地鐵運(yùn)行對(duì)建筑物的振動(dòng)影響[摘 要]介紹了地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)對(duì)周圍建筑物及其內(nèi)部居民的影響,提出目前開展該方面研究的重要性、迫切性及具體需解決的問題。[關(guān)鍵詞]地鐵運(yùn)行;振動(dòng)波;建筑物振動(dòng)1前 言 隨著近年來城市化進(jìn)程的加快,我國(guó)已進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展城市軌道交通的階段,越來越多的地鐵線路投入運(yùn)營(yíng),人們也逐步認(rèn)識(shí)到盡管地鐵總體上較其他交通方式污染較少,但仍然不能完全避免對(duì)沿線周圍環(huán)境的影響,特別是振動(dòng)污染較其他城市交通方式更為顯著,地鐵引起的振動(dòng)對(duì)建筑物特別是古舊建筑物的結(jié)構(gòu)安全,以及其中居民的工作和日常生活產(chǎn)生了很大的影響。 因此,在大規(guī)模規(guī)劃建設(shè)軌道交通體系的同時(shí),研究分析其對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響具有重要意義。2地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)及其傳播 近年來,隨著城市面積的擴(kuò)大和社會(huì)節(jié)奏的不斷加快,地鐵運(yùn)行對(duì)周圍環(huán)境的振動(dòng)影響問題亦越來越嚴(yán)重。國(guó)際上早已把振動(dòng)列為一大環(huán)境公害,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已著手研究地鐵振動(dòng)產(chǎn)生的原因、傳播規(guī)律、對(duì)周圍環(huán)境及人體的危害和控制方法[1、2、3]。 對(duì)于軌道交通系統(tǒng),由于地鐵列車的移動(dòng),車輪與軌道接觸引起軌道周期性的振動(dòng),以及車輪在軌道接縫處引起的沖擊振動(dòng)。這些振動(dòng)經(jīng)鋼軌通過道床傳到隧道結(jié)構(gòu),再通過隧道結(jié)構(gòu)傳遞到周圍的土層中,進(jìn)而通過土層向四周傳播,誘發(fā)了附近地下結(jié)構(gòu)以及地面建筑物的二次振動(dòng)。 地鐵隧道振動(dòng)的傳播主要以橫波、縱波和表面波的形式傳播,日本的ErichiTaniguehi研究表明:位于地下2m深處的振動(dòng)加速度值為地表的20%～50%;4m深處為10%～30%。可見在地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)中,表面波占主要地位,對(duì)建筑物有直接影響[4]。地鐵隧道振動(dòng)的傳播與振動(dòng)頻率等動(dòng)力特性以及土層分布、土質(zhì)、地下水、障礙物等有關(guān),并且,由于各地域土層分布差別較大,地鐵振動(dòng)引起的動(dòng)力響應(yīng)及波的傳播特性不盡相同,因此地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)及其傳播規(guī)律較為復(fù)雜且具有地域性。3地鐵振動(dòng)對(duì)建筑物的影響 為緩解交通壓力,地鐵不得不穿過城市中密集的居民區(qū)、商業(yè)中心,而且目前都是采用淺埋方式,地鐵隧道離建筑物越來越近。將來隨著地鐵交通系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,地鐵隧道鄰近建筑物的情況越來越多,同時(shí)地鐵運(yùn)行的總體密度逐步提高,振動(dòng)的影響日益增大。 對(duì)某城市地鐵車輛段附近進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)?shù)罔F列車以15～20km/h速度通過時(shí),地鐵正上方居民住宅的振動(dòng)高達(dá)85dB,如果地鐵速度達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的40km/h,甚至最高時(shí)的70km/h時(shí),其振級(jí)應(yīng)該還要大得多[4],可見列車運(yùn)行引起的振動(dòng)已不同程度地影響了建筑物的安全和居民的日常生活。廣州地鐵一號(hào)線上的一幢9層框架房屋,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明室內(nèi)的Z振級(jí)為79.2～85.2dB,超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070-88)規(guī)定的城市“混合區(qū)”,即一般商業(yè)與居民混合區(qū)晝間Z振級(jí)標(biāo)準(zhǔn)75dB、夜間72dB的要求[5、6]。 振動(dòng)對(duì)建筑物的影響,輕微的會(huì)出現(xiàn)墻皮剝落、墻壁龜裂、地板裂縫,嚴(yán)重則導(dǎo)致基礎(chǔ)變形或下沉。目前,許多發(fā)達(dá)國(guó)家制定了建筑物允許的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。