徐 磊

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250014)

隨著城市地鐵建設(shè)高峰的到來，地鐵施工的安全成了首要問題，不僅需要保證工程自身施工安全，如何保證周邊建筑物的安全也是重中之重。根據(jù)北京的地質(zhì)特點(diǎn)，明挖基坑的鉆孔灌注樁一般采用旋挖鉆機(jī)成孔，雖然旋挖鉆機(jī)成孔對(duì)周邊環(huán)境影響較小，但在城市中心施工，周邊建筑物密集，情況復(fù)雜，測試和判定鉆孔過程對(duì)周邊建筑物的振動(dòng)影響范圍和程度是非常必要的，依據(jù)測試和分析結(jié)果，采取有效的保護(hù)措施，是降低施工風(fēng)險(xiǎn)的一種有效技術(shù)手段。

1 工程概況

北京地鐵6號(hào)線南鑼鼓巷車站為明挖施工，主體沿地安門東大街路南側(cè)設(shè)置，車站西端接近煥新胡同，距離周邊的保護(hù)四合院建筑較近(最近處約2.1 m)，車站東端接近火藥局五條胡同。站址處的地安門東大街道路南側(cè)多為臨街2～3層仿古商鋪建筑，除一些保護(hù)的四合院建筑沒有拆除，大部分的破舊民房已拆除。但由于拆遷協(xié)調(diào)原因，場地內(nèi)還存在部分民居未拆除。

南鑼鼓巷站為北京地鐵6號(hào)線與8號(hào)線的換乘車站，為左右線疊落島式站臺(tái)車站，主體結(jié)構(gòu)為地下三層框架結(jié)構(gòu)，局部外掛地下一層結(jié)構(gòu)，主體與風(fēng)道、出入口結(jié)合建設(shè)。車站主體及附屬風(fēng)道、出入口結(jié)構(gòu)全部采用明挖法施工。

南鑼鼓巷車站及其東端盾構(gòu)始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁采用φ1000@1400，共計(jì)495根;東端盾構(gòu)始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁采用φ1000@1500，共計(jì)40根。

2 振動(dòng)影響范圍測試及分析

北京作為全國政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，城市環(huán)保要求非常高，本標(biāo)段位于北京市的核心地帶二環(huán)以內(nèi)，最大限度地減少施工對(duì)周圍環(huán)境的影響尤為重要。

南鑼鼓巷車站及其東端盾構(gòu)始發(fā)井鉆孔灌注樁施工采用TR180D型旋挖鉆機(jī)，由于目前施工場地范圍內(nèi)尚有部分未拆遷的平房距離圍護(hù)樁施工場地較近(南～東區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)井北側(cè)未拆遷平房距盾構(gòu)井最小間距僅2.73 m，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)距未拆遷平房最小距離為5.60 m)，由于這些平房多為磚墻結(jié)構(gòu)，年久失修，已不同程度地開裂，車站主體及東端盾構(gòu)井圍護(hù)樁、降水井施工過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)可能會(huì)對(duì)該部分房屋造成一定影響，通過振動(dòng)檢測測定鉆孔灌注樁施工對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響，以便在后續(xù)施工過程中采取有效的措施控制鉆孔灌注樁施工的振動(dòng)影響范圍，確保周圍建筑物的安全。

2.1 檢測項(xiàng)目

檢測項(xiàng)目包括:①地基(或房屋)橫向振幅、加速度;②地基(或房屋)豎向振幅、加速度;③地基(或房屋)縱向振幅、加速度。

2.2 測點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)南鑼鼓巷站鉆孔灌注樁施工實(shí)際進(jìn)展及周邊房屋情況，以車站主體186#鉆孔灌注樁為檢測對(duì)象，以該樁為中心徑向布置4個(gè)測點(diǎn)，其中3個(gè)測點(diǎn)位于地表，按間距5.5 m，11.0 m，22.4 m布置，1個(gè)測點(diǎn)位于未拆遷平房的側(cè)墻上，距離約10 m，房屋測點(diǎn)安裝在離地高度1 m的墻頂上。測點(diǎn)布置如圖1。每個(gè)測點(diǎn)安裝橫向、縱向、豎向三個(gè)方向傳感器各一個(gè)。其中，布置于地表的3個(gè)測點(diǎn)人工挖土至原狀土后，安放監(jiān)測傳感器。

圖1 測點(diǎn)布置示意

2.3 檢測方法及儀器

主要測試儀器包括9818型壓電式加速傳感器、低頻拾振器、信號(hào)數(shù)據(jù)采集器等。試驗(yàn)中振動(dòng)幅值信號(hào)由國家地震局工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的891-Ⅱ型低頻拾振器拾取，由多通道信號(hào)放大器放大后，經(jīng)北京東方振動(dòng)與噪聲技術(shù)研究所生產(chǎn)的INV306大型智能信號(hào)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)直接進(jìn)行采集和記錄，最后采用DASP軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2.4 現(xiàn)場測試

測試過程各方法按照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測量方法》(GB 10071—88)進(jìn)行。鉆機(jī)施工開始后，各傳感器開始采樣，同步記錄在地面垂直方向(Z向)及水平徑向(X向)、橫向(Y向)各振動(dòng)速度、加速度傳感器的量值及時(shí)程曲線。每個(gè)測點(diǎn)連續(xù)測量10次，以10次讀數(shù)的算術(shù)平均值為評(píng)價(jià)值。

