案例分享：盾構隧道管片監測研究

      概述

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

  測試過程

  基于OFDR技術進行盾構隧道管片變形的監測研究，監測設備為OFDR采集儀(型號：OSI-S)，應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

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

  現場分布式光纖傳感器的數據采集如圖2所示，采集周期為每1~7天采集一次數據。

  2021年8月28日1529環管片完成拼裝;

  當盾構機掘進到1532環管片位置(距離1529環4.5米)，開始采集1529環管片的應變數據，初期每1天讀取1次數據;

  當盾構機掘進到1595環管片位置時，每3天采集1次數據;

  后期盾構機掘進到1624環管片位置時，每7天采集1次數據;

  當盾構機掘進到1835環時停止數據采集。

  測試結果

  本研究完成了位于不同地質條件三環管片的三個月的監測研究，管片塊受壓變形如圖3所示，分別為1529環、1538環及1551環在盾構施工過程中的管片應變隨光纖長度的變化曲線。

圖 3 隧道管片塊變形監測數據

  從圖中可以看出，在盾構施工過程中，管片受壓變化趨勢是一致的，受壓變形逐步增大，且位于破碎帶內的1551環管片平均每天壓縮應變變化量相對于破碎帶外的1529環和1538環管片增加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，二次注漿階段及穩定階段。

圖4 管片注漿應變變化曲線

      從圖4中可以看出，三環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 管片應變變化情況

  為研究破碎帶內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定，三環管片變形趨勢一致，穩定階段的管片塊應變柱狀圖如5(b)所示，變形有限且趨于穩定，最終穩定時三環管片壓應變相差在22%以內。

  實驗結論

  通過對數據分析，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;位于破碎帶內的監測環與施工環的距離相對于破碎帶外的距離要多于50環以上管片變形才會趨于穩定等情況。

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

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

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