Monitoring and Analysis of Structural Deformation During Subway Station Construction Interval under Soft Soil-bedrock Conditions
-
摘要: 针对软土–基岩条件下地铁车站施工间歇期的结构变形监测与评价中存在的不足,将布拉格光纤光栅传感技术应用于车站施工间歇期的结构变形监测中。以深圳某地铁车站为例,将光纤传感器安装在车站主体结构上,远程自动化获取结构在施工间歇期的变形信息。监测结果表明:软土–基岩地基的主体结构在施工间歇期存在一定程度变形,监测期间车站底板的最大应变为62 μɛ,车站地下二层的墙柱结构最大变形为249 μɛ,位于软土–基岩分界面附近的墙柱结构同时受到剪切和压缩应力的影响,表明软土–基岩地基的车站设计应分别考虑底板和底层墙柱的抗弯和抗剪。Abstract: There are insufficient researches on the structural deformation monitoring and evaluation of subway stations during construction intervals under the condition of soft soil-bedrock. The fiber Bragg grating sensing technology was applied in the structural deformation monitoring research during the construction interval of the station. Taking a subway station in Shenzhen as a research case, the optical fiber sensor was installed on the main structure of the station, and the deformation information of the structure during the construction interval was obtained automatically and remotely. The results show that the main structure of the soft soil-bedrock foundation has a certain degree of deformation during the construction interval. During the monitoring period, the maximum strain of the station floor is 62 μɛ, and the maximum deformation of the wall column structure of the second underground floor of the station is 249 μɛ. Wall-column structures located near the soft soil-bedrock interface are affected by both shear and compressive stresses. Therefore, the flexural and shear strength design of the base plate and the bottom wall column should be respectively considered in the subsequent station construction of the soft soil-bedrock foundation.
-
表 1 FBG 埋入式应变计参数
量程/μɛ 分辨率 光栅中心波长/nm 反射率/% 应变计尺寸/mm 微锚直径/mm −1500 ~ +1000 0.1% F. S 1510 ~ 1590 >90 直径:13;长度:110 30 表 2 软土地基地层基本物理力学参数
岩土
编号岩土
名称深度
/m天然含水
量w/%重度γ
/(kN·m−3)土粒
比重Gs天然孔
隙比e饱和度
Sr/%塑性
指数IP液性
指数IL压缩系数
α0.1-0.2
/MPa−1压缩模量
Es0.1-0.2
/MPa直剪试验 内摩擦角
φq/(°)
(快剪)黏聚力
cq/kPa
(快剪)内摩擦角
φc/(°)
(固快)黏聚力
cc/kPa
(固快)1 素填土 0~3.3 20.78 19.32 2.71 0.69 81.07 10.80 0.31 0.21 8.61 23.20 25.90 2 黏土 3.3~7.5 35.71 17.98 2.73 1.07 91.27 18.50 0.67 0.50 4.54 5.88 17.38 11.65 25.40 3 粉质黏土 7.5~19.5 24.71 19.50 2.71 0.74 89.89 12.85 0.43 0.33 5.64 13.95 23.25 15.67 32.55 4 粉土 19.5~20 17.21 20.6 2.67 0.52 87.83 8.54 0.21 0.21 7.68 19.18 21.86 5 粉质黏土 20~29.1 27.01 18.93 2.71 0.86 92.50 13.22 0.54 0.31 6.52 16.80 25.20 22.70 28.60 说明:表中物理力学参数均为土层深度范围内的平均值。 表 3 光纤光栅解调仪性能参数
通道数 波长范围/mm 波长分辨率/pm 重复性/pm 解调速率/Hz 动态范围/dB 光学接口类型 每通道最大FBG数量 16 1527 ~ 1568 1 ±3 1 35 FC/APC 30 -
[1] 王 睿,苗龙刚,章慧健,等. 砂卵石地层新建通道施工对上覆既有地铁车站的变形影响研究[J]. 现代隧道技术,2021,58(6):129-136. [2] 雷 刚,贺彦卫,张晓霞,等. 土岩组合地层明挖基坑桩撑体系设计优化[J]. 科学技术与工程,2021,21(3):1150-1156. [3] 胡智民. 土岩组合地层浅埋隧道埋深确定方法研究[J]. 隧道建设,2015,35(4):322-327. doi: 10.3973/j.issn.1672-741X.2015.04.007 [4] 金雪峰. 某紧临地铁车站土岩基坑设计与变形规律研究[J]. 地下空间与工程学报,2021,17(3):815-824. [5] 龚旭东. 处于上软下硬地层的青岛某地铁车站初支拱盖法施工变形规律及控制[J]. 城市轨道交通研究,2021,24(6):109-114. doi: 10.16037/j.1007-869x.2021.06.024 [6] 王海成,刘秀珍,张 龙. 复杂环境下软土基坑支护设计实践与分析[J]. 岩土工程技术,2022,36(2):160-164. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2022.02.014 [7] 路林海,孙 红,王国富,等. 地铁车站支护与主体结构相结合深基坑变形[J]. 中国铁道科学,2021,42(1):9-14. [8] 周振鸿,孙华波,吕 果,等. 深大基坑桩锚支护监测与数值分析[J]. 岩土工程技术,2021,35(4):233-237. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2021.04.005 [9] 胡 静,孙延胜,张晶晶. SMW工法在软弱土地区深基坑支护中的组合应用[J]. 岩土工程技术,2018,32(6):317-320. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2018.06.010 [10] 白晓宇,张明义,闫 楠,等. 土岩深基坑桩–撑–锚组合支护体系变形特性[J]. 中南大学学报:自然科学版,2018,49(2):454-463. [11] 朱彦鹏,李凤岐,杨校辉,等. 兰州地铁红砂岩基坑开挖监测与数值模拟分析[J]. 兰州理工大学学报,2022,48(1):121-127. doi: 10.3969/j.issn.1673-5196.2022.01.019 [12] 江中华. 大型地铁车站主体结构运营期安全分析与安全监测方案设计[J]. 城市轨道交通研究,2022,25(1):63-69. [13] 鲍树峰,莫海鸿,王友元,等. 土岩组合基坑安全风险预警标准探讨[J]. 岩土工程学报,2014,36(S1):180-185. [14] 商大勇. 土岩组合地层地铁车站深基坑阳角变形及稳定性[J]. 北京交通大学学报,2020,44(6):25-33. [15] 张 楠. 土岩组合地层深基坑变形规律研究[J]. 铁道工程学报,2021,38(7):1-5. doi: 10.3969/j.issn.1006-2106.2021.07.001 [16] 温明翠. FBG位移传感器的研究及其在管廊监测中应用[D]. 大连: 大连理工大学, 2019. [17] 张矿伟,张少杰,赵晓霞,等. 光纤Bragg光栅应变传感器在桥梁结构监测中的应用[J]. 光学仪器,2014,36(1):15-19. doi: 10.3969/j.issn.1005-5630.2014.01.004 [18] 何健辉,张进才,陈 勇,等. 基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统[J]. 水文地质工程地质,2021,48(1):146-153. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.201912053 [19] 李俊鑫,郎向伟. 基于光纤Bragg光栅的测斜仪设计与试验[J]. 传感器与微系统,2020,39(4):86-88. doi: 10.13873/J.1000-9787(2020)04-0086-03