案例分享：盾构隧道管片监测研究

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概述

为了探究盾构施工过程中不同地质条件与注浆作用对盾构隧道管片变形的影响规律，依托于地质条件复杂的珠江三角洲某盾构隧道工程，采用在空间分辨率及传感精度方面具有显著优势的光频域反射（OFDR）分布式光纤传感技术，对盾构隧道管片在不同空间位置、不同地质条件下的形变监测研究。

 

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测试过程

基于OFDR技术进行盾构隧道管片变形的监测研究，监测设备为OFDR采集仪（型号：OSI-S），应变传感器为分布式光纤传感器，OSI的采集频率为10Hz，空间分辨率为1mm，传感精度达到±1με。

 

图1 管片上光纤传感器位置及布设

如图1(a)所示，隧道每环管片的宽度为1.5m，外径7.4m，内径为6.6m，厚度0.3m，本次研究选取三环管片监测，其中1529环、1538环位于破碎带外，1551环位于破碎带内。其中传感光纤安装如图1(b)所示，将光纤绑扎于钢筋笼内外侧主筋上并沿着多个纵筋呈网状布设。

图2 现场数据采集

现场分布式光纤传感器的数据采集如图2所示，采集周期为每1~7天采集一次数据。

2021年8月28日1529环管片完成拼装；

当盾构机掘进到1532环管片位置（距离1529环4.5米），开始采集1529环管片的应变数据，初期每1天读取1次数据；

当盾构机掘进到1595环管片位置时，每3天采集1次数据；

后期盾构机掘进到1624环管片位置时，每7天采集1次数据；

当盾构机掘进到1835环时停止数据采集。

 

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测试结果

本研究完成了位于不同地质条件三环管片的三个月的监测研究，管片块受压变形如图3所示，分别为1529环、1538环及1551环在盾构施工过程中的管片应变随光纤长度的变化曲线。

(a) 1529环B1

(b) 1529环L1

(c)1538环B4

(d)1538环L2

(e)1551环B1

(f)1551环B2

图 3 隧道管片块变形监测数据 

从图中可以看出，在盾构施工过程中，管片受压变化趋势是一致的，受压变形逐步增大，且位于破碎带内的1551环管片平均每天压缩应变变化量相对于破碎带外的1529环和1538环管片增加25%。

管片受压变形可以分为三个阶段，如图4所示，其三个阶段分别为：同步注浆阶段，二次注浆阶段及稳定阶段。

图4 管片注浆应变变化曲线从图4中可以看出，三环管片压缩变形在不同阶段的注浆后差距明显，同步注浆后的管片变形相对于二次注浆增加203%，即同步注浆后对管片变形的影响更为显著。

(a)

(b)

图5 管片应变变化情况 

为研究破碎带内外对管片变形的影响，如图5所示，从5(a)中可以看出破碎带内管片块变形是破碎带外的管片块变形的2.6倍，表明注浆后管片压应变因为位于破碎带中有明显增大的趋势。

管片拼装后60天压缩变形逐步增大直至稳定，三环管片变形趋势一致，稳定阶段的管片块应变柱状图如5(b)所示，变形有限且趋于稳定，最终稳定时三环管片压应变相差在22%以内。

 

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实验结论

通过对数据分析，揭示了同步注浆相对于二次注浆对管片变形影响更为显著；破碎带内的管片变形相较于破碎带外的管片变形更大；位于破碎带内的监测环与施工环的距离相对于破碎带外的距离要多于50环以上管片变形才会趋于稳定等情况。

通过OFDR分布式光纤传感技术对盾构隧道管片在不同工况与不同地质条件下的变形特征进行监测研究，成功地全分布式监测施工中盾构隧道管片高精度高空间分辨率应变特征变化，本研究为施工期间盾构隧道穿越断层破碎带的监测技术提供借鉴及数据支撑。

 

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

题名：基于光频域反射技术的破碎带盾构隧道管片监测研究作者：洪成雨，周子平，陈伟斌，付艳斌，沈翔公众号：洪成雨课题组