周洋 肖鵬飛 馮志耀 劉奧林 楊澤斌 王樹英

摘 要：為探明盾構(gòu)機(jī)穿越既有車站地下連續(xù)墻誘發(fā)的車站結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)規(guī)律，通過現(xiàn)場實(shí)測的方法，監(jiān)測盾構(gòu)刀盤切削地連墻過程中引起的振動，并對振動影響進(jìn)行評價(jià)。研究結(jié)果表明，停機(jī)狀態(tài)下，背景振動的主頻為30.8 Hz，磨墻過程中，刀盤產(chǎn)生振動主頻為89.3 Hz，相比于背景振動，磨墻產(chǎn)生的振動加速度峰值和有效值至少增加一個(gè)數(shù)量級；振動波傳遞至車站顯著衰減，加速度峰值最大衰減率能達(dá)到近98.35%；除了31.5 Hz，車站測點(diǎn)各頻段的最大振級均小于規(guī)范控制值；盾構(gòu)穿墻引起車站結(jié)構(gòu)振動速度為1.3 mm/s，小于國內(nèi)外規(guī)范給定的標(biāo)準(zhǔn)值。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道；盾構(gòu)機(jī)；振動；下穿；地下連續(xù)墻；現(xiàn)場實(shí)測

中圖分類號：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8023（2023）03-0161-11

Abstract：To investigate the vibration response law of station structure vibration induced by shield machine passing through the underground diaphragm wall of the existing station， the vibration caused by the shield cutter head cutting the underground diaphragm wall was measured by the method of field measurement， and the impact of the vibration was evaluated. The research results showed that the main frequency of the background vibration was 30.8 Hz in the stop state， and the main frequency of the vibration generated by the cutter head was 89.3 Hz in the process of cutting the wall. Compared with the background vibration， the peak value and effective value of the vibration acceleration generated by the cutting wall increased at least one order of magnitude. The vibration wave transmitted to the station was significantly attenuated， and the maximum attenuation rate of the acceleration peak value can reach nearly 98.35%. Except for 31.5 Hz， the maximum vibration level of each frequency band of the station measurement point were all smaller than the standard control value. When the shield tunneling through the underground diaphragm wall， the maximum response value of the vibration speed was 1.3 mm/s， which was less than the standard value given by domestic and foreign specifications.

Keywords：Shield tunnel; shield machine; vibration; underpass; underground diaphragm wall; field measurement

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52022112）

第一作者簡介：周洋，高級工程師。研究方向?yàn)樗淼琅c地下工程。E-mail： 771728502@qq.com

*通信作者：王樹英，博士，教授。研究方向?yàn)樗淼琅c地下工程。E-mail： sywang@csu.edu.cn

0 引言

隨著城市軌道交通建設(shè)需求的日益高漲，盾構(gòu)法施工因其安全、高效等優(yōu)勢，已經(jīng)成為一種主要的施工方法。在地鐵隧道修建過程中，由于換乘等需求，新建地鐵隧道有時(shí)需要近距離下穿既有地鐵車站，且由于既有車站的地連墻結(jié)構(gòu)往往深入車站底板以下一定的深度，勢必會出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)刀盤切削地下連續(xù)墻的情況。而在刀盤與玻璃纖維混凝土墻體接觸并緩慢磨墻的過程中，不可避免地會產(chǎn)生振動，進(jìn)一步地會誘發(fā)上部車站結(jié)構(gòu)振動，輕則引起車站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微裂痕，影響車站結(jié)構(gòu)正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻變形和屏蔽門脫軌等風(fēng)險(xiǎn)，危及列車運(yùn)營安全。因此有必要研究盾構(gòu)機(jī)刀盤磨墻引起的既有車站結(jié)構(gòu)振動問題。

