地鐵運營對沿線古建筑的振動影響分析與研究

崇金玲

（1.江蘇省建筑科學研究院有限公司，江蘇南京210008，2.江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇南京210012）

0 引 言

隨著城市建設日新月異的發(fā)展，交通系統(tǒng)的不斷完善，尤其是城市軌道交通建設運營的迅速發(fā)展，對公共交通設施的運營產(chǎn)生的振動引起古建筑的振動響應也越來越引起社會和民眾的關注。城市軌道車輛行駛引起的振動通過附近地層（地下或地面）向外傳播，從而導致地下結構物及臨近建筑物產(chǎn)生振動，這種反復而長期的振動達到一定水平會對周邊建筑尤其古建筑帶來不可避免的損傷、變形，從而導致其安全性受到威脅，因此其影響不容忽視。

1 工程概況

南京地鐵3號線沿線經(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，由于地鐵運行時產(chǎn)生一定的振動，為評價該振動對四處古建筑的影響，對南京城墻（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號線運行時的振動情況進行監(jiān)測。

南京城墻始建于1366年，1988年1月全段被列為全國重點文物保護單位，2012年11月作為“中國明清城墻”項目的牽頭城市被列入中國世界文化遺產(chǎn)預備名單。根據(jù)資料，南京地鐵3號線下穿南京城墻（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，始建于民國24年（1936年），是秦淮區(qū)文物保護單位，如今是古籍書店。南京地鐵3號線位于中華書局舊址的東側地下，根據(jù)資料，近軌道地鐵列車在該區(qū)域運行最大速度為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，始建于1929年，為江蘇省重點文物保護單位。南京地鐵3號線位于中南銀行南京分行舊址的東側地下，根據(jù)資料，近軌道地鐵列車在該區(qū)域運行最大速度為68km/h。

2 檢測概述

2.1 評價標準

通過查閱各國建筑振動控制標準，不難發(fā)現(xiàn)各國標準對振動評估指標的規(guī)定、振源類型、振動速度限制及監(jiān)測振動時測點的布置位置不盡相同。從振源角度來看，大部分標準都是依據(jù)瞬態(tài)振動或者短期振動來制定的，國內(nèi)標準只有GB/T50452－2008《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》［1］適用于交通引起的建筑物振動評估；并且國外的古建筑大多石材為主要建筑材料，而中國古建筑大多磚、木為主要建筑材料。因此不能盲目地選用國外振動標準對中國的古建筑進行評估［2］。

為評價地鐵運行引起的振動對該四處古建筑的影響，本文采用國家標準GB/T50452－2008《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》對其進行評估。根據(jù)該標準的規(guī)定，古建筑結構的容許振動以結構的振動速度為控制標準，古建筑結構的容許振動速度，應根據(jù)建筑的結構類型、保護級別和彈性波在古建筑結構中的傳播速度選用。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該四處古建筑均為磚砌體結構，根據(jù)GB/T50452－2008《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》第3.2.1條的規(guī)定，古建筑磚結構的容許振動速度如表1所示。

表1 古建筑磚結構的容許振動速度［v］ mm/s

2.2 試驗工作的準備和實施

1）內(nèi)業(yè)準備工作。

內(nèi)業(yè)準備工作在進場之前全部完成，主要包括儀器的標定、調(diào)試、振動測點的布置及編號，全面的內(nèi)業(yè)準備工作為試驗的順利和安全進行提供了可靠的技術保證。

2）現(xiàn)場的準備工作。

試驗人員進場進行試驗的準備工作，在確定好各振動測點的位置后，項目組對振動測點進行布設，并將采集儀和拾振器連接好，對所有的拾振器進行調(diào)試，確保所有的儀器和儀表均處于正常工作狀態(tài)。

2.3 數(shù)據(jù)采集

1）磚彈性波速度采集：磚彈性波速度采集采用ZBL-U520型非金屬超聲檢測分析儀，彈性波傳播速度采用平測法測試，測點表面清潔、平整。

2）結構振動速度數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)場振動速度采用振動信號測試分析系統(tǒng)DH5927N和中國地震局工程力學研究所941B拾振器進行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場測試各古建筑時，測點沿東西和南北兩個水平方向在承重結構的最高處分別布置拾振器。

圖1為振動速度測試原理及流程圖，測試系統(tǒng)包括筆記本電腦、信號采集儀、信號實時分析系統(tǒng)、拾振器。現(xiàn)場測試時連接各儀器設備，對所布置的測點進行動態(tài)數(shù)據(jù)采集，振動信號測試分析系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 振動速度測試原理及流程圖

