深埋雨水管道水平位移监测基准的可靠性研究*

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

0 前言

为了保证地下空间施工的顺利进行，需要对隐蔽性的深埋既有雨水管线进行安全状态掌控，通常方法是采用人工间接监测法进行监测，即通过布置于地表的深埋间接点的形变来间接表征雨水管线的变形，从而进一步评价既有雨水管线的安全状态。

人工间接监测法，虽然对地下工程中穿越施工的安全监控具有一定的参考作用，但也存在着量测受土体变形滞后效应影响，及时性不够，受交通、天气等条件影响大，监测频率受限等不足。

为了解决人工间接测量的不足，针对地下深埋管线的刚性内撑基准法监测方法应运而生。通过在雨水管道内部设置能够牢靠安装于管道内壁的内撑基准架，将竖向位移传感器安装在内撑基准架上，从而量测雨水管道的竖向变形。

通过在监测雨水管网范围的两端部内撑基准架间安装、张拉、紧固纵向预应力钢绞线，形成稳定的水平位移基准，在各内撑基准架与预应力钢绞线水平位移基准间安装水平位移传感器，从而可以方便地量测深埋雨水管道与水平位移基准点间的相对水平位移。

监测原理如图1所示。

图1 刚性内撑基准法监测原理示意

这种监测方法能够直接监测深埋管线的变形，不需要地表设点或钻孔。其监测结果不受土体形变影响，监测数据能及时反映当前管线实际变形。

然而，本监测方法需要建立水平位移基准线进行数据分析，故基准线本身的稳定性、可靠性对于监测结果的准确性至关重要。

1 水平位移监测基准可靠性分析现场试验[1-5]

为验证水平位移基准的稳定性及可靠性，进行监测可靠性现场试验（图2）。通过测量钢丝绳索力及水平位移，分析作为水平位移基准的张紧钢丝绳的应力-应变变化。

试验方案如下：

1）拉钢丝绳于两堵互相平行的墙上，钢丝绳两端固定在墙上，在钢丝绳跨中位置安置位移计和索力计。

2）通过花篮螺栓拉紧钢丝绳，直至索力计显示钢丝绳预加应力达到试验设计值。

3）以1 次/h的监测频率读取位移计数值，分析钢丝绳在整个监测期间的水平位移变化。

图2 水平位移基准可靠性试验原理示意

本次试验钢丝绳跨度为15 m左右。考虑到第1次张拉钢丝绳后，钢丝绳会产生一定的应力松弛，故在张拉钢丝绳10～15 min后复拉1～2 次，以消除应力松弛对钢丝绳水平位移的影响。

2 试验工况及数据汇总分析[6-10]

通过选用不同直径钢丝绳，施加不同的初始轴力，比较分析钢丝绳轴力大小对水平位移基准稳定性的影响。本次试验现场采用了2 种直径的钢丝绳，分别为3 mm（工况1）和6 mm（工况2），其施加的初始预拉力分别为2.75 kN和5.87 kN。

通过试验，将监测数据汇总分析，得到以下曲线（图3）：

图3 工况1试验结果汇总

由于在工况一试验中，2014年8月29日～9月1日发生停电事故，于9月2日进行了钢丝绳复拉。在图3（a）上可以看到复拉前索力最大值为2.75 kN，最小值为2.72 kN。复拉后索力最大为3 kN，最小为2.91 kN，变化量不到0.1 kN，变化率为3%，整体变化成周期性变化。试验显示复拉1～2 次可以有效减少应力松弛对钢丝绳轴力的影响。

图3（b）显示，以初始位移作为零点，水平位移最大值为0.41 mm。

2014年9月9日，更换φ6 mm钢丝绳后，试验显示钢索力最大值为5.87 kN，最小值为5.72 kN，差值为0.15 kN，变化率为2.5%，相比使用3 mm钢丝绳更趋于稳定。

以2014年9月9日更换钢丝绳后的初始位移作为零值，位移最大差值仅为0.32 mm，相比使用φ3 mm的钢丝绳变化量更小。

3 结语

本文进行现场试验分析了深埋管线基准线的可靠性，通过施加不同的钢丝绳拉力，研究钢丝绳预应力对于基准稳定性的影响，得到以下试验结论：

1）通过复拉1～2 次即可有效减少钢索应力松弛对钢丝绳预应力的影响，2 次试验中，钢丝绳拉力变化量均小于3%。

2）在钢索长度15 m左右时，施加2.75 kN的预拉力可以使钢索水平位移控制在0.41 mm内。施加5.87 kN的预拉力可以使钢索水平位移控制在0.32 mm内，可见增加钢索轴力可以提高水平位移基准稳定性。

3）对于15 m的钢索长度，2 次试验的水平位移变化量均控制在0.5 mm之内，且水平位移变化均为周期性变化。可以判断水平位移基准处于基本稳定状态。