關(guān)于盾構(gòu)機(jī)施工過程中誘發(fā)的振動問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究。王鑫等[1]通過在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)布置測點(diǎn)獲得了盾構(gòu)掘進(jìn)狀態(tài)下的振動速度時(shí)程曲線，并發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)地層中卵石層占比越大，刀盤產(chǎn)生的振動越大。張波等[2]基于現(xiàn)場實(shí)測探究了盾構(gòu)機(jī)在砂卵石層掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的振動規(guī)律及其傳播規(guī)律，同樣發(fā)現(xiàn)卵石含量是導(dǎo)致刀盤產(chǎn)生振動增大的主要原因。New[3]對卡地夫電纜隧洞施工引起的振動規(guī)律進(jìn)行研究，認(rèn)為盾構(gòu)機(jī)直徑與地層條件是影響盾構(gòu)施工振動大小的主要因素。Hiller等[4]研究了盾構(gòu)掘進(jìn)過程中造成的地面振動影響，并對引起的地表振動響應(yīng)水平進(jìn)行了探究。郭飛等[5]通過現(xiàn)場監(jiān)測，識別出盾構(gòu)施工誘發(fā)振動主要由刀盤與地層相互作用、渣土運(yùn)輸車輛和盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)備引起，并發(fā)現(xiàn)刀盤掘進(jìn)誘發(fā)振動頻帶較寬，主頻主要集中于20～90 Hz。郭飛等[6]依托蘭州某砂卵石地層盾構(gòu)隧道，通過隧道和地表同步采集三向振動加速度，研究盾構(gòu)施工誘發(fā)振動在地表50 m×50 m范圍內(nèi)的時(shí)域、頻域傳播規(guī)律。楊龍[7]利用FLAC軟件建立二維動力分析模型，分析了TBM開挖過程中的振動問題，發(fā)現(xiàn)低頻振動對地表的影響較大，施工振動的影響范圍在4～6倍洞徑內(nèi)。黃明利等[8]采用現(xiàn)場測試手段監(jiān)測TBM掘進(jìn)時(shí)地表橋臺及圍巖巖石的振動響應(yīng)，認(rèn)為對振動影響最大的因素為地質(zhì)條件及刀盤轉(zhuǎn)速，并得到了刀盤轉(zhuǎn)速與振動的對應(yīng)關(guān)系。仇兆明[9]采用現(xiàn)場測試的方法評估了盾構(gòu)施工誘發(fā)微電子工業(yè)廠區(qū)的振動影響。綜上所述，現(xiàn)有關(guān)于盾構(gòu)施工振動的研究主要集中在盾構(gòu)機(jī)與土層相互作用，特別是卵石地層，以及振動波在土層中的傳播規(guī)律。尚未有學(xué)者研究過盾構(gòu)機(jī)下穿越既有車站過程中磨墻誘發(fā)車站結(jié)構(gòu)的振動問題。

為此本研究依托南寧地鐵5號線下穿既有1號線廣西大學(xué)站工程，通過對下穿期間盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部以及車站進(jìn)行振動測試，揭示了盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻誘發(fā)車站結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)規(guī)律，并依據(jù)振動控制相關(guān)規(guī)范，對地鐵車站振動風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估。以期提升對盾構(gòu)機(jī)磨墻穿越既有車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)過程中車站結(jié)構(gòu)振動規(guī)律及風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識水平，供今后類似工程參考。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

南寧地鐵5號線新廣區(qū)間范圍內(nèi)主要揭露第四系、古近系及泥盆系地層，包括素填土層、粉質(zhì)黏土層、粉土層、粉砂層、圓礫層、粉砂質(zhì)泥巖和碳質(zhì)泥巖層，整個(gè)區(qū)間隧道的覆土厚度為10.5～20 m。地下水類型主要包括上層滯水、第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水，且地下水主要賦存于砂層及圓礫層中（圖1）。由圖1可知，下穿1號線廣西大學(xué)站主要穿越地層為上部圓礫土，下部粉砂質(zhì)泥巖。

1.2 隧道設(shè)計(jì)施工概況

南寧地鐵5號線新廣區(qū)間右線總長1 322.9 m，區(qū)間上覆土厚度約19 m，采用土壓平衡盾構(gòu)施工。新建區(qū)間隧道以55°的水平夾角下穿既有廣西大學(xué)站，下穿過程中刀盤需磨穿地連墻，地連墻為C30玻璃纖維結(jié)構(gòu)，厚度為0.8 m，如圖2所示。既有車站主體為兩層三跨矩形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂板覆土約1.5 m，底板埋深約16.5 m，下穿段隧道拱頂與既有車站底板最小凈距僅2.6 m。

