地鐵運(yùn)營振動(dòng)對(duì)古建筑的影響分析

地鐵運(yùn)營振動(dòng)對(duì)古建筑的影響分析

0建筑物的振動(dòng)隨著城市建設(shè)日益增長，公共交通的不斷完善，尤其是公共交通領(lǐng)域的快速發(fā)展，公共交通機(jī)構(gòu)運(yùn)營的動(dòng)蕩對(duì)古建筑的振動(dòng)響應(yīng)越來越受到重視。城市軌道車輛行駛引起的振動(dòng)通過附近地層(地下或地面)向外傳播,從而導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)物及臨近建筑物產(chǎn)生振動(dòng),這種反復(fù)而長期的振動(dòng)達(dá)到一定水平會(huì)對(duì)周邊建筑尤其古建筑帶來不可避免的損傷、變形,從而導(dǎo)致其安全性受到威脅,因此其影響不容忽視。1南京地鐵3號(hào)線運(yùn)行情況南京地鐵3號(hào)線沿線經(jīng)過南京城墻(玄武湖段)、南京城墻(雨花門段)、中華書局舊址、中南銀行南京分行舊址,由于地鐵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生一定的振動(dòng),為評(píng)價(jià)該振動(dòng)對(duì)四處古建筑的影響,對(duì)南京城墻(玄武湖段)、南京城墻(雨花門段)、中華書局舊址、中南銀行南京分行舊址受南京地鐵3號(hào)線運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。南京城墻始建于1366年,1988年1月全段被列為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位,2012年11月作為“中國明清城墻”項(xiàng)目的牽頭城市被列入中國世界文化遺產(chǎn)預(yù)備名單。根據(jù)資料,南京地鐵3號(hào)線下穿南京城墻(玄武湖段)左右線地鐵列車最大速度為70km/h;下穿南京城墻(雨花門段)左右線地鐵列車最大速度為60km/h。中華書局舊址位于南京市秦淮區(qū)太平南路220號(hào),始建于民國24年(1936年),是秦淮區(qū)文物保護(hù)單位,如今是古籍書店。南京地鐵3號(hào)線位于中華書局舊址的東側(cè)地下,根據(jù)資料,近軌道地鐵列車在該區(qū)域運(yùn)行最大速度為60km/h。中南銀行南京分行舊址位于南京市秦淮區(qū)白下路155號(hào),始建于1929年,為江蘇省重點(diǎn)文物保護(hù)單位。南京地鐵3號(hào)線位于中南銀行南京分行舊址的東側(cè)地下,根據(jù)資料,近軌道地鐵列車在該區(qū)域運(yùn)行最大速度為68km/h。2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)總結(jié)2.1地鐵振動(dòng)評(píng)估通過查閱各國建筑振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn),不難發(fā)現(xiàn)各國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)振動(dòng)評(píng)估指標(biāo)的規(guī)定、振源類型、振動(dòng)速度限制及監(jiān)測(cè)振動(dòng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的布置位置不盡相同。從振源角度來看,大部分標(biāo)準(zhǔn)都是依據(jù)瞬態(tài)振動(dòng)或者短期振動(dòng)來制定的,國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)只有GB/T50452-2008《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》為評(píng)價(jià)地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)對(duì)該四處古建筑的影響,本文采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50452-2008《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,古建筑結(jié)構(gòu)的容許振動(dòng)以結(jié)構(gòu)的振動(dòng)速度為控制標(biāo)準(zhǔn),古建筑結(jié)構(gòu)的容許振動(dòng)速度,應(yīng)根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)類型、保護(hù)級(jí)別和彈性波在古建筑結(jié)構(gòu)中的傳播速度選用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,該四處古建筑均為磚砌體結(jié)構(gòu),根據(jù)GB/T50452-2008《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》第3.2.1條的規(guī)定,古建筑磚結(jié)構(gòu)的容許振動(dòng)速度如表1所示。2.2試驗(yàn)工作的準(zhǔn)備1)內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作。內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作在進(jìn)場(chǎng)之前全部完成,主要包括儀器的標(biāo)定、調(diào)試、振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的布置及編號(hào),全面的內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作為試驗(yàn)的順利和安全進(jìn)行提供了可靠的技術(shù)保證。2)現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備工作。試驗(yàn)人員進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作,在確定好各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的位置后,項(xiàng)目組對(duì)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè),并將采集儀和拾振器連接好,對(duì)所有的拾振器進(jìn)行調(diào)試,確保所有的儀器和儀表均處于正常工作狀態(tài)。2.3振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)1)磚彈性波速度采集:磚彈性波速度采集采用ZBL-U520型非金屬超聲檢測(cè)分析儀,彈性波傳播速度采用平測(cè)法測(cè)試,測(cè)點(diǎn)表面清潔、平整。2)結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)速度采用振動(dòng)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)DH5927N和中國地震局工程力學(xué)研究所941B拾振器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試各古建筑時(shí),測(cè)點(diǎn)沿東西和南北兩個(gè)水平方向在承重結(jié)構(gòu)的最高處分別布置拾振器。