結(jié)構(gòu)的底部，在結(jié)構(gòu)的底部最大應(yīng)力為

119.237MPa，開(kāi)挖跨度大的部位與頂板與邊墻的拐角處應(yīng)力較高，但均未超過(guò)180 MPa。

結(jié)論：（1） 從施工監(jiān)測(cè)結(jié)果看，在施工過(guò)程中，地下管線及地下結(jié)構(gòu)本身是安全的，這就說(shuō)明該工程制定的超前大管棚支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿加固、掌子面及時(shí)封閉、臨時(shí)型鋼支撐、短臺(tái)階法等施工方法是成功的。（2） 圍巖壓力，理論值與實(shí)測(cè)值有所差別，究其原因雙向?qū)Υ虺按蠊芘镏ёo(hù)的作用不可忽視。

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