采用的是中鐵裝備的CTE6250型盾構(gòu)機(jī)，整機(jī)總長約80 m，開挖直徑6 280 mm。盾構(gòu)機(jī)刀盤的基本結(jié)構(gòu)采用準(zhǔn)面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖3所示，刀盤整體開口率為34%，中心開口率為38%。刀具布置如下：中心可更換撕裂刀為6把，正面可更換撕裂刀為6把，單刃滾刀為16把，單刃鑲齒滾刀為12把，邊刮刀為12把，刮刀為40把，焊接撕裂刀為12把，超挖刀為1把。

1.3 工程問題

在盾構(gòu)機(jī)刀盤切削地連墻過程中，刀盤會與玻璃纖維混凝土以及圓礫地層等介質(zhì)接觸，刀盤與其相互作用時(shí)會產(chǎn)生振動，振動波再經(jīng)地連墻直接向車站結(jié)構(gòu)傳遞，或是通過土層向車站傳播，從而誘發(fā)車站結(jié)構(gòu)振動。容易造成車站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微裂痕，影響車站結(jié)構(gòu)正常使用，甚至還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻變形和屏蔽門脫軌等風(fēng)險(xiǎn)，危及車站日常運(yùn)營。并且不同的介質(zhì)與不同的掘進(jìn)參數(shù)引起的振動是不一樣的，振動整體呈現(xiàn)出較大的隨機(jī)性。因此刀盤磨墻是下穿期間最重要的一個(gè)施工環(huán)節(jié)，是決定工程質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

2 現(xiàn)場振動測試

2.1 測點(diǎn)布置

2.1.1 盾構(gòu)機(jī)內(nèi)測點(diǎn)布置

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)誘發(fā)的振動較為復(fù)雜，除了盾構(gòu)刀盤磨墻引起的振動，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部多個(gè)運(yùn)行裝備也會產(chǎn)生一定的振動，其中磨墻產(chǎn)生的振動為主要的振源。本研究重點(diǎn)考慮的是盾構(gòu)刀盤磨墻引起的振動，但是由于刀盤轉(zhuǎn)動和密封艙的存在，無法對刀盤直接進(jìn)行振動測試。考慮盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的實(shí)際情況，最終選擇在靠近刀盤的人艙處設(shè)置測點(diǎn)DNZ-1，如圖4所示。測試該處的三向加速度，包括豎向加速度、橫向加速度和縱向加速度，測試儀器如圖5所示。

2.1.2 車站結(jié)構(gòu)測點(diǎn)布置

南寧1號線廣西大學(xué)站主體為兩層三跨矩形結(jié)構(gòu)形式，擬定于車站內(nèi)布設(shè)5個(gè)測點(diǎn)，位于第一道地連墻上方的軌道區(qū)，如圖6和圖7所示。其中CZZ-1和CZZ-2布置于車站負(fù)二層結(jié)構(gòu)側(cè)墻上，車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻與地連墻相接，在盾構(gòu)機(jī)磨地連墻期間有發(fā)生開裂的風(fēng)險(xiǎn)，因此在側(cè)墻處的測點(diǎn)主要采集其垂直墻體方向的加速度信號。軌行區(qū)布置有2個(gè)測點(diǎn)，CZZ-3位于基礎(chǔ)處，CZZ-4位于鋼軌處，軌行區(qū)更多的是關(guān)注其是否會發(fā)生脫軌的風(fēng)險(xiǎn)，因此該處測點(diǎn)主要采集其豎向加速度信號，CZZ-5位于屏蔽門底座，采集豎向加速度信號。

