李偉 康龍 孫更利 郭瑞 苗書官

地鐵車輛基地是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，具有檢修、維護、測試地鐵車輛等功能。地鐵車輛基地建設工程量龐大，因此部分地區(qū)對車輛基地采用“地鐵+物業(yè)”的模式，以起到節(jié)約土地資源、優(yōu)化城市空間布局的作用。由于車輛基地上蓋平臺下采用框架結構，上部往往建設多棟住宅樓，考慮到抗震設防問題，需要設置結構轉換層，而轉換層結構受力十分復雜，且施工難度極大，實際運營過程受地鐵振動、嚴寒地區(qū)溫差、結構不均勻沉降等影響顯著。另一方面，由于車輛基地占地面積極大，為了解決其對交通的影響，部分地區(qū)會在上蓋規(guī)劃市政道路，增大了結構設計的難度，需要同時滿足建筑和市政橋梁的設計要求，并保證在市政道路偶然荷載與長期荷載作用下的安全。這些問題均需要通過應用長期監(jiān)測手段持續(xù)采集相關數(shù)據(jù)，進而保證車輛基地主體結構的安全。

針對上述結構的監(jiān)測問題，目前，學界僅在住宅區(qū)域轉換層設計、施工方面進行了一定的研究，如：蘇效杰針對深圳蛇口西車輛基地地坪層進行了交通組織設計；張一純對分層設置進出車輛基地的道路和轉換層，較好地解決了結構和交通沖突的問題。但是目前尚無針對該類構件從設計、施工、運營各階段的全壽命性能分析與監(jiān)測研究。而且在車輛基地上蓋市政道路監(jiān)測方面，目前尚無相關方面的研究。

鑒于此，本文以哈爾濱車輛段基地為工程背景，結合實際施工環(huán)境，提出了指定區(qū)域重點部位的應力、應變及溫度的長期監(jiān)測方法，以全面反映實際施工狀態(tài)，實現(xiàn)場地施工信息化，并保證結構安全。同時為基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的施工優(yōu)化方法提供支持。

一、工程概況

安通街車輛基地位于哈爾濱市香坊區(qū)紅星街以東、規(guī)劃安通街以北、既有城市三環(huán)路以西區(qū)域，該地長約1295m，寬約451m，占地為43.71公頃。車輛基地共分五大區(qū)，即車輛運用及工程車庫區(qū)、車輛運用及工程車庫前岔行區(qū)、檢修庫區(qū)、檢修庫前的岔行區(qū)以及卸車場區(qū)域。其中上蓋平臺下包括C區(qū)和D區(qū)，C區(qū)（檢修庫）平面尺寸145.9×254.1m，層高為14.5m，檢修庫蓋頂由規(guī)劃市政道路分成左右兩部分，左側為幼兒園及商業(yè)；道路右側為規(guī)劃市政停車場及綠化場地。D區(qū)上蓋開發(fā)項目，不設置地下室，結構一層（層高9.5m，承臺頂面-1.5m，結構高度11.0m）為地鐵停車庫，二層（層高為5.7m）為住宅停車庫，三至十三層（三層層高為4.8m，四層及以上層高為2.95m）為住宅，共建設二十棟單體樓，建筑總高度為49.6m。

圖1 車輛基地上蓋開發(fā)效果圖

二、監(jiān)控方法

1.監(jiān)控項目

根據(jù)設計要求并結合施工環(huán)境和工況情況，檢修庫上蓋規(guī)劃道路區(qū)域鋼筋混凝土梁采用自動化監(jiān)測，監(jiān)控項目包括鋼筋混凝土梁應力、鋼筋混凝土梁撓度變形、結構受地鐵及車輛的振動響應。D區(qū)上蓋高層住宅選擇代表性區(qū)域進行施工過程人工監(jiān)測，監(jiān)測項目包括型鋼混凝土梁柱應力、上蓋建設過程沉降、結構受地鐵的振動響應。

2.測點布置與監(jiān)測手段

在穩(wěn)固、已經(jīng)完成沉降的結構物上設置不少于3個監(jiān)測基準點，形成附合導線。

對于板梁應力，考慮到測試設備的精度和穩(wěn)定性及堅固程度，選用振弦式應變計進行測試，通過記錄應變計內置鋼弦由于長度變化所造成的振動頻率變化，經(jīng)公式轉換求取測點應變值。根據(jù)鋼筋混凝土梁的受力理論，當梁上部承托城市道路時，在轉換梁常用截面尺寸內，轉換梁在豎向荷載作用下的內力同普通框架梁跨中作用集中荷載相似。由于轉換梁跨度較大，其跨中和梁端的彎矩、剪力都非常大。因此分別在受力較大的梁跨中下緣設置內埋式應變傳感器（C區(qū)）/表貼式應變傳感器（D區(qū)）及對應位置鋼筋設置鋼筋應力計，分別監(jiān)測鋼筋混凝土梁/型鋼混凝土梁的變形及受力情況。對于型鋼混凝土框支結構+超大面積厚板形成結構轉換層則選取4個代表性框格，在每一框格框架梁、跨中位置型鋼梁底板各布置一個表貼式振弦應力傳感器，相應位置布置內埋式應力應變傳感器。

