深埋雨水管道水平位移監測基準的可靠性研究*

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

0 前言

為了保證地下空間施工的順利進行，需要對隱蔽性的深埋既有雨水管線進行安全狀態掌控，通常方法是采用人工間接監測法進行監測，即通過布置于地表的深埋間接點的形變來間接表征雨水管線的變形，從而進一步評價既有雨水管線的安全狀態。

人工間接監測法，雖然對地下工程中穿越施工的安全監控具有一定的參考作用，但也存在著量測受土體變形滯后效應影響，及時性不夠，受交通、天氣等條件影響大，監測頻率受限等不足。

為了解決人工間接測量的不足，針對地下深埋管線的剛性內撐基準法監測方法應運而生。通過在雨水管道內部設置能夠牢靠安裝于管道內壁的內撐基準架，將豎向位移傳感器安裝在內撐基準架上，從而量測雨水管道的豎向變形。

通過在監測雨水管網范圍的兩端部內撐基準架間安裝、張拉、緊固縱向預應力鋼絞線，形成穩定的水平位移基準，在各內撐基準架與預應力鋼絞線水平位移基準間安裝水平位移傳感器，從而可以方便地量測深埋雨水管道與水平位移基準點間的相對水平位移。

監測原理如圖1所示。

圖1 剛性內撐基準法監測原理示意

這種監測方法能夠直接監測深埋管線的變形，不需要地表設點或鉆孔。其監測結果不受土體形變影響，監測數據能及時反映當前管線實際變形。

然而，本監測方法需要建立水平位移基準線進行數據分析，故基準線本身的穩定性、可靠性對于監測結果的準確性至關重要。

1 水平位移監測基準可靠性分析現場試驗[1-5]

為驗證水平位移基準的穩定性及可靠性，進行監測可靠性現場試驗（圖2）。通過測量鋼絲繩索力及水平位移，分析作為水平位移基準的張緊鋼絲繩的應力-應變變化。

試驗方案如下：

1）拉鋼絲繩于兩堵互相平行的墻上，鋼絲繩兩端固定在墻上，在鋼絲繩跨中位置安置位移計和索力計。

2）通過花籃螺栓拉緊鋼絲繩，直至索力計顯示鋼絲繩預加應力達到試驗設計值。

3）以1 次/h的監測頻率讀取位移計數值，分析鋼絲繩在整個監測期間的水平位移變化。

圖2 水平位移基準可靠性試驗原理示意

本次試驗鋼絲繩跨度為15 m左右。考慮到第1次張拉鋼絲繩后，鋼絲繩會產生一定的應力松弛，故在張拉鋼絲繩10～15 min后復拉1～2 次，以消除應力松弛對鋼絲繩水平位移的影響。

2 試驗工況及數據匯總分析[6-10]

通過選用不同直徑鋼絲繩，施加不同的初始軸力，比較分析鋼絲繩軸力大小對水平位移基準穩定性的影響。本次試驗現場采用了2 種直徑的鋼絲繩，分別為3 mm（工況1）和6 mm（工況2），其施加的初始預拉力分別為2.75 kN和5.87 kN。

通過試驗，將監測數據匯總分析，得到以下曲線（圖3）：

圖3 工況1試驗結果匯總

由于在工況一試驗中，2014年8月29日～9月1日發生停電事故，于9月2日進行了鋼絲繩復拉。在圖3（a）上可以看到復拉前索力最大值為2.75 kN，最小值為2.72 kN。復拉后索力最大為3 kN，最小為2.91 kN，變化量不到0.1 kN，變化率為3%，整體變化成周期性變化。試驗顯示復拉1～2 次可以有效減少應力松弛對鋼絲繩軸力的影響。

圖3（b）顯示，以初始位移作為零點，水平位移最大值為0.41 mm。

2014年9月9日，更換φ6 mm鋼絲繩后，試驗顯示鋼索力最大值為5.87 kN，最小值為5.72 kN，差值為0.15 kN，變化率為2.5%，相比使用3 mm鋼絲繩更趨于穩定。

以2014年9月9日更換鋼絲繩后的初始位移作為零值，位移最大差值僅為0.32 mm，相比使用φ3 mm的鋼絲繩變化量更小。

3 結語

本文進行現場試驗分析了深埋管線基準線的可靠性，通過施加不同的鋼絲繩拉力，研究鋼絲繩預應力對于基準穩定性的影響，得到以下試驗結論：

1）通過復拉1～2 次即可有效減少鋼索應力松弛對鋼絲繩預應力的影響，2 次試驗中，鋼絲繩拉力變化量均小于3%。

2）在鋼索長度15 m左右時，施加2.75 kN的預拉力可以使鋼索水平位移控制在0.41 mm內。施加5.87 kN的預拉力可以使鋼索水平位移控制在0.32 mm內，可見增加鋼索軸力可以提高水平位移基準穩定性。

3）對于15 m的鋼索長度，2 次試驗的水平位移變化量均控制在0.5 mm之內，且水平位移變化均為周期性變化。可以判斷水平位移基準處于基本穩定狀態。