2.2 測試方案

2.2.1 測試過程

振動測試采用的是由MGCplus數(shù)據(jù)采集儀和Silicon Designs Model 2220系列加速度傳感器組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。測試時(shí)間選擇在1號線地鐵運(yùn)行的天窗期內(nèi)（0：00—3：00），測試對象為既有車站結(jié)構(gòu)的側(cè)墻、軌行區(qū)和屏蔽門等關(guān)鍵構(gòu)件。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)即將穿越地連墻時(shí)，首先在測點(diǎn)DNZ-1和CZZ1-4位置布置加速度傳感器，并將上述加速度傳感器與采集系統(tǒng)相連接，待盾構(gòu)機(jī)開始磨墻時(shí)，通過遠(yuǎn)程控制同步采集加速度數(shù)據(jù)。整個(gè)測試流程遵循國家標(biāo)準(zhǔn)《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》（GB 10071—1988）[10]，并利用MATLAB等軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正、濾波等處理分析工作[11-12]。

2.2.2 采樣頻率的選擇

對于測試中采樣頻率的選擇，應(yīng)滿足奈奎斯特采樣定理[13]，即采樣頻率必須高于信號成分中最高頻率的2倍，保證信號的準(zhǔn)確性，通常希望采樣頻率大于信號頻率約5倍。對于盾構(gòu)掘進(jìn)引起的振動，由于無法確定其振動信號成分中的最高頻率。因此在測試時(shí)分別將采樣頻率設(shè)置成50、100、200、300、400、600、1 200 Hz。

對各采樣頻率下振動信號的加速度峰值及加速度有效值進(jìn)行分析，加速度峰值即指整段時(shí)間內(nèi)的加速度絕對值最大值，加速度有效值則是指該段時(shí)間內(nèi)振動信號加速度幅值的平均值，通過式（1）計(jì)算得到

式中：arms為加速度有效值；T為測試總時(shí)間；a（t）為某一時(shí)刻的加速度值。

圖8為不同采樣頻率下振源處豎向加速度峰值及加速度有效值，由圖8可知，隨著采樣頻率的增大，二者均呈現(xiàn)出增大的趨勢，當(dāng)采樣頻率達(dá)到600 Hz時(shí)，采樣頻率加速度有效值基本不再發(fā)生變化，因此在振動測試中可將采樣頻率選定為600 Hz，以保證信號的準(zhǔn)確性。

3 測試結(jié)果分析

3.1 背景振動

由于所測的振動主要包含2部分，一部分是目標(biāo)振源所產(chǎn)生的振動，這部分振動在所測到的振動中占主要部分；另一部分是背景振動，這部分振動相比于目標(biāo)振源所產(chǎn)生的振動，雖然量值很小，但是很難避開。在盾構(gòu)機(jī)穿越地下連續(xù)墻時(shí)，除了刀盤磨墻產(chǎn)生的振動外，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的一些后配套設(shè)備也會產(chǎn)生一些振動，這部分振動即為背景振動。為了測試背景振動，選擇在盾構(gòu)機(jī)停機(jī)狀態(tài)進(jìn)行測試。圖9為盾構(gòu)停機(jī)時(shí)測點(diǎn)的三向加速度時(shí)程曲線，由圖9可以看，出盾構(gòu)在停機(jī)狀態(tài)下也存在一定的振動，此振動是由于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)后配套設(shè)備運(yùn)行的影響產(chǎn)生的；豎向加速度峰值及振動幅度均稍大于橫向、縱向加速度峰值及振動幅度；盾構(gòu)停機(jī)狀態(tài)下，豎向加速度峰值為0.014 7 m/s2，加速度有效值為0.003 8 m/s2；橫向加速度峰值為0.015 6 m/s2，有效值為0.002 9 m/s2；縱向加速度峰值為0.011 0 m/s2，有效值為0.001 9 m/s2。圖10為環(huán)境振動加速度的頻譜圖，環(huán)境振動加速度的豎向、橫向和縱向主頻基本一致，均為30.8 Hz左右。

