既有地铁隧道结构的监测和耐久性评估方法研究

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随着地铁与市政工程建设的发展,由于新建隧道下穿,既有盾构隧道纵向变形产生的问题逐渐突出,目前其研究主要集中在结构纵向沉降与环向接缝变形两个方面。传统的“点式”传感技术还难以全面监测隧道结构的变形分布,本文提出了一种基于新型分布式光纤传感技术的盾构隧道纵向变形监测方法。  本文介绍了几种典型的分布式光纤传感技术以及分布式光纤传感器的封装与布设方法和其在土木工程中的应用情况;从新建隧道下穿施工引起既有隧道纵向变形成因机理出发,对其纵向变形的影响因素进行了全面分析。文中采用纵向等效连续化模型与弹性地基理论推导了隧道纵向沉降变形与结构应变分布之间的关系,得出了沉降-应变算法公式。  在理论分析基础上,结合北京盾构下穿既有地铁6号线隧道工程实例,采用分布式长标距FBG(Fibber Bragg Grating)传感器对既有隧道纵向变形进行了监测,对现场监测隧道纵向应变、曲率、环缝变形、沉降变形结果数据进行分析,研究了新建隧道下穿既有隧道施工时的既有隧道纵向变形的规律,且随盾构机的前移,既有隧道的竖向变形先是平缓的增大,当盾构机通过既有隧道的过程中,竖向沉降值较大,沉降速率较快,当盾构机远离既有隧道后,竖向变形减小,趋于稳定。根据实际工程情况,建立了三维有限元隧道模拟隧道的开挖,通过模拟得到的既有隧道变形规律相互验证了现场监测数据的准确性及沉降应变算法公式的正确性,并说明分布式FBG传感器用于隧道监测是可行性。且根据现场监测结果及有限元计算结果,既有隧道最大沉降值均未超过3mm,认为穿越过程中,既有隧道状态良好。  建立了既有隧道的耐久性评价指标体系,并根据相关标准规程及研究成果,归纳确定了部分指标的评价标准,特别是根据北京盾构隧道的材料参数计算出了其纵向曲率值与接缝宽度和螺栓应力水平的关系,确定了曲率的界限值,并通过对现场监测范围内的既有隧道的检测结果及前面的监测结果对既有隧道的耐久性状态进行了评价,并得出既有隧道耐久性能良好。
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