振弦式测缝计在单层管片衬砌结构内压加载试验中的应用

2021-08-08林武东黄伟杰

黑龙江水利科技 2021年7期

关键词：内压环向单层

林武东，黄伟杰

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510000)

振弦式测缝计用于测量表面缝的开合度，例如：建筑、桥梁、管道、大坝等混凝土的施工缝，配用不同的附件，也可测量土体的张拉缝与岩石和混凝土的裂缝。仪器常用于表面式安装[1-2]。

1 安装流程

1.1 初步测试

为了保证仪器正常工作，运输期间将传递杆固定在大约50%量程的松紧程度，让仪器处于拉伸状态。现场安装前，检查是否正常工作(包括半导体温度计)。检查方法有以下2种：

1)把仪器与读数仪相连并读数，读数应保持稳定在4000-5000之间。

2)用欧姆表检测电路通断，振弦仪器导线黑、红之间电阻大约为180Ω±10Ω，检测时需加上电缆电阻。在25℃时绿、白色导线之间的电阻约为3000Ω，任何接头和屏蔽间的绝缘电阻应超过2MΩ。

1.2 振弦式测缝计安装

振弦式测缝计可采用焊接或锚固的方式。焊接时可先将锚杆直接焊接在刚结构上，然后在将传感器通过万向节的螺栓安装在锚杆上。另外一种为灌浆锚杆，锚杆采用一段螺纹钢筋与传感器的万向节相连。此外厂方还可根据需要加工特殊形式的安装部件[3]。

当使用便携式读数仪设置仪器预拉伸量时，使用表1中的量程范围确定合适位置。裂缝计读数范围，见表1。

表1 裂缝计读数范围

2 单层管片衬砌结构原位试验

单层管片衬砌结构：采用混凝土衬砌管片，管片内侧不设内衬。管片外径为6.0m，内径5.4m，管片厚度0.3m，衬砌管片通过螺栓连接。

3 监测区间加载时间

3.1 内压加载装置

单层管片衬砌结构原位试验工作压力等级为0.5MPa，水锤压力0.25MPa。考虑到内水压试验堵头设置及拆除困难，以及单层管片衬砌内水压风险高，为较好地模拟内压这一法向面荷载的作用，采用高压橡胶囊体充水模拟高内水压，配合内撑钢管反力支架作为加载装置[4]。

在隧洞内部安置高强度内撑钢管作为反力支架，4.8m内径的隧洞内撑钢管直径D4256*28，长6m，材质Q345C，壁厚28mm，内置环向加劲环(Q345C，h=200mm，δ=28mm，间距0.5m)，型钢内撑(Ⅰ20b)，纵向间距1m。纵向肋板(Q345C，h=200mm，δ=28mm)，按环向间隔30°布置；5.4m内径单层管片衬砌结构隧洞内撑钢管直径D4856×28，长6m，材质Q235C，壁厚28mm，内置环向加劲环(Q235C，h=200mm，δ=28mm，间距0.5m)，型钢内撑(Ⅰ20b)，纵向间距1m。纵向肋板(Q235C，h=200mm，δ=28mm)，按环向间隔30°布置。

3.2 加载时间

单层管片衬砌结构原位试验选取第2、5、6、9环管片作为监测断面，分别定义为a环、b环、c环、d环。试验分为3组进行，加载顺序依次为d环、b环和c环、a环，每组试验内压加卸载循环3次，每个循环耗时1d。加载时间记录，见表2。

3.3 内压加载流程

试验区间长度均为15m，考虑囊体和内衬钢管反力架的长度，每个试验区间均分为3组，区间内第2环管片为第1组；第5、6环管片为第2组；第9环管片为第3组，考虑到加载装置进场顺序，试验阶段按照组别倒序开展加载，即第3组首先进行加载试验[5]。

表2 加载时间记录

4 单层管片衬砌结构原位试验振弦测缝计监测成果

单层管片衬砌结构原位试验区间在1d环上安装12支振弦式测缝计，1d环管片内弧面每条接缝沿环向和纵向各设置2支测缝计，合计12支，均正常工作。环向测缝计用于监测接缝的张开或闭合状态，纵向测缝计用于监测接缝的错台现象。内压加载过程中，环向振弦式测缝计测值1d环3次加载变化曲线图，见图1；纵向振弦式测缝计测值1d环3次加载变化曲线图，见图2。3次内压加载试验中，管片测缝计测值趋势及量值较为接近，且第1次内压加载试验完成后，部分仪器测值无法完全恢复到初始状态，使得第2和3次试验中内压0.06MPa时的测值较第1次试验波动大。

由图1可知，整体上看，内压增大，1d环管片环向振弦式测缝计测值呈现逐渐增大趋势，说明管片接缝张开量逐渐增大，管片受内压作用后膨胀变形，相同内压大小作用下，管片最大接缝张开量位于拱顶L1-B1接缝处，右拱腰接缝F-L1和拱底接缝B3-L2张开量次之，从量值上看，峰值内压作用下，管片拱顶最大接缝张开量为2.07mm，>2mm限值，其它位置接缝张开量均<0.50mm，可见，本区间结构在内压达到0.36MPa时，首先可能会在拱顶发生外水渗漏，影响结构的正常运营[6]。