3.2 盾構(gòu)機(jī)內(nèi)振動分析

3.2.1 盾構(gòu)機(jī)內(nèi)測點(diǎn)的時(shí)域分析

圖11為盾構(gòu)穿越地連墻掘進(jìn)狀態(tài)下測點(diǎn)處的三向加速度時(shí)程曲線，相比于背景振動，穿墻時(shí)加速度振動幅度提升了至少一個(gè)數(shù)量級，進(jìn)一步說明了盾構(gòu)下穿地連墻時(shí)，刀盤與地連墻相互作用是產(chǎn)生振動的主要原因。對該振動信號的加速度峰值及加速度有效值進(jìn)行分析，加速度峰值即指整段時(shí)間內(nèi)的加速度絕對值最大值，加速度有效值則是指該段時(shí)間內(nèi)振動信號加速度幅值的平均值[14]。與停機(jī)狀態(tài)相比，掘進(jìn)時(shí)豎向加速度峰值從0.014 7 m/s2增大至0.498 0 m/s2，加速度有效值從0.003 8 m/s2增大至0.077 9 m/s2；橫向加速度峰值從0.015 6 m/s2增大至0.558 0 m/s2，加速度有效值從0.002 9 m/s2增大至0.084 0 m/s2；縱向加速度峰值從0.011 0 m/s2增大至0.679 0 m/s2，加速度有效值從0.001 9 m/s2增大至0.095 6 m/s2；加速度峰值和有效值提升了一個(gè)數(shù)量級，變化如圖12所示。

3.2.2 盾構(gòu)機(jī)內(nèi)測點(diǎn)的頻域分析

圖13為盾構(gòu)機(jī)內(nèi)測點(diǎn)三向加速度的頻譜圖。

在盾構(gòu)磨墻過程中，豎向振動以30～100 Hz的中高頻為振動主頻帶。橫向振動同樣以30 Hz以上的中高頻為振動主頻帶，30～100、150～230 Hz均為其主頻帶?？v向振動則出現(xiàn)了多個(gè)主頻帶，分別為20～40、100～120、170～200、210～240 Hz，同樣為中高頻。三者的第一主頻均為89.3 Hz。

3.3 車站結(jié)構(gòu)振動分析

3.3.1 車站測點(diǎn)時(shí)域分析

盾構(gòu)穿越地連墻時(shí)車站測點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線如圖14所示。

由圖14可以看出，掘進(jìn)時(shí)側(cè)墻處測點(diǎn)1、測點(diǎn)2的加速度振動幅度基本相當(dāng)，均在0.005 m/s2附近。軌行區(qū)測點(diǎn)3及測點(diǎn)4的時(shí)程曲線加速度出現(xiàn)了很明顯的突增現(xiàn)象，其余時(shí)刻加速度振動幅度穩(wěn)定在0.005 m/s2處。而屏蔽門測點(diǎn)5與其他測點(diǎn)相比振動更不穩(wěn)定，振動幅度也遠(yuǎn)大于其他測點(diǎn)，加速度峰值達(dá)0.01 m/s2以上，表明施工振動傳遞至屏蔽門時(shí)，由混凝土結(jié)構(gòu)到屏蔽門過程中出現(xiàn)一定增大的現(xiàn)象。

3.3.2 車站測點(diǎn)頻域分析

圖15為測點(diǎn)加速度時(shí)程曲線對應(yīng)的傅里葉頻譜圖。結(jié)構(gòu)側(cè)墻2個(gè)測點(diǎn)的縱向振動主頻在20～100 Hz頻段。軌行區(qū)2個(gè)測點(diǎn)的豎向振動以中高頻為主，測點(diǎn)3的主頻帶為30～90 Hz，測點(diǎn)4的主頻帶為65～95 Hz，140 Hz也有分布。與盾構(gòu)測點(diǎn)相比較，振源振動傳遞至車站豎向振動主頻衰減不明顯，仍以中高頻為主，而縱向振動100 Hz以上的高頻傳遞至車站后大幅衰減。

3.4 振動衰減

從上述加速度時(shí)程曲線中提取峰值加速度，對比分析從盾構(gòu)機(jī)內(nèi)到車站結(jié)構(gòu)處加速度峰值的變化情況，峰值加速度衰減率（η）[15]定義為

式中：ac為盾構(gòu)機(jī)內(nèi)振源處的加速度峰值；ad為車站結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)的加速度峰值。

