地鐵地下連續墻成槽施工對長沙海關公廨舊址的振動測試與分析

覃娟

【摘要】 橘子洲站成槽施工中產生的應力波可能通過土層傳遞到長沙海關公廨舊址主體結構，對舊址產生一定影響，基于長沙海關公廨舊址的敏感性和重要性，有必要對其在地鐵開挖施工過程中的振動響應進行現場測試研究，獲得重型機械工作時舊址主體結構的速度（加速度）時程曲線及速度（加速度）峰值分布，掌握其振動傳播規律和動力響應特征，進而參照國家相關規定或標準評價長沙海關公廨舊址的振動安全性。，

【關鍵詞】 沖擊鉆施工 頻率 速度

1.工程概況

橘子洲站位于湘江橘子洲島上，車站全長138m，寬22.2m，深度28.06m。圍護結構采用沖擊鉆成槽工藝，距離長沙海關公廨舊址水平向132.3m～155.2m。

長沙海關公廨舊址位于橘子洲南引橋旁，為一棟兩層樓房，海關公廨建于1911年，占地約800平方米，是舊中國半封建半殖民地的歷史的活化石。基于長沙海關公廨舊址的敏感性和重要性，有必要對其在地鐵成槽施工中長沙海關公廨舊址主體結構的速度（加速度）時程曲線及速度（加速度）峰值分布，掌握其振動傳播規律和動力響應特征，進而參照國家相關規定或標準評價長沙海關公廨舊址的振動安全性。

2.測試方法

2.1 測試設備及傳感器

本次振動測試數據采用INV-306智能信號采集處理分析儀采集，傳感器采用中國地震局工程力學研究所的941B和891兩種型號拾振器，放大器分別采用與傳感器相匹配的941型和891型放大器。

2.2 測點布置

根據本次測試的主要目的，為獲得長沙海關公廨舊址在橘子洲站施工振源作用下的最大響應，本次測試在長沙海關公廨舊址的底層樓面、2層～4層承重墻或柱、頂層樓板上各布置了一個測點，各層測點位于同一投影點上，每個測點分別安裝一個豎向拾振器、一個SN向（即垂直于基坑方向）水平拾振器和一個EW向（即平行于基坑）水平拾振器。

2.3 測試工況

本次測試選擇在夜間、白天對其在橘子洲站成槽施工過程中的振動響應進行了數據采集。由于建筑物的固有頻率會影響其對激勵的響應，本次測試對長沙海關公廨舊址的環境激勵響應也進行了數據采集。

為了更加準確地評價結構響應，在振動測試過程中對長沙海關公廨舊址一樓樓梯間既有的細絲裂縫進行了跟蹤觀察。

3. 容許振動分析指標和標準的確定

根據《古建筑防工業振動技術規范》（GB/T 50452-2008），古建筑磚結構的容許振動速度按下表5-1采用。

根據上表確定長沙海關公廨舊址的容許振動以水平向速度響應v作為評價指標，并按同一高度、同一方向各測點速度時程最大峰峰值的一半確定，容許振動標準定為：0.15mm/s。

4. 測試結果

數據采集及分析采用智能數據采集和處理軟件DASP V10進行，測試時間：2010年7月9日～2010年7月12日。在數據分析前，對實測原始記錄信號進行了去直流、帶阻濾波等處理。

4.1速度時程測試結果

周末長沙海關公廨舊址開放且館前成槽機和沖機鉆同時作業時測得的地表各測點的速度，選取4、5樓數據進行分析速度時程。橘子洲站連續墻施工時引起的長沙海關公廨舊址豎向最大速度響應統計結果見表6-1，SN水平向最大速度響應統計結果見表6-2，EW水平向最大速度響應統計結果見表6-3。

從測試結果來看，在橘子洲站成槽施工過程，長沙海關公廨舊址的振動響應以豎向和SN水平方向為主，最大速度響應發生在第4層和第5層，測得的結構最大豎向速度響應為0.111mm/s，平均為0.101 mm/s，測得的結構最大水平速度響應為0.102 mm/s，平均為0.088mm/s。

4.2 頻率測試結果

周末長沙海關公廨舊址開放，且館前成槽機和沖機鉆同時作業時，測量地表測點的頻率分布與樓層測點的頻率分布。在橘子洲站成槽施工時，測得的長沙海關公廨舊址的振動響應主頻統計結果見表6-4，測得的地表振動頻率統計結果見表6-5。

從測度結果來看，橘子洲站成槽施工引起的地面振動頻率大概在13.0Hz～22.4Hz范圍之間，長沙海關公廨舊址的振動響應主頻在9.2Hz～11.6Hz之間，通過低量級環境激勵響應譜分析得到的長沙海關公廨舊址的固有頻率約為3.2Hz。

5. 結論

從本次測試結果來看：橘子洲站成槽過程中長沙海關公廨舊址最大速度響應出現在第4層和第5層；橘子洲站成槽施工引起的長沙海關公廨舊址最大水平速度響應為0.102 mm/s，平均為0.088mm/s，小于國家標準（GB/T 50452-2008）規定的古建筑物容許振動速度——0.15mm/s；橘子洲站成槽引起的地表振動頻率在13.0Hz～22.4Hz范圍之間，長沙海關公廨舊址的振動響應主頻在9.2Hz～11.6Hz之間，與識別的長沙海關公廨舊址固有頻率——3.2Hz相差較遠，不會引起結構的共振；在測度過程中，長沙海關公廨舊址1樓樓梯間既有裂縫未出現擴展。

綜合分析結果，可以評定單臺成槽機或沖擊樁測試條件下的橘子洲站成槽施工振動對長沙海關公廨舊址的影響有限，在國家規定的古建筑防工業振動標準內，不會對結構安全產生影響。

參考文獻：

（1）《古建筑防工業振動技術規范》（GB/T50452-2008）.

（2）《機械振動與沖擊 建筑物的振動 振動測量及其對建筑物影響的評價指南》（GB/T 14124-2009/ISO 4866）.

（3）《地基動力特性測試規范》（GB/T 50269-97）.

（4）《場地微振動測量技術規程》（CECS74-95）.

（5）《城市區域環境振動標準》（GB 3096-1993）.

（6）長沙海關公廨舊址記錄檔案資料.