紀田亮

【摘 要】通過分析加固段二襯應變監(jiān)測值的組成，劃分為溫度和時效產(chǎn)生的應變，將時效應變轉換為應力，分析該部分應力產(chǎn)生原因和對結構的影響，從而為判斷結構安全穩(wěn)定性提供依據(jù)。

【關鍵詞】二襯表面應變；溫度；時效應變

前言：

針對某公路隧道區(qū)段存在二襯厚度不足、二襯多處開裂、襯砌存在嚴重脫空等質量問題，在應急加固處理以后，通過加固段表面安裝光纖應變傳感器，對襯砌結構混凝土表面應變等物理力學參數(shù)進行長期監(jiān)測。如何比較合理的劃分出監(jiān)測值中由外部環(huán)境因素引起的應變和結構自身受力狀態(tài)發(fā)生變化產(chǎn)生的應變，從而為判斷結構穩(wěn)定性提供可靠的依據(jù)，顯得尤為關鍵。

1監(jiān)測斷面概況

1.1地質概況

該隧道右洞樁號YK130+845～YK131+690其中，YK130+944～K131+623圍巖類別為Ⅳ，微風化晶屑凝灰?guī)r，RQD=60～85%，波速Vp=3.2-4.2km/s，完整性系數(shù)I=0.45-0.65，洞頂山體覆蓋厚度100-110m，巖石裂隙較發(fā)育—不發(fā)育，圍巖質量較好，地下水是基巖裂隙水，水文地質簡單。

1.2二襯質量問題

YK131+130～K131+146圍巖類別為Ⅳ，設計二襯厚度30cm，實測最小厚度左拱腰9cm，拱頂20cm，存在脫空。

1.3應急加固處理使用材料和要求

斷面YK131+130～K131+146應急加固處理時間為2010年6月份。

植筋噴砼：襯砌全斷面增設鋼纖維噴混凝土層8～20cm，加設Φ6鋼筋網(wǎng)，并使得二襯與噴層總厚度不小于30cm。

噴射鋼纖維砼施工中嚴格控制原材料質量及配合比，鋼纖維摻入量1%，粗骨料最大粒徑不大于12mm，水灰比控制在0.4～0.45，各項參數(shù)應在現(xiàn)場試驗后確定。鋼纖維采用剪切型，長度35mm，等效直徑0.7mm，長徑比50，抗拉強度不低于850MPa，鋼纖維含量實測值應不超過最佳摻量的2%。

其余各項指標滿足《鋼纖維混凝土結構設計與施工規(guī)范》（CECS38：92）的規(guī)定。噴砼應采用濕噴工藝，施工時要求噴頭與受噴面距離1.0～1.5m，角度應垂直于襯砌面，基本控制在750～900。

噴射時對噴頭做順時針旋轉，噴射順序應從下向上，先邊墻后拱腳和拱腰，最后噴至拱頂。噴砼厚度大于8cm的應分層多次進行。

為保證各次噴砼間的結合，頭次噴砼接縫處可做成斜面，再次施工時在斜面上繼續(xù)施噴，間隔時間不大于30分鐘。施工中控制風壓保持穩(wěn)定，不得突出，嚴禁出現(xiàn)空聲區(qū)域。

1.4監(jiān)測設備

使用光纖光柵表面式應變傳感器，安裝在加固層的表面。通過自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行自動采集，同時選用遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，還可將監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)竭h方的監(jiān)控系統(tǒng)。

2加固斷面應變監(jiān)測值分析

2.1應變監(jiān)測斷面YK131+130時程曲線

2010年7月到2014年7月監(jiān)測期內監(jiān)測值時程曲線如下圖2-1、2-2所示。從下圖分析，各測點應變監(jiān)測值伴隨環(huán)境氣溫變化發(fā)生相應的變化，當氣溫降低，應變減小，氣溫升高，應變增大，應變的變化跟短時間氣溫的波動及季節(jié)性氣溫變化均表現(xiàn)出較好的相關性。