由圖16和圖17可知，從盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部振源位置到既有車站的各測點(diǎn)，振動波均發(fā)生顯著衰減，其中側(cè)墻上2側(cè)點(diǎn)的峰值加速度衰減率為98.35%（CZZ-1）和98.25%（CZZ-2）；軌行區(qū)2側(cè)點(diǎn)的峰值加速度衰減率為93.8%（CZZ-3）和90.96%（CZZ-4）；屏蔽門底座上測點(diǎn)的峰值加速度衰減率為71.49%。屏蔽門相比于其他測點(diǎn)加速度衰減的要小，是因?yàn)槠帘伍T采用不銹鋼材質(zhì)布置于站臺邊緣，其自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，因此在微弱的振動激勵下也能產(chǎn)生較大幅度的振動。

4 車站振動的環(huán)境與安全評價(jià)

4.1 環(huán)境評價(jià)

1/3倍頻程譜是一種常用的振動測試頻域分析方法[11]。1/3倍頻程濾波器是恒百分比帶寬濾波器，其定義為

式中：fu為恒百分比帶寬濾波器的上限頻率；fl為恒百分比帶寬的下限。

1/3倍頻程表示在任意2個(gè)相差1倍的頻率內(nèi)正好有3個(gè)帶寬[16]。橫百分比帶寬分析下的中心頻率fc表示為

現(xiàn)有研究扣除背景振動的方法常采用振級修正法[17-18]。根據(jù)我國頒布的《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》[19]，加速度振級的定義為

式中：La為振動加速度級，dB；ar為振動加速度有效值，m/s2；a0為基準(zhǔn)加速度值，a0=10-6m/s2。

在評價(jià)振動對環(huán)境的影響，常常將振動加速度級轉(zhuǎn)化為振級（VLZ）。其定義為

式中：La，i為第i個(gè)中心頻率上所測得的振動加速度級，dB；Wi為該頻率上的記權(quán)因子，dB。

進(jìn)一步地，可以計(jì)算扣除環(huán)境振動盾構(gòu)振動，公式為

式中，VLZ、VLZ1和VLZ2分別代表包含背景振動的盾構(gòu)振動、背景振動和扣除背景振動后的盾構(gòu)機(jī)振動。

對車站內(nèi)各測點(diǎn)進(jìn)行1/3倍頻程計(jì)算，得到各測點(diǎn)的1/3倍頻程振級結(jié)果如圖18所示。結(jié)構(gòu)側(cè)墻（高）和結(jié)構(gòu)側(cè)墻（低）的縱向加速度低頻振級要大于中高頻振級，而道床基礎(chǔ)以及鋼軌的豎向加速度振級均在25 Hz處達(dá)到最大，屏蔽門處的最大豎向加速度振級位于31.5 Hz處，最大值為77.97 dB。地鐵車站附近為商業(yè)住宅混合區(qū)，根據(jù)GB 10070—1988《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》[20]規(guī)定，混合區(qū)的晝夜振動加速度振級標(biāo)準(zhǔn)值分別為75、72 dB，車站測點(diǎn)各頻段的最大振級均小于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值。盡管車站測點(diǎn)多數(shù)頻段的最大振級小于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值，但31.5 Hz處的振級可能會超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，建議磨墻期間有必要采取合適的減振措施來減小因盾構(gòu)磨墻引起車站振動的影響。

4.2 結(jié)構(gòu)安全評價(jià)

對振動加速度進(jìn)行積分，得到各測點(diǎn)的振動速度，其中車站結(jié)構(gòu)最大振動速度達(dá)1.3 mm/s，如圖19所示。國內(nèi)外對于建筑物的安全振動控制標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)陸續(xù)實(shí)行了一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我國頒布的《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[21]中則明確規(guī)定了地鐵結(jié)構(gòu)的振動速度安全控制指標(biāo)值需小于或等于2.5 cm/s。總的來說，盾構(gòu)穿墻引起車站結(jié)構(gòu)振動速度最大響應(yīng)值顯著小于規(guī)范給定的標(biāo)準(zhǔn)值，說明盾構(gòu)穿墻對車站結(jié)構(gòu)的影響不是很大。

5 結(jié)論

依托南寧地鐵5號線下穿既有1號線廣西大學(xué)站工程，通過現(xiàn)場振動測試獲得盾構(gòu)穿越地連墻期間盾構(gòu)機(jī)內(nèi)及車站結(jié)構(gòu)的振動數(shù)據(jù)，探究盾構(gòu)磨墻誘發(fā)的車站振動響應(yīng)規(guī)律，并進(jìn)行了相應(yīng)的振動評價(jià)，得到了以下主要結(jié)論。

