固定式测斜仪对洞桩法施工车站边桩深层水平位移的监测

GXF360 2020-06-28

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地铁车站采用洞桩法施工时，对交通和周围居民生活的影响较小。洞桩法施工过程为：先挖导洞，并在洞内打桩；梁柱完成后，施作顶部结构；最后，在其保护下施工。可见，洞桩法施工实际上就是将着盖挖法施工的挖孔桩梁柱等转入地下进行。

目前，文献[1-4]等对洞桩法车站桩体水平位移的研究，均通过数值模拟的方法，来总结车站结构或地层的变形规律。相比之下，基于桩体水平位移实测数据的研究鲜有报道。

党的十九大报告把乡村振兴战略作为党和国家的重大战略，这不是空穴来风，而是在分析了我国社会现状之后所做出的政策战略规划，是符合中国国情、利于国家发展的举措。党中央发布的有关于农业发展的“中央一号文件”中多次出台有关于乡村经济扶持、产业振兴等政策，足以体现国家对乡村产业振兴的重视程度。

北京地铁某洞桩法施工车站(以下简为“监测车站”)，利用固定式测斜仪，开展桩体水平位移监测研究。既得到了丰富的监测数据，也积累了宝贵的经验，能为后续研究提供参考。

1 监测前期工作

1.1 方案设计和监测原理

监测车站埋深为9～11 m，为双跨连拱墙结构。研究选择标准断面作为监测断面，在断面A轴和C轴边桩分别布置了8台BGK6150-1型单轴测斜仪(如图1所示)。

图1 标准断面单轴测斜仪的布设位置

测斜仪内置的高精度传感器，可将倾角θ转换为电压信号U输出。故测量U值，即可算得相应测斜仪的θ值。

数学思想是内隐的,数学方法是数学思想的表现形式和得以实现的手段．数学思想比数学方法更深刻、更抽象地反映了数学对象间的内在联系[3]．笔者认为,数学思想形成的前提是让学生经历应用的历练,而教师提供时间与空间是“方法”提升为“思想”的保证．为了促使学生更好地感悟数学的思想方法,提升数学的思维能力,教学中就需要教师进一步的引领和学生群体的互动．

如图2,设I(传感器处)与其下方相邻的传感器或底部滑轮处(O点)的距离为L，则第i台传感器的水平位移为Di= Lisinθi。

图2 测斜仪水平位移计算原理示意图

将Di累加，可以得到n支测斜仪串联的累积水平位移：

Dn=L1sin θ1+L2sin θ2+…+Lnsinθn

(1)

本次Dn测量值和上次Dn测量值的差值，即为本次位移值；本次位移值与上次累积位移之和，即为本次累积位移值。这样就可求得不同工况下的桩体水平位移值。

一般资料两组性别、年龄、体重指数（BMI）、受伤至就诊时间、损伤因素、病变部位、合并症、CT表现分型及其他治疗措施等相比，差异均无显著意义（P＞0.05），具有可比性，见表1。

1.2 仪器安装和监测

BGK-6150-1测斜仪采用φ 70 mm的测斜管，随钢筋笼下放，逐节安装。桩孔应有足够的深度，并应避免沉碴影响钢筋笼的下放。测斜管应安装在迎土一侧，既方便电缆的保护，也避免后期凿桩侵限时破坏测斜管。测斜管安装完成后，管顶应低于桩顶约20 cm，以预留孔口悬挂固定组件的空间。安装后的孔口现场实况照片如图3所示。

图3 固定式测斜仪的安装孔口实景图

电缆应就近沿导洞侧壁向上延伸，并悬挂在人手可触及的高处(如图4所示)。桩顶下1 m至桩顶上2 m范围内的电缆，应严密包裹软材料作为缓冲层。电缆正下方的导洞底板应凿出一个沟槽，并将电缆放入，以避免机械行走时将电缆压坏。冠梁施工前，应及时接长电缆，以延伸至方便人工采集数据的地方。

拟一级反应动力学模型和拟二级反应动力学模型的拟合参数如表2所示。由表2可知，各组打浆转数下，拟一级反应动力学模型对玉米芯残渣酶水解曲线的拟合效果较差，其相关系数R2为0.9443～0.9762之间；而拟二级反应动力学模型对玉米芯残渣酶水解曲线的拟合效果很好，其相关系数R2均在0.9900以上。这说明玉米芯残渣的酶水解动力学过程符合拟二级反应动力学模型，即玉米芯残渣的酶水解反应属于存在饱和位点的多级反应。