圖2-1 YK131+130各測點應變增量累計值曲線

圖2-2 YK131+130各測點應變變化率曲線

2.2統(tǒng)計分析

2.2.1統(tǒng)計模型

要求應變監(jiān)測值與環(huán)境量之間建立最確切數(shù)學關系式，然后根據(jù)分離出各分量大小，定量說明影響程度。

式中符號意義：

——應變監(jiān)測值；

——溫度變化引起的應變分量；

——非溫度變化引起的應變分量，即時效應變分量。

（1） 溫度應變分量

引起加固層應變監(jiān)測值變化的溫度因素，主要考慮氣溫的季節(jié)性變化引起，故計算溫度應變分量時，可采用多段平均氣溫的線性組合。

式中，一般取當天，前5天， 15天，30天，60天，90天， 120天等的平均氣溫。

（2） 時效應變分量

加固層混凝土和巖體的徐變、裂縫的變化及基巖節(jié)理裂縫的壓縮等因素，都會導致加固層的非彈性變形。這種隨時間形成的不可逆變形稱時效應變。對于正常運營期隧道來說，時效應變的一般規(guī)律是：初期變化快，后期變化慢，最終趨于穩(wěn)定。據(jù)此規(guī)律，并結合該隧道斷面的實際情況，選取相應的時效因子分別為：t，ln（1+t）。因此，時效應變的數(shù)學表達式可寫成：

式中符號t為時間基準日至觀測日的累計天數(shù)。

（3） 統(tǒng)計模型分析（統(tǒng)計分析成果表）

2.3應變應力公式簡單轉換

根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》JTG D70—2004，《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010，C25混凝土彈性模量Ec=2.8×104 N/mm2，C25混凝土軸心抗壓強度設計值fc=11.9 N/mm2，C25混凝土軸心抗拉強度設計值ft1.27 N/mm2，E=σ/ε，得到下表。（表1）

從各測點時效分量圖分析，時效分量伴隨時間的積累，對加固層影響程度逐漸減弱。

由于光纖應變傳感器和結構物本身都受氣溫變化的影響，在求實際監(jiān)測點的應變變化時，應該扣除氣溫應變。左拱肩（受壓）和拱頂（受壓）時效應變在設計控制值以內；對于右拱肩時效應變存在負值（受壓）和正值（受拉）的解釋：由于該斷面本身二襯厚度不足，在10年6月份進行應急加固以后，考慮右拱肩監(jiān)測區(qū)域本身結構一直處于受壓狀態(tài)，在監(jiān)測期，壓應力逐漸釋放，故相對于10年7月份取初值以后，到后面三年夏季顯示為正值，說明氣溫影響和該區(qū)域加固層安裝儀器時本身受力狀態(tài)是所測得監(jiān)測值的主因。另外從現(xiàn)場巡視檢查來看，該區(qū)域加固層右拱肩未發(fā)現(xiàn)異常情況。

結語

對該加固層斷面監(jiān)測四年的應變監(jiān)測值，以統(tǒng)計學原理為基礎進行回歸分析，得到溫度應變分量占應變監(jiān)測值的主要部分，時效分量伴隨時間的積累，對加固層影響程度逐漸減弱。

由于監(jiān)測點在現(xiàn)場特定情況下安裝取初值，在理論計算分析加固層監(jiān)測值時，必須考慮監(jiān)測點取初值時實際受力狀態(tài)和結合現(xiàn)場外觀檢查結構物是否存在異常情況等，綜合分析理論計算值是否真實反應加固層實際受力狀態(tài)。

加固段混凝土襯砌應變監(jiān)測值的變化主要因環(huán)境氣溫變化引起，當氣溫降低，應變減小，氣溫升高，應變增大，應變的變化跟短時間氣溫的波動及季節(jié)性氣溫變化均表現(xiàn)出較好的相關性。監(jiān)測段因襯砌厚度不足而進行的加固效果良好，達到了預期效果。

參考文獻：

[1] 劉明 線性回歸模型設定的兩個常見錯誤分析 [J]統(tǒng)計與信息論壇 2011年08期

[2] 李獻民 梁艷慧 王夢恕 隧道洞口圍巖穩(wěn)定型變形的非線性回歸分析[J]隧道建設2010年05期