圖2 振動信號測試分析系統(tǒng)

3 檢測結果及分析

3.1 彈性波速檢測和結構的容許水平振動速度

現(xiàn)場采用ZBL-U520型非金屬超聲檢測分析儀，采用平測法測試，選取10個測點，每個測點測2次，并計算波速平均值。根據(jù)計算結果，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個測點的波速平均值分別為2.003、2.021、2.498、2.104km/s，根據(jù)表1進行差值計算，結構的容許水平振動速度［v］分別為0.1903、0.1921、0.60、0.36mm/s。

3.2 振動測試結果

圖3 南京城墻（玄武湖段）測點布置示意圖

圖4 南京城墻（雨花門段）測點布置示意圖

現(xiàn)場振動速度采用振動信號測試分析系統(tǒng)DH5927N和中國地震局工程力學研究所941B拾振器進行數(shù)據(jù)采集，南京城墻（玄武湖段、雨花門段）測點沿東西和南北兩個水平方向在城墻的最高處分別布置拾振器進行振動速度監(jiān)測，南京城墻（玄武湖段）測點布置示意圖如圖3所示，南京城墻（雨花門）測點布置示意圖如圖4所示；中華書局舊址、中南銀行南京分行舊址測點沿東西和南北兩個水平方向在房屋的最高處分別布置拾振器進行振動速度監(jiān)測，中華書局舊址測點布置示意圖如圖5所示，中南銀行南京分行舊址測點布置示意圖如圖6所示；現(xiàn)場測試工作分別于13∶30～15∶00、17∶00～18∶15、第二天的10∶00～11∶30和13∶50～15∶20進行測試，并分別選取5次地鐵列車運行時的結構振動速度，各測點振動速度按時程最大峰峰值的一半確定，并取5次的平均值，測試結果如表2所示。

圖5 中華書局舊址測點布置示意圖

圖6 中南銀行南京分行舊址測點布置示意圖

3.3 振動測試結果評價

根據(jù)測試結果，南京城墻（玄武湖段）結構彈性波的波速為2.003km/s，該結構的容許水平振動速度［v］=0.1903mm/s；南京城墻（雨花門）結構彈性波的波速為2.021km/s，該結構的容許水平振動速度［v］=0.1921mm/s；中華書局舊址結構彈性波的波速為2.498km/s，該結構的容許水平振動速度［v］=0.60mm/s；中南銀行南京分行舊址結構彈性波的波速為2.104km/s，該結構的容許水平振動速度［v］=0.36mm/s。

表2 振動速度監(jiān)測結果（5 次平均值）

根據(jù)上述振動速度監(jiān)測結果，南京城墻（玄武湖段）東西方向、南北方向上結構的速度響應分別為0.022mm/s、0.043mm/s，均低于結構的容許水平振動速度［v］=0.1903mm/s；

南京城墻（雨花門）東西方向、南北方向上結構的速度響應分別為0.022mm/s、0.097mm/s，均低于結構的容許水平振動速度［v］=0.1921mm/s；

中華書局舊址（見圖7）東西方向、南北方向上結構的速度響應分別為0.128mm/s、0.093mm/s，均低于結構的容許水平振動速度［v］=0.60mm/s；

圖7 中華書局舊址

中南銀行南京分行舊址（見圖8）東西方向、南北方向上結構的速度響應分別為0.098mm/s、0.080mm/s，均低于結構的容許水平振動速度［v］=0.36mm/s。

圖8 中南銀行南京分行舊址

4 結 論

本文通過對實際古建筑的振動監(jiān)測研究了地鐵運行過程中對沿線古建筑的振動影響，得出如下結論：

1）對重點保護建筑進行振動監(jiān)測時，應根據(jù)實際情況，采用合適的相關標準，確定建筑物安全的最大允許振速作為評價標準。

2）地鐵3號線運行時對南京城墻（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速度均低于結構的容許水平振動速度，均滿足GB/T50452－2008《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》的要求，無需采取防振、減振措施。

3）通過現(xiàn)場試驗歸納了地鐵運行對古建筑振動影響的相關測試技術和問題的處理方法。但由于該類建筑的復雜性及特殊性，某些影響因素和問題的處理方法還有待進一步研究及完善。

4）此次的分析與研究為該四處古建筑區(qū)段的長期保護提供重要參考。同時，也為此類項目中如何針對實際情況建立較為合理而精確的振動模型的后續(xù)研究提供了一定的數(shù)據(jù)依據(jù)。