图4 桩顶电缆的保护

因为施工场地狭小，无法为自动化数据采集仪提供可靠的、稳定的平台，故本工程仍需采用人工监测。

Video S4: The imaging process of the semiconductor testing chip

2 监测数据处理

冠梁施工之前，施工机械距离传感器电缆较近，但此时边桩尚未受力，理论上不应发生明显变形。如果初始值采集过早，数据中可能会包含更多的施工电磁干扰。

冠梁施工之后，边桩开始受力，而此时施工机械也距离电缆较远，电磁干扰减弱。初始监测值的采集，应结合工况，尽可能避开电磁干扰，但又不能晚于边桩受力，从而抓住主要因素，忽略次要因素。

2.1 温度修正

以桩身混凝土浇筑后一个月、桩间旋喷桩施工前的测量值为初始值，得到监测车站C轴边桩各阶段的桩体水平位移如图5所示。

图5 桩体水平位移

从图5中可以看出：桩间旋喷桩施工前，最大水平位移已超过10 mm；旋喷桩施工后，最大水平位移接近25 mm；冠梁混凝土浇筑后，最大水平位移达到22 mm；扣拱开挖前，最大水平位移约15 mm。图5中，边桩施工后，未进行土方开挖作业，桩体水平位移就达到了1～2 cm，且前后剧烈变化。这显然是不合理的。

分析试验数据发现，在冠梁浇筑之前，部分传感器输出电压值异常波动，呈现出不稳定状态(如图6所示)。

图6 温度修正前的电压时程曲线

经分析，波动可能是由温度引起的。C轴边桩传感器的温度时程曲线如图7所示。由图7可见，在电压波动比较大时，传感器温度也刚好发生了突变。这可能是受旋喷桩施工影响。

图7 传感器温度时程曲线

温度的突变会引起结构变形及测斜仪输出电压值的突变。BGK-RB500读数仪上的电压温度变化比ε=0.000 25 V/℃。据此，可对测斜仪输出电压值进行修正。

UT=U+ε(T-T0)

(2)

式中：

UT——温度修正后的电压值；

U——温度修正前测斜仪输出电压值；

T——一般测试时的传感器温度；

T0——首次数据采集时的传感器温度。

利用UT可计算扣拱开挖前的桩体水平位移温度修正值。修正前后的监测结果如图8所示。由图8可见，修正前后的变形量差距不大。这说明传感器输出电压值异常波动并非由温度波动引起。故温度修正不能解决数据波动的问题。

图8 温度修正对监测结果的影响

2.2 合理选择初始状态

在传感器输出电压值波动时期，传感器周边正在进行边桩、旋喷桩及冠梁等的施工。故传感器容易受到各种施工机械的电磁干扰，而电缆所配备的屏蔽线，只能适量减轻这些施工影响，而无法完全抵销。

近年来，祁县一直坚持把民生摆在突出重要的位置，着力抓好项目建设和民生改善两件大事。道路改造、湿地公园建设等八大惠民工程，涵盖教育、医疗、交通、住房、饮水等方面内容的十二件实事，让民生走在幸福的春天里。新的历史时期，我们应在珍惜今天幸福生活，学会感恩，感恩历史，感恩先烈的同时，自觉以实际行动传承伟大的井冈山精神，始终坚守全心全意为人民服务的宗旨信念不动摇。大政方针要坚持一切为了群众，一切依靠群众，从群众中来，到群众中去，着力保障和改善民生；党员干部要立足本职岗位，以群众需求为第一信号，忠实履行党和人民赋予的职责，积极投身美丽文明祁县建设，为祖国的建设添砖加瓦。

桩体水平位移监测主要监测土方开挖和结构施工对桩体变形的影响。由于冠梁施工之前，扣拱土方尚未开挖，因此，冠梁施工之前的异常数据，应予以剔除，不计入桩体水平位移的计算中。

监测车站A轴传感器安装后第84天，即C轴传感器安装后第113天，冠梁浇筑完成，以此为初始状态。

3 变形分析

将冠梁浇筑完成时的监测数据作为初始数据，得到桩体水平位移如图9和图10所示。

在市场经济条件下，企业能够实现财务管理目标的重要手段和方法，与企业管理目标要求相契合的就是成本控制的应用。

图9 A轴桩体水平位移曲线

各施工阶段的桩体最大水平位移如表1所示。A轴和C轴边桩桩体水平位移值虽有差异，但随工况的变化趋势基本一致：位移增量主要发生在小导洞内初支扣拱后回填、初支凿除和站厅层土方开挖阶段。这说明这些施工对桩体水平位移影响较大，而扣拱开挖及二衬扣拱等阶段，位移变化并不明显。

