地鐵運行對建筑物的振動影響[摘 要]介紹了地鐵運行引起的振動對周圍建筑物及其內部居民的影響,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。[關鍵詞]地鐵運行;振動波;建筑物振動1前 言 隨著近年來城市化進程的加快,我國已進入大規模發展城市軌道交通的階段,越來越多的地鐵線路投入運營,人們也逐步認識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沿線周圍環境的影響,特別是振動污染較其他城市交通方式更為顯著,地鐵引起的振動對建筑物特別是古舊建筑物的結構安全,以及其中居民的工作和日常生活產生了很大的影響。 因此,在大規模規劃建設軌道交通體系的同時,研究分析其對周圍建筑物的振動影響具有重要意義。2地鐵運行引起的振動及其傳播 近年來,隨著城市面積的擴大和社會節奏的不斷加快,地鐵運行對周圍環境的振動影響問題亦越來越嚴重。國際上早已把振動列為一大環境公害,國內外學者已著手研究地鐵振動產生的原因、傳播規律、對周圍環境及人體的危害和控制方法[1、2、3]。 對于軌道交通系統,由于地鐵列車的移動,車輪與軌道接觸引起軌道周期性的振動,以及車輪在軌道接縫處引起的沖擊振動。這些振動經鋼軌通過道床傳到隧道結構,再通過隧道結構傳遞到周圍的土層中,進而通過土層向四周傳播,誘發了附近地下結構以及地面建筑物的二次振動。 地鐵隧道振動的傳播主要以橫波、縱波和表面波的形式傳播,日本的ErichiTaniguehi研究表明:位于地下2m深處的振動加速度值為地表的20%～50%;4m深處為10%～30%。可見在地鐵運行產生的振動中,表面波占主要地位,對建筑物有直接影響[4]。地鐵隧道振動的傳播與振動頻率等動力特性以及土層分布、土質、地下水、障礙物等有關,并且,由于各地域土層分布差別較大,地鐵振動引起的動力響應及波的傳播特性不盡相同,因此地鐵運行引起的振動及其傳播規律較為復雜且具有地域性。3地鐵振動對建筑物的影響 為緩解交通壓力,地鐵不得不穿過城市中密集的居民區、商業中心,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規模的不斷擴大,地鐵隧道鄰近建筑物的情況越來越多,同時地鐵運行的總體密度逐步提高,振動的影響日益增大。 對某城市地鐵車輛段附近進行的現場測試結果表明,當地鐵列車以15～20km/h速度通過時,地鐵正上方居民住宅的振動高達85dB,如果地鐵速度達到正常運行時的40km/h,甚至最高時的70km/h時,其振級應該還要大得多[4],可見列車運行引起的振動已不同程度地影響了建筑物的安全和居民的日常生活。廣州地鐵一號線上的一幢9層框架房屋,實測數據表明室內的Z振級為79.2～85.2dB,超出了《城市區域環境振動標準》(GB10070-88)規定的城市“混合區”,即一般商業與居民混合區晝間Z振級標準75dB、夜間72dB的要求[5、6]。 振動對建筑物的影響,輕微的會出現墻皮剝落、墻壁龜裂、地板裂縫,嚴重則導致基礎變形或下沉。目前,許多發達國家制定了建筑物允許的振動標準。日本規定,對于教堂、舊紀念館的位移允許值為0.127mm,振動速度允許值v=5mm/s,振動加速度允許值為0.102g;德國也制定了根據不同的振幅或速度和頻率,評估對建筑物可能造成損壞的各種情況:無損壞、粉刷出現裂縫、承重結構可能損壞、承重結構損壞[7]。但我國尚無相應的專門標準,只能參照一些相關的標準進行建筑物的振動評估。 地鐵的運行是一個長期的、每天均持續很長時間的過程,即使不足以在短時間內對建筑物產生明顯的影響,長期積累之后,對建筑物的疲勞損傷、安全性能下降等方面的結果如何,都需要進行較為準確的評估。 對地鐵運行引起鄰近建筑物的振動問題,除了需要研究振動對建筑物的影響及需采取的相應措施,還需研究建筑物的振動對其中人員造成的影響及需要采取的相應措施。在某種情況下,即使地鐵運行引起的振動不足以影響建筑物的安全性,但由于干擾頻繁,也會對建筑物內的人員產生一定的生理、心理影響。隨著全社會環保意識及環境標準的提高,地鐵系統的振動影響將日益引起人們的關注。4結 語 系統科學地研究評估地鐵系統對周圍建筑物及其內部人員的振動影響,不僅有利于控制、減少振動污染,還可提供不同類型的建筑物在不同情況下應與地鐵隧道保持的合理距離,為地鐵系統科學合理的選線提供依據。由于該課題涉及軌道交通工程、巖土工程、結構工程、環境工程等多個學科,較為復雜,目前尚需在以下幾方面加以研究:(1) 建筑物長期輕微振動損傷評估專門標準;(2) 地鐵運行對建筑物振動影響的測試、計算、分析方法;(3) 不同地質等條件下地鐵隧道與不同結構類型、基礎形式等建筑物的合理距離。 在此基礎上建立軌道交通對建筑物振動影響的評估方法,確定為減輕軌道交通系統對周邊建筑物的振動影響而在規劃設計中應遵循的原則,為軌道交通振動污染的降低及新建線路的規劃、設計提供相應的理論依據。[參考文獻][1]劉維寧,夏禾.地鐵列車振動的環境響應[J].巖石力學與工程學報,1996,15(增刊):586～593.[2]潘昌實,謝正光.地鐵區間隧道列車振動測試與分析[J].土木工程學報,1990,23(2):21～28.[3]楊英豪,王杰賢.列車運行時振波在土中的傳遞[J].西安建筑科技大學學報,1995,27(3):329～334.[4]夏禾,吳萱,于大明.城市軌道交通系統引起的環境振動問題[J].北方交通大學學報,1999,23(4):1～7.[5]曹國輝,方志.地鐵運行引起房屋振動的研究[J].工業建筑,2003,33(12):31～33.[6]國家標準,GB10070-88,城市區域環境振動標準[S].[7]徐建主編.建筑振動工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2001.
