■ 李占鴻 LI Zhanhong 王 英 WANG Ying 陸 玨 LU Jue

0 引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市化的推進(jìn)，交通問(wèn)題日益突出。城市軌道交通以其安全、準(zhǔn)時(shí)、舒適、快捷等特點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外大中城市和地區(qū)解決城市交通的重要手段。由于城市交通線路有時(shí)不可避免地穿過(guò)人口稠密區(qū)域，如居民區(qū)、醫(yī)院、科研院所、古跡區(qū)域等，其振動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，地鐵振動(dòng)屬于微振動(dòng)。對(duì)于一般建筑，建筑安全的閾值比較高，通常不會(huì)損壞其結(jié)構(gòu)安全性。然而，對(duì)于某些早期建筑：由于材料強(qiáng)度較低、施工質(zhì)量較差、累計(jì)損傷較多等原因，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)的抵抗能力較弱；此時(shí)，振動(dòng)可能對(duì)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響，導(dǎo)致地基不均勻沉降、構(gòu)件開(kāi)裂等，嚴(yán)重時(shí)造成建筑物倒塌。已有研究表明，地鐵振動(dòng)對(duì)保護(hù)級(jí)建筑物的結(jié)構(gòu)安全具有較大的影響。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)地鐵振動(dòng)，基本以振動(dòng)產(chǎn)生階段、傳播階段、作用階段作為研究目標(biāo)，分別從振動(dòng)源、振動(dòng)傳播途徑、振動(dòng)作用處入手展開(kāi)研究。主要有針對(duì)地鐵振動(dòng)的理論研究，對(duì)傳播規(guī)律進(jìn)行分析的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及數(shù)值模擬等[1-4]。對(duì)于磚木結(jié)構(gòu)住宅受地鐵振動(dòng)的損傷方面，目前研究較少，還缺乏相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)。為此，本文以上海市某磚木結(jié)構(gòu)住宅為研究對(duì)象，對(duì)其地鐵振動(dòng)下的振動(dòng)響應(yīng)及損傷進(jìn)行實(shí)測(cè)分析。

1 工程概況

某房屋為西班牙式風(fēng)格的2層磚木結(jié)構(gòu)（圖1），處于上海地鐵10號(hào)線宋園路站和虹橋路站之間，與地鐵10號(hào)線距離約為50m（圖2），2007年曾進(jìn)行過(guò)保護(hù)性修繕。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，10號(hào)線宋園路站單個(gè)方向發(fā)車時(shí)間間隔約為5min。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

圖1 某2層磚木結(jié)構(gòu)房屋

圖2 樓板測(cè)點(diǎn)布置示意圖

根據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—88）規(guī)定以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境，在一層客廳和房間樓板分別布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)；由于二層樓板均為木地板（較松軟），因此，在二層走廊平坦、堅(jiān)實(shí)的大理石地板上布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)（圖2）。每個(gè)測(cè)點(diǎn)包括三分量傳感器，方向分別為建筑物的東西向、南北向及鉛垂向。

2.2 監(jiān)測(cè)儀器

測(cè)試時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布置測(cè)點(diǎn)（圖3）及拾振器，由941B型拾振器接收振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)941型放大器（放大），送NIUSB6210采集卡采集，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理。

2.3 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

本次監(jiān)測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有：《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—88）、《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88）、《機(jī)械振動(dòng)與沖擊人體暴露于全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)》（GB/T 13441.1—2007）、《中國(guó)地震烈度表》等。

2.4 測(cè)量結(jié)果

圖3 現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試照片

圖4 測(cè)點(diǎn)1(1層客廳)3個(gè)方向的加速度時(shí)域曲線圖(15:56～16:26)

3個(gè)測(cè)點(diǎn)樓板東西向、南北向和鉛垂向半小時(shí)的加速度時(shí)域曲線如圖4～6所示。測(cè)點(diǎn)水平向加速度最大峰值列于表1。從結(jié)果可知，樓板水平向最大加速度響應(yīng)為24.11mm/s2。依據(jù)推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742—2008），其強(qiáng)弱程度相當(dāng)于烈度2～3度的小震水平。