终于在清康熙年创制用于泡饮的碗、盖二件式盖碗茶具。田自秉先生在《中国工艺美术史》中写道:“康熙时期陶瓷造型，有的沿用旧式；有的加以改造发展为新品种；有的富有独创性。如碗，早期有敞口碗、直口碗。中期多折腰碗。晚期创造了有盖碗，是专供饮茶用的。 [4] ”清代康熙年间创制盖碗，但当时的官方称呼是否为盖碗待考。如图4所示的这件康熙年间的盖碗茶具：敞口，深腹，圈足，盖呈浅碗形，圈形钮，碗外底与盖顶均有青花楷书“大清康熙年制”六字三行楷书款。此为康熙时期具有代表性的一款典型器，以后各朝在这此基础上有所调整，均有烧制（如图5）。

图10 C轴桩体水平位移曲线

表1 各施工阶段的桩体最大水平位移

施工阶段位移最大点深度/m各阶段最大水平位移/mm累积最大水平位移/mmA轴C轴A轴C轴A轴C轴小导洞内初期支护扣拱后回填阶段2.50.51.723.841.723.84扣拱开挖阶段2.50.50.511.102.234.94小导洞初支凿除阶段2.50.52.493.404.728.34初期支护扣拱阶段2.50.5-0.890.573.838.91站厅层土方开挖阶段0.55.0813.99

1) 小导洞内初期支护扣拱后回填阶段:产生了较大的水平推力。该推力指向车站内侧作用于桩顶，使边桩向车站内侧偏移。A轴边桩最大位移为3.84 mm，出现在桩顶；C轴边桩最大位移为1.72 mm，出现在2.50 m深处。

其次，场内杠杆资金规模庞大。今年股市有三类杠杆资金，一类是场内的两融资金，第二类是大股东质押，第三类是上市股东存在的信托或者资产管理计划，这里面又可分为明和暗两条线，明的是已经公告加杠杆的资产管理计划，如员工持股计划，暗的是通过“借新还旧”托股价的坐庄资金。据统计，今年6月各大股指全面暴跌前，这三类资金估计规模在5万亿左右，与2015年通过加杠杆进入股市的短线资金规模相当。金融去杠杆背景下，这些资金首当其冲。

2) 扣拱开挖阶段:桩体水平位移略有增大。A轴边桩最大位移达到4.94 mm，发生在桩顶，增量为1.10 mm；C轴边桩最大位移达到2.23 mm，出现在2.5 m深度处，增量为0.51 mm。扣拱开挖使车站内侧的应力得到释放，边桩在外部土压力作用下，逐渐向车站内侧挤压。虽然初支扣拱拱脚会产生一定水平推力，但这不足以使桩体向外偏移。

3) 小导洞初期支护凿除阶段:初期支护结构受力体系发生转换，小导洞退出工作，扣拱开始承担更大荷载。A轴边桩最大位移达到8.34 mm，出现在桩顶，增量为3.4 mm;C轴边桩最大位移达到4.72 mm，发生在2.5 m深度处，增量为2.49 mm。小导洞初期支护凿除后，扣拱跨度突然增大，支护体系的刚度明显减弱，是风险最大的阶段。初期支护凿除应严格分段完成，尤其在地下水丰富的地区更要严控分段长度，及时浇筑二次衬砌扣拱，减少暴露时间。

4) 二次衬砌扣拱阶段:A轴桩顶位移由8.34 mm增加至8.91 mm，增量是0.57 mm；C轴边桩最大位移达到3.83 mm，仍在2.50 m深度处，增量为-0.89 mm。此阶段，桩体水平位移变形暂时稳定。

该设计选用STM32F103RCT6作为控制核心，需要调用几个片内外设，Nokia5110显示器需要一组连续的普通GPIO口资源，驱动定时器需要定时器的PWM输出，还需要一个串口USART用来调试。外部晶振采用了8MHz的无源晶振，另外还增加了22pF的补偿电容，作为系统时钟源。STM32F103RCT6的引脚数目能够满足要求。

5) 站厅层土方开挖阶段:A轴边桩水平位移随开挖进行明显增大，最大值仍出现在桩顶，达到13.99 mm，增量为5.08 mm。由于C轴边桩传感器电缆被破坏，因此未能观测到土方开挖到底后的C轴边桩位移值。其根据A轴边桩监测结果推测，在侧面土压力作用下，桩体会发生明显的水平位移。