建筑平移中下方隧道應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

□文/宋成國(guó) 陳志偉 張 帥 王 馳 李林安

□陳志偉、張 帥/天津大學(xué)。

□王 馳/天津城建集團(tuán)天演建筑物頂升移位工程有限公司。

□李林安/天津大學(xué)。

建筑平移中下方隧道應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

□文/宋成國(guó) 陳志偉 張 帥 王 馳 李林安

建筑平移頂升工程中，建筑物經(jīng)過隧道上方時(shí)會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。文章基于Winkler模型計(jì)算了荷載通過筏板對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響并介紹了一種應(yīng)用電阻應(yīng)變片測(cè)量隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)變的方法。將該技術(shù)應(yīng)用于天津西站主站樓的平移頂升施工，在工程施工過程中監(jiān)測(cè)了地鐵隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)變的變化。

平移；Winkler地基模型；應(yīng)變測(cè)試；隧道

隨著社會(huì)建設(shè)的需要，一些建筑需要整體平移或者頂升。而在平移的過程中有時(shí)會(huì)通過隧道，隧道上方的加載必定會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，而已建隧道對(duì)其自身的變形非常敏感，過大的隆起或沉浮會(huì)嚴(yán)重影響其安全。為保證隧道結(jié)構(gòu)安全，必須分析隧道結(jié)構(gòu)受力并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文基于Winkler彈性地基梁理論計(jì)算了荷載通過筏板對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響并探討了通過電阻應(yīng)變測(cè)試法測(cè)量隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)變。

1 隧道結(jié)構(gòu)受力的計(jì)算

建筑物平移過程中經(jīng)過隧道上方，荷載通過筏板傳遞到隧道，見圖1。

基于Winkler彈性地基模型，假定地基單位面積上所承受的壓力p與地基的沉陷y成正比，即

式中：k為地基系數(shù)，此系數(shù)與地基土的性質(zhì)有關(guān)；p為地基上任一點(diǎn)所受的應(yīng)力；y為p作用點(diǎn)位置處的地基變形。

將筏板看作是分布荷載作用下的Winkle彈性地基梁，可求得附加分布荷載作用下的筏板，對(duì)x軸上一點(diǎn)作用的集中載荷q(x)dx，對(duì)該點(diǎn)產(chǎn)生的撓度為

在分布荷載范圍內(nèi)對(duì)式(2)積分，可得到筏板任意點(diǎn)的總撓度

式中：a、b分別為點(diǎn)到荷載左右邊界的距離。

則地基單位面積上所承受的壓力為

隧道結(jié)構(gòu)受力如圖2所示，運(yùn)用力法即可求得在圖2中荷載作用下隧道結(jié)構(gòu)任一截面的內(nèi)力。

2 隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)變的測(cè)試

地鐵隧道的變形可以通過測(cè)量隧道墻體的應(yīng)變得到，如圖3所示在隧道沿東西方向正中斷面布置4個(gè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即可測(cè)得隧道墻體的應(yīng)變。

電阻應(yīng)變法可以測(cè)量拉應(yīng)變或壓應(yīng)變?chǔ)牛笱貕簯?yīng)力方向布置應(yīng)變片，見圖4。此時(shí)應(yīng)變片測(cè)得的應(yīng)變即為實(shí)際應(yīng)變。實(shí)際測(cè)量中，為了提高測(cè)試精度和消除溫度帶來的影響，通常采用半橋或全橋的應(yīng)變片布置方式，見圖5。

墻體沿應(yīng)力方向分別布置1～2個(gè)應(yīng)變片，按圖6連接為半橋或全橋電路。

所測(cè)得的讀數(shù)應(yīng)變分別為

綜合，可以得到對(duì)于地鐵隧道墻體，所測(cè)試的實(shí)際應(yīng)變與儀器讀數(shù)應(yīng)變間的關(guān)系為

其中：K=1表示采用半橋電路，其中K=2表示采用全橋電路。

3 隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試的應(yīng)用

3.1 工程背景

磚墻多為500mm厚，也有部分石頭結(jié)構(gòu)，頂部為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，有一定程度損壞。工程遷移距離長(zhǎng)、面積大并且3個(gè)方向平移，受力體系多次轉(zhuǎn)換，還要通過天津地鐵站隧道，因此對(duì)遷移技術(shù)和施工提出了很高的要求。采用了在墻的切割部位兩側(cè)制作托換梁的方式，然后在施工各個(gè)階段監(jiān)測(cè)托換梁的承載力變化情況。

3.2 測(cè)試結(jié)果

施工主要包括以下工況。

1）西站主站樓載荷托換到平移梁上。

2)西站主站樓南北方向水平移動(dòng)施工。

3)西站主站樓東西方向水平移動(dòng)施工。

4)西站主站樓分兩階段頂升施工。

南北方向平移過程中通過了地鐵隧道上方，測(cè)試結(jié)果見表1。圖7為測(cè)點(diǎn)4在主站樓通過隧道上方期間的應(yīng)變變化曲線。

表1 應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

隨著主樓平移的進(jìn)行，地鐵結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)所受壓力越來越大，最大應(yīng)變出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)4，為-256.44，總體沒有很大的應(yīng)變，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

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[2]劉 明，蔣連接，李富民.建筑物整體平移現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，23（2）:24-28.

[3]蘇翼林，王燕群，趙志剛,等.材料力學(xué)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001.

[4]孫更生，鄭大同.軟土地基與地下工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1984.

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1008-3197（2011）02-08-02

2011-02-21

宋成國(guó)/男，1978年出生，工程師，天津城建集團(tuán)天演建筑物頂升移位工程有限公司經(jīng)理，從事建筑物頂升移位施工技術(shù)管理工作。

□陳志偉、張 帥/天津大學(xué)。

□王 馳/天津城建集團(tuán)天演建筑物頂升移位工程有限公司。

□李林安/天津大學(xué)。