3 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

3.1 振動(dòng)對(duì)房屋的影響評(píng)價(jià)

按照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—88）規(guī)定，以及推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械振動(dòng)與沖擊人體暴露于全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)》（GB/T 13441.1—2007）中有關(guān)“振動(dòng)評(píng)價(jià)”的規(guī)定，從整段鉛垂向加速度時(shí)程曲線中取出至少5段地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)的響應(yīng)曲線，對(duì)每段鉛垂向加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行1/3倍頻程譜中心頻率的頻率計(jì)權(quán)，按計(jì)權(quán)因素修正后，對(duì)1/3倍頻程譜帶數(shù)據(jù)求和得到頻率計(jì)權(quán)加速度，計(jì)算每一時(shí)間段內(nèi)鉛垂向Z振級(jí)，計(jì)算公式為：

表1 測(cè)點(diǎn)水平向加速度最大峰值

圖6 測(cè)點(diǎn)3(2層走廊)3個(gè)方向的加速度時(shí)域曲線圖(15:56～16:26)

式中：a—頻率計(jì)權(quán)的振動(dòng)加速度m/s2；

a0—基準(zhǔn)加速度值，a0=10-6m/s2。

采用的評(píng)價(jià)量為地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)振級(jí)測(cè)量值的算術(shù)平均值。按照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—88）有關(guān)“測(cè)量數(shù)據(jù)記錄和處理”的規(guī)定，列出各層測(cè)點(diǎn)在地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)引起的樓板鉛垂向Z振級(jí)VLZ及數(shù)據(jù)的測(cè)量時(shí)間，如表2、3給出了測(cè)點(diǎn)1晝間和夜間鉛垂向最大振級(jí)VLZ。各測(cè)點(diǎn)晝間和夜間鉛垂向最大振級(jí)VLZ平均值見(jiàn)表4。由結(jié)果可知，在晝間不同時(shí)間段，一層樓板鉛垂向Z振級(jí)VLZ的平均值在60.6～62.5dB之間，2層平均值在61.3～61.7dB之間；在夜間至凌晨不同時(shí)間段，1層樓板鉛垂向Z振級(jí)VLZ的平均值在56.4～57.6dB之間，2層平均值為57.5dB。

表2 測(cè)點(diǎn)1晝間鉛垂向最大振級(jí)VLz

表3 測(cè)點(diǎn)1夜間至凌晨鉛垂向最大振級(jí)VLz

表4 測(cè)點(diǎn)晝間、夜間至凌晨鉛垂向最大振級(jí)VLz平均值/dB

根據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88）中對(duì)城市各類區(qū)域Z振級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定，測(cè)試建筑物屬于交通干線道路兩側(cè)的適用地帶范圍。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，建筑物各層樓板鉛垂向Z振級(jí)VLZ的晝間評(píng)價(jià)量為62.5dB（取較大值），夜間評(píng)價(jià)量為57.6dB（取較大值），均小于《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88）中有關(guān)“交通干線道路兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)值為75dB，夜間標(biāo)準(zhǔn)值為72dB”的規(guī)定限值。

3.2 損傷監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

建筑物振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行實(shí)測(cè)的同時(shí)，對(duì)建筑物產(chǎn)生的損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本次監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)建筑物出現(xiàn)明顯的裂縫、傾斜、位移等損傷，因而得出結(jié)論，地鐵振動(dòng)的影響主要以舒適度影響為主。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)上海某磚木結(jié)構(gòu)住宅受相鄰地鐵振動(dòng)影響的實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)對(duì)該房屋產(chǎn)生的振動(dòng)和損傷較小。本次監(jiān)測(cè)為地鐵振動(dòng)影響研究積累了數(shù)據(jù)。為了進(jìn)一步研究軟土地區(qū)地鐵振動(dòng)對(duì)既有住宅的影響，后續(xù)研究可選擇地鐵沿線更多類型結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)考慮房屋既有損傷的影響。本研究成果可為進(jìn)一步研究地鐵振動(dòng)誘發(fā)建筑物的振動(dòng)水平提供依據(jù)，為保障地鐵沿線既有住宅安全使用及管理提供一定的技術(shù)參考。