振弦式測(cè)縫計(jì)在單層管片襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)壓加載試驗(yàn)中的應(yīng)用

林武東，黃偉杰

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510000)

振弦式測(cè)縫計(jì)用于測(cè)量表面縫的開合度，例如：建筑、橋梁、管道、大壩等混凝土的施工縫，配用不同的附件，也可測(cè)量土體的張拉縫與巖石和混凝土的裂縫。儀器常用于表面式安裝[1-2]。

1 安裝流程

1.1 初步測(cè)試

為了保證儀器正常工作，運(yùn)輸期間將傳遞桿固定在大約50%量程的松緊程度，讓儀器處于拉伸狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝前，檢查是否正常工作(包括半導(dǎo)體溫度計(jì))。檢查方法有以下2種：

1)把儀器與讀數(shù)儀相連并讀數(shù)，讀數(shù)應(yīng)保持穩(wěn)定在4000-5000之間。

2)用歐姆表檢測(cè)電路通斷，振弦儀器導(dǎo)線黑、紅之間電阻大約為180Ω±10Ω，檢測(cè)時(shí)需加上電纜電阻。在25℃時(shí)綠、白色導(dǎo)線之間的電阻約為3000Ω，任何接頭和屏蔽間的絕緣電阻應(yīng)超過(guò)2MΩ。

1.2 振弦式測(cè)縫計(jì)安裝

振弦式測(cè)縫計(jì)可采用焊接或錨固的方式。焊接時(shí)可先將錨桿直接焊接在剛結(jié)構(gòu)上，然后在將傳感器通過(guò)萬(wàn)向節(jié)的螺栓安裝在錨桿上。另外一種為灌漿錨桿，錨桿采用一段螺紋鋼筋與傳感器的萬(wàn)向節(jié)相連。此外廠方還可根據(jù)需要加工特殊形式的安裝部件[3]。

當(dāng)使用便攜式讀數(shù)儀設(shè)置儀器預(yù)拉伸量時(shí)，使用表1中的量程范圍確定合適位置。裂縫計(jì)讀數(shù)范圍，見表1。

表1 裂縫計(jì)讀數(shù)范圍

2 單層管片襯砌結(jié)構(gòu)原位試驗(yàn)

單層管片襯砌結(jié)構(gòu)：采用混凝土襯砌管片，管片內(nèi)側(cè)不設(shè)內(nèi)襯。管片外徑為6.0m，內(nèi)徑5.4m，管片厚度0.3m，襯砌管片通過(guò)螺栓連接。

3 監(jiān)測(cè)區(qū)間加載時(shí)間

3.1 內(nèi)壓加載裝置

單層管片襯砌結(jié)構(gòu)原位試驗(yàn)工作壓力等級(jí)為0.5MPa，水錘壓力0.25MPa。考慮到內(nèi)水壓試驗(yàn)堵頭設(shè)置及拆除困難，以及單層管片襯砌內(nèi)水壓風(fēng)險(xiǎn)高，為較好地模擬內(nèi)壓這一法向面荷載的作用，采用高壓橡膠囊體充水模擬高內(nèi)水壓，配合內(nèi)撐鋼管反力支架作為加載裝置[4]。

在隧洞內(nèi)部安置高強(qiáng)度內(nèi)撐鋼管作為反力支架，4.8m內(nèi)徑的隧洞內(nèi)撐鋼管直徑D4256*28，長(zhǎng)6m，材質(zhì)Q345C，壁厚28mm，內(nèi)置環(huán)向加勁環(huán)(Q345C，h=200mm，δ=28mm，間距0.5m)，型鋼內(nèi)撐(Ⅰ20b)，縱向間距1m?？v向肋板(Q345C，h=200mm，δ=28mm)，按環(huán)向間隔30°布置；5.4m內(nèi)徑單層管片襯砌結(jié)構(gòu)隧洞內(nèi)撐鋼管直徑D4856×28，長(zhǎng)6m，材質(zhì)Q235C，壁厚28mm，內(nèi)置環(huán)向加勁環(huán)(Q235C，h=200mm，δ=28mm，間距0.5m)，型鋼內(nèi)撐(Ⅰ20b)，縱向間距1m?？v向肋板(Q235C，h=200mm，δ=28mm)，按環(huán)向間隔30°布置。

3.2 加載時(shí)間

單層管片襯砌結(jié)構(gòu)原位試驗(yàn)選取第2、5、6、9環(huán)管片作為監(jiān)測(cè)斷面，分別定義為a環(huán)、b環(huán)、c環(huán)、d環(huán)。試驗(yàn)分為3組進(jìn)行，加載順序依次為d環(huán)、b環(huán)和c環(huán)、a環(huán)，每組試驗(yàn)內(nèi)壓加卸載循環(huán)3次，每個(gè)循環(huán)耗時(shí)1d。加載時(shí)間記錄，見表2。