2.5 測試結(jié)果

有關(guān)振動(dòng)波傳遞的表述，目前國內(nèi)外相關(guān)研究與測試中主要用距振源不同距離處的速度或加速度來表述。本次測試中對(duì)各測點(diǎn)的速度、加速度進(jìn)行了測試和分析。

2.5.1 旋挖鉆機(jī)工作參數(shù)

施工現(xiàn)場使用一臺(tái)TR180D旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工，其主要工作參數(shù)如表1所示。

表1 旋挖鉆機(jī)主要工作參數(shù)

2.5.2 地基及平房振動(dòng)特征值

當(dāng)旋挖鉆機(jī)開始施工時(shí)，由各傳感器多次測量值的平均值計(jì)算得到振動(dòng)的加速度與速度特征值，如表2所示。

表2 振動(dòng)加速度與速度特征值

1)距震源5.5 m處測點(diǎn)1最大地基振動(dòng)速度、最大加速度波段圖見圖2。

2)距震源10.0 m處平房振動(dòng)測點(diǎn)4最大地基振動(dòng)速度、最大加速度波段圖見圖3。

2.5.3 旋挖鉆機(jī)停鉆時(shí)的振速及振動(dòng)加速度

在旋挖鉆機(jī)停鉆時(shí)，測試了地基及房屋在外界其它干擾源影響下的振動(dòng)速度值，如表3所示。

表3 外界干擾源的振動(dòng)速度特征值

2.5.4 振速及加速度衰減情況分析

地基測點(diǎn)的振速及加速度衰減見圖4。

由圖4可知:測點(diǎn)與振源距離的增大，其加速度及振速衰減趨勢顯著，當(dāng)增大到一定距離時(shí)，則衰減趨勢變緩。由加速度—距離曲線可見，距震源11.1 m以內(nèi)衰減很快，但11.1 m以后則曲線平緩。同一測點(diǎn)在豎直方向(Z方向)與水平方向(X，Y方向)上的速度、加速度差異較小，表明旋挖鉆機(jī)在各個(gè)方向上的振速、加速度差異不大。

臨近房屋的振動(dòng)及加速度:平房距震源10.0 m，在其墻上所布測點(diǎn)4的振速及加速度測值與距震源11.1 m處測點(diǎn)2的測值相比，各方向振動(dòng)速度稍微偏大，加速度偏小。主要是其距震源距離稍近、墻體結(jié)構(gòu)及地基結(jié)構(gòu)不同所致。

振動(dòng)影響范圍:通過對(duì)正常施工時(shí)測點(diǎn)3取得的振速和停鉆時(shí)測點(diǎn)2取得的振速測值進(jìn)行比較，可以得出地基各向振動(dòng)速度值大小基本相同(見表4)。

圖2 測點(diǎn)1地基振動(dòng)速度、加速度波段

圖3 測點(diǎn)4地基振動(dòng)速度、加速度波段

圖4 地基測點(diǎn)的振速及加速度衰減

表4 外界干擾源的振動(dòng)速度特征值

3 結(jié)論

國內(nèi)有關(guān)施工振動(dòng)對(duì)構(gòu)筑物影響方面的研究均采用質(zhì)點(diǎn)的最大振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度，或以位移和譜烈度以及能量比等地震指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ11—89)中對(duì)地震烈度的定義，地震烈度與相應(yīng)的水平和垂直加速度有相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如表5所示。

表5 地震烈度與相應(yīng)的水平和垂直加速度之間的關(guān)系

1)振動(dòng)的安全距離應(yīng)根據(jù)被保護(hù)物的要求確定，對(duì)于一般工業(yè)與民用建筑需抗7度地震，因此，旋挖鉆機(jī)振動(dòng)安全邊界的確定標(biāo)準(zhǔn)與該地震烈度下對(duì)應(yīng)的加速度可以相對(duì)應(yīng)，水平加速度＜0.1g，垂直加速度＜0.2g?！侗瓢踩?guī)程》中規(guī)定，地面質(zhì)點(diǎn)的安全振動(dòng)速度為:土窯洞、土坯房、毛石房屋為1 cm/s;一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑為2～3 cm/s。由于沒有具體的房屋振動(dòng)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，參照上述表述，可以考慮振動(dòng)對(duì)周圍構(gòu)筑物的安全影響區(qū)域以徑向加速度＜0.1g，垂直加速度＜0.2g或振動(dòng)速度＜1 cm/s作為可接受房屋振動(dòng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)。

2)測試結(jié)果表明，當(dāng)測點(diǎn)距震源點(diǎn)為5.5 m時(shí)，地面測點(diǎn)橫向及徑向最大振動(dòng)加速度＜0.1g，超過房屋建筑震動(dòng)7級(jí)烈度允許標(biāo)準(zhǔn)，主要工況為旋挖鉆機(jī)在卵石類較堅(jiān)硬地層施工;當(dāng)測點(diǎn)距震源點(diǎn)為10.0 m時(shí)，地面及房屋的各方向振動(dòng)速度峰值都在1 cm/s以內(nèi)，加速度峰值都＜0.1g，而且建筑物沒有產(chǎn)生任何破損?？梢哉J(rèn)為，旋挖鉆機(jī)施工一般對(duì)10.0 m以外的建筑物影響很小，一般也不會(huì)造成破壞，但若在10.0 m范圍內(nèi)有土坯房或質(zhì)量較差的磚混結(jié)構(gòu)，則旋挖鉆機(jī)振動(dòng)可能會(huì)對(duì)其產(chǎn)生破壞性的影響。

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