1）盾構(gòu)停機(jī)狀態(tài)下，背景振動的豎向加速度峰值及振動幅度均稍大于橫向、縱向加速度峰值及振動幅度，三者的主頻基本一致，均為30.8 Hz左右。在盾構(gòu)機(jī)磨墻過程中，三向加速度的峰值和有效值至少增加了一個(gè)數(shù)量級，其中豎向加速度峰值為0.498 m/s2，橫向加速度峰值為0.558 m/s2，縱向加速度峰值為0.679 m/s2，三者的主頻均為89.3 Hz左右。

2）振源振動經(jīng)由地連墻以及地層的傳遞至車站產(chǎn)生了顯著衰減，其中側(cè)墻上兩側(cè)點(diǎn)的加速度峰值的衰減率為98.35%（CZZ-1）和98.25%（CZZ-2）；軌行區(qū)兩側(cè)點(diǎn)的加速度峰值的衰減率為93.8%（CZZ-3）和90.96%（CZZ-4）；屏蔽門底座（CZZ-5）上測點(diǎn)的加速度峰值的衰減率為71.49%。

3）從車站測點(diǎn)的1/3倍頻程振級圖可以看出，結(jié)構(gòu)側(cè)墻處的縱向加速度低頻振級要大于中高頻振級，道床、鋼軌及屏蔽門處的最大豎向加速度振級位于中頻段。車站測點(diǎn)多數(shù)頻段的最大振級小于規(guī)范所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，但31.5 Hz處的振級仍有可能會超出標(biāo)準(zhǔn)值。

4）盾構(gòu)穿墻引起車站結(jié)構(gòu)振動速度最大響應(yīng)值為1.3 mm/s，小于國內(nèi)外規(guī)范給定的標(biāo)準(zhǔn)值。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]王鑫，韓煊.盾構(gòu)施工振動振源的影響因素研究[J].地震工程學(xué)報(bào)，2014，36（3）：592-598.

WANG X， HAN X. Research on the influence factors of vibration due to metro shield construction[J]. China Earthquake Engineering Journal， 2014， 36（3）： 592-598.

[2]張波，馬雪梅，曹伍富，等.砂卵石地層盾構(gòu)施工振動影響分布規(guī)律研究[J].施工技術(shù)，2013，42（19）：103-106，121.

ZHANG B， MA X M， CAO W F， et al. Study on the vibration distribution law of shield construction in sand gravel layer[J]. Construction Technology， 2013， 42（19）： 103-106， 121.

[3]NEW B. Vibration caused by underground construction[J]. Publication of： Institution of Mining and Metallurgy， 1982.

[4]HILLER D M， HOPE V S. Groundborne vibration generated by mechanized construction activities[J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Geotechnical Engineering， 1998， 131（4）： 223-232.

[5]郭飛，黃俊，蘇藝，等.盾構(gòu)施工過程誘發(fā)振動振源特性[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，40（12）：1820-1827.

GUO F， HUANG J， SU Y， et al. Shield construction process induced vibration source characteristics[J]. Journal of Beijing University of Technology， 2014， 40（12）： 1820-1827.

[6]郭飛，陶連金，孔恒，等.蘭州砂卵石地層盾構(gòu)施工振動傳播及衰減特性分析[J].巖土力學(xué)，2018，39（9）：3377-3384.

GUO F， TAO L J， KONG H， et al. Analysis of propagation and attenuation of vibration induced by shield tunneling in Lanzhou sandy gravel layer[J]. Rock and Soil Mechanics， 2018， 39（9）： 3377-3384.

[7]楊龍.城市地鐵隧道TBM法施工引起地層振動和地面沉降分析[D].上海：上海交通大學(xué)，2013.

YANG L. Analysis of vibration effect and surface settlement induced by tbm excavating subway tunnel in urban area [D]. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University， 2013.

[8]黃明利，伍志勇，徐飛.城市環(huán)境下TBM施工對周邊環(huán)境影響的監(jiān)測與分析[J].隧道建設(shè)，2011，31（S2）：1-11.

