地铁运行对建筑物的振动影响(一)
摘要]介绍了地铁运行引起的振动对周围建筑物及其内部居民的影响,
提出目前开展该方面研究的重要性、迫切性及具体需解决的问题。
关键词]地铁运行;振动波;建筑物振动
1前言
随着近年来城市化进程的加快,我国已进入大规模发展城市轨道交通的
阶段,越来越多的地铁线路投入运营,人们也逐步认识到尽管地铁总体
上较其他交通方式污染较少,但仍然不能完全避免对沿线周围环境的影
响,特别是振动污染较其他城市交通方式更为显著,地铁引起的振动对
建筑物特别是古旧建筑物的结构安全,以及其中居民的工作和日常生活
产生了很大的影响。
因此,在大规模规划建设轨道交通体系的同时,研究分析其对周围建筑
物的振动影响具有重要意义。
2地铁运行引起的振动及其传播
近年来,随着城市面积的扩大和社会节奏的不断加快,地铁运行对周围
环境的振动影响问题亦越来越严重。国际上早已把振动列为一大环境
公害,国内外学者已着手研究地铁振动产生的原因、传播规律、对周围
环境及人体的危害和控制方法1、2、3]。
对于轨道交通系统,由于地铁列车的移动,车轮与轨道接触引起轨道周
期性的振动,以及车轮在轨道接缝处引起的冲击振动。这些振动经钢轨
通过道床传到隧道结构,再通过隧道结构传递到周围的土层中,进而通
过土层向四周传播,诱发了附近地下结构以及地面建筑物的二次振动。
地铁隧道振动的传播主要以横波、纵波和表面波的形式传播,日本的
ErichiTaniguehi研究表明:位于地下2m深处的振动加速度值为地表的
20%～50%;4m深处为10%～30%。可见在地铁运行产生的振动中,表面
波占主要地位,对建筑物有直接影响4]。地铁隧道振动的传播与振动频
率等动力特性以及土层分布、土质、地下水、障碍物等有关,并且,由于
各地域土层分布差别较大,地铁振动引起的动力响应及波的传播特性不
尽相同,因此地铁运行引起的振动及其传播规律较为复杂且具有地域性。
3地铁振动对建筑物的影响
为缓解交通压力,地铁不得不穿过城市中密集的居民区、商业中心,而且
目前都是采用浅埋方式,地铁隧道离建筑物越来越近。将来随着地铁交
通系统规模的不断扩大,地铁隧道邻近建筑物的情况越来越多,同时地
铁运行的总体密度逐步提高,振动的影响日益增大。
对某城市地铁车辆段附近进行的现场测试结果表明,当地铁列车以
15～20km/h速度通过时,地铁正上方居民住宅的振动高达85dB,如果地
铁速度达到正常运行时的40km/h,甚至最高时的70km/h时,其振级应该
还要大得多4],可见列车运行引起的振动已不同程度地影响了建筑物的
安全和居民的日常生活。广州地铁一号线上的一幢9层框架房屋,实测
数据表明室内的Z振级为79.2～85.2dB,超出了《城市区域环境振动标
准》(GB10070-88)规定的城市“混合区”,即一般商业与居民混合区昼间Z
振级标准75dB、夜间72dB的要求5、6]。
振动对建筑物的影响,轻微的会出现墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝,
严重则导致基础变形或下沉。目前,许多发达国家制定了建筑物允许的
振动标准。日本规定,对于教堂、旧纪念馆的位移允许值为0.127mm,
振动速度允许值v=5mm/s,振动加速度允许值为0.102g;德国也制定了根
据不同的振幅或速度和频率,评估对建筑物可能造成损坏的各种情况:
无损坏、粉刷出现裂缝、承重结构可能损坏、承重结构损坏7]。但我
国尚无相应的专门标准,只能参照一些相关的标准进行建筑物的振动评
估。