日本規(guī)定,對(duì)于教堂、舊紀(jì)念館的位移允許值為0.127mm,振動(dòng)速度允許值v=5mm/s,振動(dòng)加速度允許值為0.102g;德國(guó)也制定了根據(jù)不同的振幅或速度和頻率,評(píng)估對(duì)建筑物可能造成損壞的各種情況:無損壞、粉刷出現(xiàn)裂縫、承重結(jié)構(gòu)可能損壞、承重結(jié)構(gòu)損壞[7]。但我國(guó)尚無相應(yīng)的專門標(biāo)準(zhǔn),只能參照一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑物的振動(dòng)評(píng)估。 地鐵的運(yùn)行是一個(gè)長(zhǎng)期的、每天均持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的過程,即使不足以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)建筑物產(chǎn)生明顯的影響,長(zhǎng)期積累之后,對(duì)建筑物的疲勞損傷、安全性能下降等方面的結(jié)果如何,都需要進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評(píng)估。 對(duì)地鐵運(yùn)行引起鄰近建筑物的振動(dòng)問題,除了需要研究振動(dòng)對(duì)建筑物的影響及需采取的相應(yīng)措施,還需研究建筑物的振動(dòng)對(duì)其中人員造成的影響及需要采取的相應(yīng)措施。在某種情況下,即使地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)不足以影響建筑物的安全性,但由于干擾頻繁,也會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)的人員產(chǎn)生一定的生理、心理影響。隨著全社會(huì)環(huán)保意識(shí)及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的提高,地鐵系統(tǒng)的振動(dòng)影響將日益引起人們的關(guān)注。4結(jié) 語 系統(tǒng)科學(xué)地研究評(píng)估地鐵系統(tǒng)對(duì)周圍建筑物及其內(nèi)部人員的振動(dòng)影響,不僅有利于控制、減少振動(dòng)污染,還可提供不同類型的建筑物在不同情況下應(yīng)與地鐵隧道保持的合理距離,為地鐵系統(tǒng)科學(xué)合理的選線提供依據(jù)。由于該課題涉及軌道交通工程、巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、環(huán)境工程等多個(gè)學(xué)科,較為復(fù)雜,目前尚需在以下幾方面加以研究:(1) 建筑物長(zhǎng)期輕微振動(dòng)損傷評(píng)估專門標(biāo)準(zhǔn);(2) 地鐵運(yùn)行對(duì)建筑物振動(dòng)影響的測(cè)試、計(jì)算、分析方法;(3) 不同地質(zhì)等條件下地鐵隧道與不同結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式等建筑物的合理距離。 在此基礎(chǔ)上建立軌道交通對(duì)建筑物振動(dòng)影響的評(píng)估方法,確定為減輕軌道交通系統(tǒng)對(duì)周邊建筑物的振動(dòng)影響而在規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則,為軌道交通振動(dòng)污染的降低及新建線路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的理論依據(jù)。[參考文獻(xiàn)][1]劉維寧,夏禾.地鐵列車振動(dòng)的環(huán)境響應(yīng)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1996,15(增刊):586～593.[2]潘昌實(shí),謝正光.地鐵區(qū)間隧道列車振動(dòng)測(cè)試與分析[J].土木工程學(xué)報(bào),1990,23(2):21～28.[3]楊英豪,王杰賢.列車運(yùn)行時(shí)振波在土中的傳遞[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào),1995,27(3):329～334.[4]夏禾,吳萱,于大明.城市軌道交通系統(tǒng)引起的環(huán)境振動(dòng)問題[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,23(4):1～7.[5]曹國(guó)輝,方志.地鐵運(yùn)行引起房屋振動(dòng)的研究[J].工業(yè)建筑,2003,33(12):31～33.[6]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),GB10070-88,城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)[S].[7]徐建主編.建筑振動(dòng)工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001.