針對梁柱撓度沉降問題，在C區(qū)檢修庫上蓋規(guī)劃道路區(qū)域選擇跨度最大的框格，采用大量程壓差式靜力水準儀布置在梁跨中，基準參考點設置在相鄰的墩柱上，運營階段通過自動化設備監(jiān)測主梁在車輛荷載作用下的撓度變形。對于高層建筑代表區(qū)域，轉換層型鋼混凝土梁柱的沉降變形可采用電子水準儀或者全站儀測量。此時需要考慮現(xiàn)場溫度的影響，結構往往在經(jīng)歷一個夜晚后整體結構溫度會比較均勻，因此多選擇清晨6-8時進行監(jiān)測，并根據(jù)日出時間調整具體時間。通過萊卡全站儀進行測量，考慮現(xiàn)場施工環(huán)境的制約，采用極坐標法觀測水平位移。

在C區(qū)規(guī)劃道路區(qū)域最大跨梁格主縱橫梁布置壓電加速度傳感器，作行車振動觀測記錄。行車持續(xù)的荷載使建筑物產(chǎn)生持續(xù)的響應，驗證建筑物克服共振、疲勞及其他受迫振動引起的有害效果。在運營階段針對D區(qū)幼兒園、高層住宅區(qū)等建筑結構物采用移動式無線拾振器對結構振動情況進行監(jiān)測。

3.靜動載試驗

靜載試驗主要測試主梁控制截面在相應控制荷載作用下的變形（或者偏位）、應力情況。試驗的主要測試項目有包括對應最不利截面的撓度測試和對應最不利截面的應變測試。

動荷載試驗是為了測定結構的自振特性或者在動力荷載作用下的動力響應特性，通過動載試驗評定該結構的行車性能以及行車安全和舒適度，為了通過監(jiān)測數(shù)據(jù)檢驗在行車作用下結構的安全性能，開展監(jiān)測橋梁的自振特性的監(jiān)測；汽車荷載作用下的無障礙行車試驗、動應變和沖擊系數(shù)；汽車荷載作用下的剎車試驗、動應變和沖擊系數(shù)。

4.監(jiān)控頻率

監(jiān)控頻率應當在原則上取用相關設計單位規(guī)定的頻率進行，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行靈活調整。并且當出現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)達到報警值、數(shù)據(jù)突發(fā)性增大或者變動速率加快、周邊荷載突然增大或者超過設計限制等情況時，應提高監(jiān)控頻率。本次監(jiān)控任務中各個監(jiān)控項目的頻率如表1所示。

表1 監(jiān)控周期及頻率

三、監(jiān)控信息的處理

監(jiān)控量測數(shù)據(jù)均由計算機進行處理與管理，當取得各種監(jiān)控數(shù)據(jù)后，能及時進行處理，繪制各種類型的表格及曲線圖，對監(jiān)控結果進行回歸分析，預測最終位移值，預測結構物的安全性，確定工程技術措施。因此，對每一個測點的監(jiān)控結果要根據(jù)管理基準和變化速率等綜合判斷結構物的安全狀況，并編寫周、月匯總報表，及時回饋指導施工，調整施工參數(shù)，達到安全、快速、高效施工之目的。

監(jiān)控的初始測量值一般通過對初始變量中某一變量的數(shù)值或者統(tǒng)計觀測值按照時間順序排列成數(shù)值序列進行。在取得量測數(shù)據(jù)后，及時整理繪制位移時態(tài)變化曲線圖，即時態(tài)散點圖。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，根據(jù)散點圖的數(shù)據(jù)分布狀況，選擇合適的函數(shù)，對監(jiān)控結果進行回歸分析，以預測該測點可能出現(xiàn)的最大位移值，預測結構物的安全狀況。

四、結語

本文基于哈爾濱車輛段基地的實際工程情況，提出了指定區(qū)域重點部位的應力、應變及溫度的長期監(jiān)測方法，進而保證不同工程階段的主體結構安全，為車輛段基地上蓋物業(yè)開發(fā)及市政橋梁建設提供保障。