地鐵運行引起房屋振動的研究

摘　要: 通過對某大樓的振動特性和環(huán)境噪聲監(jiān)測,對該大樓進行了可靠性評估,強調(diào)了健康舒適度在房屋可靠性評估中的重要性。　　
關(guān)鍵詞: 振動特性　噪聲　檢測　可靠性評估　健康舒適度

1 　工程背景
某住宅樓始建于1985 年,為9 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),總高度31.65m 。該場地屬珠江河沖擊層, 場地地質(zhì)情況如下:表層雜填土、淤泥層厚度約5～ 15m , 粘土、粗砂層厚約0～5m , 再往下是粉質(zhì)粘土層厚約1～8m , 然后至強風化粉砂巖厚約3～13m , 再后是中風化層等。采用混凝土灌注樁基礎(chǔ),樁徑為480mm , 樁長14～18m , 該房屋位于廣州地鐵一號線長壽路站到中山七路站區(qū)間的隧道線路上,地鐵由兩條直徑為6.2m 并行隧道組成,地鐵穿過房屋的平面布置如圖1 所示,房屋剖面如圖2 所示。地鐵線路需要穿過該大樓的樁基礎(chǔ),在保證不影響2 層以上居民生活的前提下實現(xiàn)樁基礎(chǔ)的托換。托換工程采用了由設(shè)置于樁承臺附近的鋼筋混凝土梁式轉(zhuǎn)換層和設(shè)置于盾構(gòu)施工通廊外側(cè)的鉆孔灌注樁組成的托換結(jié)構(gòu)體系,待托換結(jié)構(gòu)混凝土達到設(shè)計強度后,再在原承臺底斷開原樁,使上部建筑物荷載轉(zhuǎn)移到新的永久性托換結(jié)構(gòu)上,并在隧道影響范圍外進行補樁加固,以提高樁基的承載力,控制房屋的沉降變形。在大樓整體托換過程中,對房屋結(jié)構(gòu)變形情況進行監(jiān)測,測試結(jié)果表明,托換的應(yīng)力水平較低, 大樓的最大沉降量和最大相對沉降量均得到了有效控制,樁基托換是成功的,為國家節(jié)約了大量資金。近兩年來,該大樓的居民反映列車經(jīng)過時能感到較大的振動與噪音,晚上尤為明顯,且東向與中間單元的振動與噪聲較西向單元大,下面3 層的振動較上面樓層的大,且以低頻聲音為主,影響居住的健康舒適性。

2 　檢測目的
1) 查明地鐵振動與噪聲對住戶的健康舒適度的影響程度。
2) 分析地鐵振動對房屋結(jié)構(gòu)安全性的影響。
3 　房屋振動特性測試試驗
3.1 　測點布置
1) 在三個梯間布點進行測試,中間的梯間在居民住房內(nèi)布點測試;
2) 中間梯間室內(nèi)測點布置為:1 、4 、7 、9 層房間各布置X 、Y 、Z 三點;
3) 其他梯間測點布置為:1 、4 、7 、9層梯間各布置X 、Y 、Z三點;4) 室

圖1 　房屋測點平面布置
1 -梁式轉(zhuǎn)換層;2 -斷樁口;3 -隧道1 ;4 -隧道2 ; 5 -原樁;6 -托換樁;7 -加固樁圖2 　地鐵經(jīng)過位置房屋的剖面外布置1 、2 、3 三點。
3.2 　測試方法
采用WJ -200(頻率0～80Hz) 加速度傳感器粘于各指定測點上,由DASP 信號采集儀記錄,測試過程各方法按照《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》( GB10071 -88) 進行。測試鉛直向的Z 振級,每個測點連續(xù)測量10 次列車運行,以10 次讀數(shù)的算術(shù)平均值為評價值。

3.3 　測試結(jié)果
1) 結(jié)構(gòu)X 向的一階頻率為2117Hz , 周期為0146s ; 結(jié)構(gòu)Y 向的一階頻率為3145Hz , 周期為0129s 。
2) 各層室內(nèi)X 、Y 、Z 向加速度最大值如表1 所示, 中間梯間第4 層Z 向加速度時程圖如圖3 所示。
3) 各層室內(nèi)X 、Y 向位移最大值如表2 所示。

圖3 　中間梯間4 層加速度時程　
表1 　加速度最大值

4) 室內(nèi)各層Z 振級如表3 所示,室內(nèi)Z 振級沿　　
5) 室外1 、2 、3 點Z 振級如表4 所示,室外Z 振房屋高度方向的衰減如圖4 所示。級沿水平方向的衰減如圖5 所示。

4 　房屋環(huán)境噪聲監(jiān)測
測點位置主要集中在地鐵隧道經(jīng)過的范圍內(nèi), 環(huán)境噪聲監(jiān)測按《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲測量方法》(GB 12349 -90) 標準執(zhí)行,列車經(jīng)過時間段測量噪聲等級,測點位置及監(jiān)測結(jié)果見表5 所列。
5 　可靠性評定結(jié)論
1) 從各測點的振動加速度反應(yīng)值和位移幅值可見,地鐵運行時,房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生輕微的振動,人體對振動

的感覺如圖5 所示,可見人體基本不能感覺到振動,房屋室內(nèi)各測點的加速度反應(yīng)值和位移值基
　　

圖5 　人體對振動的感覺
本符合規(guī)范標準,地鐵振動不會對房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞現(xiàn)象,房屋結(jié)構(gòu)安全。
2) 地鐵運行時,房屋室外各測點和Z 振級符合《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》( GB 20070 -88) 。室內(nèi)各測點的Z 振級為79.2～85.2dB ,超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》規(guī)定的城市“混合區(qū)晝間Z 振級標準78dB ,夜間72dB 要求。
3) 地鐵運行時, 室內(nèi)測點環(huán)境噪聲級為晝間
48.0～53.3dB ,夜間40.0～43.5dB ,超出了《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》( GB 3096 -93) 規(guī)定要求。
4) 經(jīng)計算房屋結(jié)構(gòu)的自振周期如下: X 向為0.89s ; Y 向為0.39s ,而房屋結(jié)構(gòu)實測周期為: X 向為0.46s ; Y 向為0.29s 。理論計算值與實測值間存在一定誤差,這是由于實際結(jié)構(gòu)比較復雜,與填充墻等非結(jié)構(gòu)部件、結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布、材料實際性能、施工質(zhì)量等因素有關(guān)。
6 　可靠性評定結(jié)論
地鐵運行時產(chǎn)生的振動與噪聲問題影響房屋的健康舒適性,因此,在以后類似工程的設(shè)計與施工過程中應(yīng)慎重處理,采取較為穩(wěn)妥的隔振、減振措施。具體措施如下:
1) 減小振源產(chǎn)生的振動大小,如采用無縫鋼軌或調(diào)整列車運行速度,避免發(fā)生低頻振動引起的房屋結(jié)構(gòu)激振反應(yīng)。
2) 采取有效的隔振措施,如設(shè)置砂墊層帶,在振源與房屋結(jié)構(gòu)之間隔斷振動波的傳播途徑。
3) 采取減振措施,如在托換樁與承臺之間設(shè)置橡膠墊塊。
4) 調(diào)整房屋結(jié)構(gòu)體系的剛度,改變結(jié)構(gòu)自振頻率,避免主振源與房屋結(jié)構(gòu)之間由于低頻耦合作用產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。