1、2号线所处的温度环境极为相似,从第3期到第10期监测,它们经历了相同的温度变化,但是,就在这同样的温度变化条件下,2号线却出现了在数量和程度上都远大于1号线的异常区域。这一现象表明温度不是造成2号线大量异常区域的直接和唯一的原因,虽然这些异常区域在应变变化上表现出与温度变化极为相似的趋势,但这并不能作为温度造成2号线大量异常的唯一充分条件,而只能表明造成2号线异常的作用力同温度有着某种密切的联系,从而具有相同的变化趋势。
那么,隧道结构所受到的哪些作用力与温度有着这种密切联系呢?经过分析,具备这种特性的作用力有两种,温度应力和围岩压力。
○1温度应力
温度应力是由温度变化在特定结构约束条件所产生的,因此必然同温度有着密切的联系。由于1号线和2号线所测量的是隧道结构轴向应变,因此可以认为这是一个一文问题,即单向约束问题。
王铁梦[117]指出,对于单向约束的温度应力问题,在全自由条件下,无约束应力,有最大变形
T:温度差,升温为正,反之为负
α:线膨胀系数
在全约束条件下,无变形,有最大应力:
在弹性条件约束下, (5.5)
由此可见,隧道结构的轴向约束条件、弹性模量和线膨胀系数决定了隧道的轴向应变。在全约束条件下,不论温度如何升高,应变都不会增加,而在全自由条件下,没有应力,应变达到最大。由于实际施工的不均一性,如模版施工的先后顺序、混凝土组份和凝固时间的差异等等,隧道结构中各部分的轴向约束条件、弹性模量和线膨胀系数都不尽相同,因此在相同的温度变化条件下,隧道内各区域的应变也会有差异,尤其是一些强度较低的局部区域,会在周围结构的挤压下压缩变形。
○2围岩压力
对白泥井3号隧道当地的气候条件深入分析后发现,隧道温度在2004年7月至8月之间保持着相对较高的温度水平,而此时也正值当地水量充沛的雨季,降水量与温度具有相近的变化趋势。降水量的升高,使得大量雨水渗入隧道所在滑坡体内,有可能从以下几个方面促进滑坡的发生,从而增大围岩压力[113]:
(1)雨水入渗增加了滑坡体的自重,从而导致围岩压力增大;
(2)雨水渗透入土体的孔隙和岩石的裂缝中,会造成土石的抗剪强度降低,从而加大滑坡向着隧道方向滑动的可能,局部也可能发生小规模的滑动,造成局部围岩压力增大;
(3)雨水入渗补给地下水,增大静水压力,其结果也是造成土石抗剪强度降低,从而加大滑坡向着隧道方向滑动的可能,局部也可能发生小规模的滑动,造成局部围岩压力增大。
从各异常区域的应变走势来看,大多数的变形都是可以恢复的,这表明在雨季过后、随着滑坡体内含水量的降低,隧道结构所受到的围岩压力也相应减少,结构发生了弹性恢复。
由于在空间分布上2号线紧邻滑坡,它所在的衬砌直接承受围岩压力的作用,因此相对于1号线而言,2号线更容易受到滑坡的影响,这就解释了为什么在同样的温度条件下,1号线和2号线上却出现了不同的异常情况。
温度应力和围岩压力受当地气候条件影响而变化,是造成1号线和2号线上局部小范围异常的原因,尤其是围岩压力对隧道结构的作用,造成2号线上出现了数量和程度远大于1号线的众多异常区域。另外,这些异常区域内所发生的结构应变异常,会随着雨季的结束而消失,这表明隧道结构仍然处于弹性变形的范围以内,是可以恢复的,不会对隧道的整体健康造成威胁。
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