地铁车辆基地上盖型钢混凝土转换层施工监测技术研究

2021-09-16李伟康龙孙更利郭瑞苗书官

中华建设 2021年9期

李伟康龙孙更利郭瑞苗书官

地铁车辆基地是城市轨道交通系统的重要组成部分，具有检修、维护、测试地铁车辆等功能。地铁车辆基地建设工程量庞大，因此部分地区对车辆基地采用“地铁+物业”的模式，以起到节约土地资源、优化城市空间布局的作用。由于车辆基地上盖平台下采用框架结构，上部往往建设多栋住宅楼，考虑到抗震设防问题，需要设置结构转换层，而转换层结构受力十分复杂，且施工难度极大，实际运营过程受地铁振动、严寒地区温差、结构不均匀沉降等影响显著。另一方面，由于车辆基地占地面积极大，为了解决其对交通的影响，部分地区会在上盖规划市政道路，增大了结构设计的难度，需要同时满足建筑和市政桥梁的设计要求，并保证在市政道路偶然荷载与长期荷载作用下的安全。这些问题均需要通过应用长期监测手段持续采集相关数据，进而保证车辆基地主体结构的安全。

针对上述结构的监测问题，目前，学界仅在住宅区域转换层设计、施工方面进行了一定的研究，如：苏效杰针对深圳蛇口西车辆基地地坪层进行了交通组织设计；张一纯对分层设置进出车辆基地的道路和转换层，较好地解决了结构和交通冲突的问题。但是目前尚无针对该类构件从设计、施工、运营各阶段的全寿命性能分析与监测研究。而且在车辆基地上盖市政道路监测方面，目前尚无相关方面的研究。

鉴于此，本文以哈尔滨车辆段基地为工程背景，结合实际施工环境，提出了指定区域重点部位的应力、应变及温度的长期监测方法，以全面反映实际施工状态，实现场地施工信息化，并保证结构安全。同时为基于监测数据的施工优化方法提供支持。

一、工程概况

安通街车辆基地位于哈尔滨市香坊区红星街以东、规划安通街以北、既有城市三环路以西区域，该地长约1295m，宽约451m，占地为43.71公顷。车辆基地共分五大区，即车辆运用及工程车库区、车辆运用及工程车库前岔行区、检修库区、检修库前的岔行区以及卸车场区域。其中上盖平台下包括C区和D区，C区（检修库）平面尺寸145.9×254.1m，层高为14.5m，检修库盖顶由规划市政道路分成左右两部分，左侧为幼儿园及商业；道路右侧为规划市政停车场及绿化场地。D区上盖开发项目，不设置地下室，结构一层（层高9.5m，承台顶面-1.5m，结构高度11.0m）为地铁停车库，二层（层高为5.7m）为住宅停车库，三至十三层（三层层高为4.8m，四层及以上层高为2.95m）为住宅，共建设二十栋单体楼，建筑总高度为49.6m。

图1 车辆基地上盖开发效果图

二、监控方法

1.监控项目

根据设计要求并结合施工环境和工况情况，检修库上盖规划道路区域钢筋混凝土梁采用自动化监测，监控项目包括钢筋混凝土梁应力、钢筋混凝土梁挠度变形、结构受地铁及车辆的振动响应。D区上盖高层住宅选择代表性区域进行施工过程人工监测，监测项目包括型钢混凝土梁柱应力、上盖建设过程沉降、结构受地铁的振动响应。

2.测点布置与监测手段

在稳固、已经完成沉降的结构物上设置不少于3个监测基准点，形成附合导线。

对于板梁应力，考虑到测试设备的精度和稳定性及坚固程度，选用振弦式应变计进行测试，通过记录应变计内置钢弦由于长度变化所造成的振动频率变化，经公式转换求取测点应变值。根据钢筋混凝土梁的受力理论，当梁上部承托城市道路时，在转换梁常用截面尺寸内，转换梁在竖向荷载作用下的内力同普通框架梁跨中作用集中荷载相似。由于转换梁跨度较大，其跨中和梁端的弯矩、剪力都非常大。因此分别在受力较大的梁跨中下缘设置内埋式应变传感器（C区）/表贴式应变传感器（D区）及对应位置钢筋设置钢筋应力计，分别监测钢筋混凝土梁/型钢混凝土梁的变形及受力情况。对于型钢混凝土框支结构+超大面积厚板形成结构转换层则选取4个代表性框格，在每一框格框架梁、跨中位置型钢梁底板各布置一个表贴式振弦应力传感器，相应位置布置内埋式应力应变传感器。

针对梁柱挠度沉降问题，在C区检修库上盖规划道路区域选择跨度最大的框格，采用大量程压差式静力水准仪布置在梁跨中，基准参考点设置在相邻的墩柱上，运营阶段通过自动化设备监测主梁在车辆荷载作用下的挠度变形。对于高层建筑代表区域，转换层型钢混凝土梁柱的沉降变形可采用电子水准仪或者全站仪测量。此时需要考虑现场温度的影响，结构往往在经历一个夜晚后整体结构温度会比较均匀，因此多选择清晨6-8时进行监测，并根据日出时间调整具体时间。通过莱卡全站仪进行测量，考虑现场施工环境的制约，采用极坐标法观测水平位移。

在C区规划道路区域最大跨梁格主纵横梁布置压电加速度传感器，作行车振动观测记录。行车持续的荷载使建筑物产生持续的响应，验证建筑物克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果。在运营阶段针对D区幼儿园、高层住宅区等建筑结构物采用移动式无线拾振器对结构振动情况进行监测。

3.静动载试验

静载试验主要测试主梁控制截面在相应控制荷载作用下的变形（或者偏位）、应力情况。试验的主要测试项目有包括对应最不利截面的挠度测试和对应最不利截面的应变测试。

动荷载试验是为了测定结构的自振特性或者在动力荷载作用下的动力响应特性，通过动载试验评定该结构的行车性能以及行车安全和舒适度，为了通过监测数据检验在行车作用下结构的安全性能，开展监测桥梁的自振特性的监测；汽车荷载作用下的无障碍行车试验、动应变和冲击系数；汽车荷载作用下的刹车试验、动应变和冲击系数。

4.监控频率

监控频率应当在原则上取用相关设计单位规定的频率进行，并根据现场实际情况进行灵活调整。并且当出现监控数据达到报警值、数据突发性增大或者变动速率加快、周边荷载突然增大或者超过设计限制等情况时，应提高监控频率。本次监控任务中各个监控项目的频率如表1所示。

表1 监控周期及频率

三、监控信息的处理

监控量测数据均由计算机进行处理与管理，当取得各种监控数据后，能及时进行处理，绘制各种类型的表格及曲线图，对监控结果进行回归分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，确定工程技术措施。因此，对每一个测点的监控结果要根据管理基准和变化速率等综合判断结构物的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时回馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。

监控的初始测量值一般通过对初始变量中某一变量的数值或者统计观测值按照时间顺序排列成数值序列进行。在取得量测数据后，及时整理绘制位移时态变化曲线图，即时态散点图。在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监控结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值，预测结构物的安全状况。