圖1為振動(dòng)速度測(cè)試原理及流程圖,測(cè)試系統(tǒng)包括筆記本電腦、信號(hào)采集儀、信號(hào)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)、拾振器?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)連接各儀器設(shè)備,對(duì)所布置的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集,振動(dòng)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)如圖2所示。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1算波速平均值現(xiàn)場(chǎng)采用ZBL-U520型非金屬超聲檢測(cè)分析儀,采用平測(cè)法測(cè)試,選取10個(gè)測(cè)點(diǎn),每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)2次,并計(jì)算波速平均值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,南京城墻(玄武湖段)、南京城墻(雨花門段)、中華書局舊址、中南銀行南京分行舊址四處建筑的10個(gè)測(cè)點(diǎn)的波速平均值分別為2.003、2.021、2.498、2.104km/s,根據(jù)表1進(jìn)行差值計(jì)算,結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]分別為0.1903、0.1921、0.60、0.36mm/s。3.2振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)及驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)速度采用振動(dòng)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)DH5927N和中國地震局工程力學(xué)研究所941B拾振器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,南京城墻(玄武湖段、雨花門段)測(cè)點(diǎn)沿東西和南北兩個(gè)水平方向在城墻的最高處分別布置拾振器進(jìn)行振動(dòng)速度監(jiān)測(cè),南京城墻(玄武湖段)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖3所示,南京城墻(雨花門)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖4所示;中華書局舊址、中南銀行南京分行舊址測(cè)點(diǎn)沿東西和南北兩個(gè)水平方向在房屋的最高處分別布置拾振器進(jìn)行振動(dòng)速度監(jiān)測(cè),中華書局舊址測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖5所示,中南銀行南京分行舊址測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖6所示;現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作分別于13∶30～15∶00、17∶00～18∶15、第二天的10∶00～11∶30和13∶50～15∶20進(jìn)行測(cè)試,并分別選取5次地鐵列車運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度,各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度按時(shí)程最大峰峰值的一半確定,并取5次的平均值,測(cè)試結(jié)果如表2所示。3.3振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)結(jié)果根據(jù)測(cè)試結(jié)果,南京城墻(玄武湖段)結(jié)構(gòu)彈性波的波速為2.003km/s,該結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.1903mm/s;南京城墻(雨花門)結(jié)構(gòu)彈性波的波速為2.021km/s,該結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.1921mm/s;中華書局舊址結(jié)構(gòu)彈性波的波速為2.498km/s,該結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.60mm/s;中南銀行南京分行舊址結(jié)構(gòu)彈性波的波速為2.104km/s,該結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.36mm/s。根據(jù)上述振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)結(jié)果,南京城墻(玄武湖段)東西方向、南北方向上結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)分別為0.022mm/s、0.043mm/s,均低于結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.1903mm/s;南京城墻(雨花門)東西方向、南北方向上結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)分別為0.022mm/s、0.097mm/s,均低于結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.1921mm/s;中華書局舊址(見圖7)東西方向、南北方向上結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)分別為0.128mm/s、0.093mm/s,均低于結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.60mm/s;中南銀行南京分行舊址(見圖8)東西方向、南北方向上結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)分別為0.098mm/s、0.080mm/s,均低于結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度[v]=0.36mm/s。4振動(dòng)測(cè)試結(jié)果本文通過對(duì)實(shí)際古建筑的振動(dòng)監(jiān)測(cè)研究了地鐵運(yùn)行過程中對(duì)沿線古建筑的振動(dòng)影響,得出如下結(jié)論:1)對(duì)重點(diǎn)保護(hù)建筑進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,采用合適的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),確定建筑物安全的最大允許振速作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。2)地鐵3號(hào)線運(yùn)行時(shí)對(duì)南京城墻(玄武湖段)、南京城墻(雨花門段)、中華書局舊址、中南銀行南京分行舊址產(chǎn)生的東西向和南北向振動(dòng)速度均低于結(jié)構(gòu)的容許水平振動(dòng)速度,均滿足GB/T50452-2008《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》的要求,無需采取防振、減振措施。