北京地铁八号线光纤光栅应力应变监测案例
为了保证管片监测点的成活率及精度,本次监测采用FBG式光纤传感器对管片间、管片内和管片环间的应力应变变化进行监测。由于光栅传感器与混凝土管片是紧密地贴合在一起的,它们的变形及位移变化是同步的,因此光栅传感器的应变反应为混凝土管片的应变。在盾构掘进的过程中,使用光纤光栅解调仪记录各布设位置的光纤光栅传感器波长的变化,根据波长变化换算相应的应力应变变化。
8号线二期南段工程,作为一条穿越北京市中心城区的地铁建设项目,相比北京其他地铁线路,具有诸多显著的工程特点,南段什刹海站~南锣鼓巷站区间(以下简称什~南区间)和南锣鼓巷站~中国美术馆站区间(以下简称南~中区间)两个盾构区间在临近南锣鼓巷站附近形成叠落,叠落总长度达到600多米。这就给工程施工造成了巨大困难:
什~南区间左右线在临近南锣鼓巷车站前由平行逐渐过渡为上下叠落,左上右下,重叠段总长370m,其中里程YDK19+840~ YDK20+031范围为完全叠落段,长191m;里程YDK19+661~YDK19+840为过渡叠落段,长179m,左右线叠落段隧道竖向净距为1.95~2.7m,叠落段水平净距为0~6m。除区间西侧过渡叠落段部分区间位于圆缓段和缓直段(约145m),其余部分均位于直线段。
南~中区间出南锣鼓巷站后继续沿地安门东大街向东左右线叠落行进,至里程YDK20+418处逐渐分离。线路行进至美术馆后街交界处折向南,至美术馆东街道路下,继续南行至五四大街路口进入中国美术馆站,其中YDK20+239.225~YDK20+417.46范围为完全叠落,长178m。
盾构叠落施工相比正常施工具有以下特点:
(1)盾构上下叠落施工对上方地表影响范围及大小与正常平行隧道完全不同,且无既有经验参考;
(2)叠落段盾构施工过程中后始发隧道可能会对先始发隧道造成损害,先施工上行隧道,还是先施工下行隧道对地层扰动更小无法确定;
(3)两条盾构区间下穿成片古旧平房群同时也是城市人口密集的地方,盾构推进过程中,其上部建筑或者人们就会受到其所引起的地基或者地表的振动以及由此产生的二次振动的影响,特别会对古、旧建筑物的结构安全带来影响,另外,可能会使人体感到不同程度的不适从而影响人们的身体健康,干扰人们的正常生活,尤其上行隧道施工时对上部的影响更大;
(4)叠落段隧道端头加固、盾构始发、到达较普通隧道存在更大风险。
在此背景下,开展“小间距长距离重叠盾构隧道工程关键技术研究”就显得尤为重要。本课题针对盾构叠落施工对上方地面、侧向土体的影响,上行隧道对下行隧道的影响,不同叠落距离的相互作用,形成一套适合北京地区特点的盾构小间距长距离重叠盾构隧道工程施工技术。课题研究目的不仅在于确保8号线南段盾构隧道顺利、安全施工,同时还可以进一步提升北京地铁盾构施工下的环境影响安全控制技术水平,为日后类似工程提供参考经验,具有重要的参考和借鉴价值。