3.3 內(nèi)壓加載流程

試驗(yàn)區(qū)間長(zhǎng)度均為15m，考慮囊體和內(nèi)襯鋼管反力架的長(zhǎng)度，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)間均分為3組，區(qū)間內(nèi)第2環(huán)管片為第1組；第5、6環(huán)管片為第2組；第9環(huán)管片為第3組，考慮到加載裝置進(jìn)場(chǎng)順序，試驗(yàn)階段按照組別倒序開展加載，即第3組首先進(jìn)行加載試驗(yàn)[5]。

表2 加載時(shí)間記錄

4 單層管片襯砌結(jié)構(gòu)原位試驗(yàn)振弦測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)成果

單層管片襯砌結(jié)構(gòu)原位試驗(yàn)區(qū)間在1d環(huán)上安裝12支振弦式測(cè)縫計(jì)，1d環(huán)管片內(nèi)弧面每條接縫沿環(huán)向和縱向各設(shè)置2支測(cè)縫計(jì)，合計(jì)12支，均正常工作。環(huán)向測(cè)縫計(jì)用于監(jiān)測(cè)接縫的張開或閉合狀態(tài)，縱向測(cè)縫計(jì)用于監(jiān)測(cè)接縫的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。內(nèi)壓加載過(guò)程中，環(huán)向振弦式測(cè)縫計(jì)測(cè)值1d環(huán)3次加載變化曲線圖，見圖1；縱向振弦式測(cè)縫計(jì)測(cè)值1d環(huán)3次加載變化曲線圖，見圖2。3次內(nèi)壓加載試驗(yàn)中，管片測(cè)縫計(jì)測(cè)值趨勢(shì)及量值較為接近，且第1次內(nèi)壓加載試驗(yàn)完成后，部分儀器測(cè)值無(wú)法完全恢復(fù)到初始狀態(tài)，使得第2和3次試驗(yàn)中內(nèi)壓0.06MPa時(shí)的測(cè)值較第1次試驗(yàn)波動(dòng)大。

由圖1可知，整體上看，內(nèi)壓增大，1d環(huán)管片環(huán)向振弦式測(cè)縫計(jì)測(cè)值呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，說(shuō)明管片接縫張開量逐漸增大，管片受內(nèi)壓作用后膨脹變形，相同內(nèi)壓大小作用下，管片最大接縫張開量位于拱頂L1-B1接縫處，右拱腰接縫F-L1和拱底接縫B3-L2張開量次之，從量值上看，峰值內(nèi)壓作用下，管片拱頂最大接縫張開量為2.07mm，>2mm限值，其它位置接縫張開量均<0.50mm，可見，本區(qū)間結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓達(dá)到0.36MPa時(shí)，首先可能會(huì)在拱頂發(fā)生外水滲漏，影響結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)[6]。

圖1 環(huán)向振弦式測(cè)縫計(jì)測(cè)值1d環(huán)三次加載變化曲線圖

由圖2可知，整體上看，內(nèi)壓加載過(guò)程中，1c環(huán)管片縱向振弦式測(cè)縫計(jì)測(cè)值波動(dòng)較小，最大變化量<±0.16mm，內(nèi)壓加載對(duì)管片襯砌錯(cuò)臺(tái)的影響較為有限，但相比其他區(qū)間的結(jié)構(gòu)型式，錯(cuò)臺(tái)量明顯增大，這是因?yàn)楸緟^(qū)間結(jié)構(gòu)整體剛度最小，受內(nèi)壓加載的影響最大。

5 結(jié) 論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和儀器廠家安裝說(shuō)明總結(jié)以下儀器安裝方法：

1)在預(yù)制襯砌管片時(shí)，根據(jù)振弦式測(cè)縫計(jì)安裝位置在兩塊相鄰管片預(yù)留溝槽，具體尺寸根據(jù)預(yù)安裝儀器的大小、安裝要求確定，并安裝完成后儀器不外凸。

2)采用不銹鋼保護(hù)蓋蓋住振弦式測(cè)縫計(jì)，在溝槽內(nèi)用阻燃發(fā)泡膠進(jìn)行回填，在不銹鋼保護(hù)蓋外表面涂抹上中性密封膠和貼上“監(jiān)測(cè)儀器，注意保護(hù)”標(biāo)志。

振弦式測(cè)縫計(jì)通過(guò)其儀器安裝方法，儀器存活率為100%，在單層管片襯砌結(jié)構(gòu)原位試驗(yàn)區(qū)間應(yīng)用很成功，結(jié)合兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的環(huán)縱向測(cè)縫計(jì)測(cè)值結(jié)果可知，拱頂接縫是內(nèi)壓加載過(guò)程中管片的顯著響應(yīng)區(qū)，在接縫張開和管片錯(cuò)臺(tái)的雙重影響下，其誘發(fā)的外水內(nèi)滲問(wèn)題應(yīng)引起足夠的重視。