HUANG M L， WU Z Y， XU F. Monitoring of and analysis on influence of TBM tunnelling on environment at urban area[J]. Tunnel Construction， 2011， 31（S2）： 1-11.

[9]仇兆明.地鐵工程對微電子工業(yè)區(qū)的振動影響與對策[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

QIU Z M. Influence of subway engineering on vibration of microelectronics industrial zone and its countermeasures[D]. Dalian： Dalian University of Technology， 2009.

[10]國家環(huán)境保護(hù)局.城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法：GB 10071—1988[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

State Bureau of Environmental Protection of the People's Republic of China. Measurement method of environmental vibration of urban area： GB 10071—1988[S]. Beijing： Standards Press of China， 1989.

[11]王濟(jì)，胡曉.MATLAB在振動信號處理中的應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

WANG J， HU X. Application of MATLAB in vibration signal processing[M]. Beijing： China Water & Power Press， 2006.

[12]熊興兵，周旭，王祺順，等.基于線性規(guī)劃理論的大跨徑懸臂澆筑拱橋施工階段臨時(shí)預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析[J].公路工程，2021，46（1）：12-17.

XIONG X B， ZHOU X， WANG Q S， et al. Analysis of temporary prestressing effect in construction stage of large span cantilever casting arch bridge based on linear programming theory[J]. Highway Engineering， 2021， 46（1）： 12-17.

[13]NYQUIST H. Certain topics in telegraph transmission theory[J]. Proceedings of the IEEE， 2002， 90（2）： 280-305.

[14]陶連金，金亮，唐四海，等.大直徑盾構(gòu)隧道下穿既有車站誘發(fā)車站結(jié)構(gòu)變形分析[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，35（10）：1350-1355.

TAO L J， JIN L， TANG S H， et al. Deformation analysis of an existing subway station structure traversed down by a large shield tunnel[J]. Journal of Beijing University of Technology， 2009， 35（10）： 1350-1355.

[15]樓夢麟，賈寶印，宗剛，等.混凝土連續(xù)墻隔振后建筑結(jié)構(gòu)的地鐵振動實(shí)測與分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，41（3）：50-62.

LOU M L， JIA B Y， ZONG G， et al. Measurement and analysis of subway-induced vibration of building with vibration isolation using continuous concrete wall[J]. Journal of South China University of Technology （Natural Science Edition）， 2013， 41（3）： 50-62.

[16]汪鳳泉，鄭萬泔.試驗(yàn)振動分析[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

WANG F Q， ZHENG W G. Experimental vibration analysis[M]. Nanjing： Phoenix Science Press， 1988.

[17]崔高航，陶夏新，陳憲麥.城軌交通地面線路產(chǎn)生環(huán)境振動頻域分析[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，24（2）：239-243.

CUI G H， TAO X X， CHEN X M. Analysis of environmental vibration induced by urban rail transit on ground in frequency domain[J]. Journal of Shenyang Jianzhu University （Natural Science）， 2008， 24（2）： 239-243.

[18]蔣通.環(huán)境振動實(shí)測和分析中考慮多振源影響的振級評價(jià)方法[J].城市軌道交通研究，2010，13（5）：26-29.

JIANG T. Vibration level evaluation of the environmental vibration affected by multi-vibration sources[J]. Urban Mass Transit， 2010， 13（5）： 26-29.

[19]中華人民共和國住建部，國家市場監(jiān)督管理總局.住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50355—2005[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

Ministry of Construction of the People's Republic of China， General Administration of Quality Supervision， Inspection and Quarantine of the People's Republic of China. Standard of limit and measurement method of vibration in the room of residential buildings： GB/T 50355—2005[S]. Beijing： China Architecture & Building Press， 2005.

[20]國家環(huán)境保護(hù)局.城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)：GB 10070—1988[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

State Bureau of Environmental Protection of the People's Republic of China. Standard of environmental vibration in urban area： GB 10070—1988[S]. Beijing： Standards Press of China， 1989.

[21]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范：CJJ/T 202—2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China. Technical code for protection structures of urban rail transit： CJJ/T 202-2013[S]. Beijing： China Architecture & Building Press， 2014.