地鐵運行引起上方建筑振動的現場實測與規律分析

張亞彬 秦學波 韓旭

摘 要：為評價地鐵運行對上方建筑的振動影響，本文以鄭州地鐵1號線上方泰隆廣場地下停車場為研究對象，提取地鐵運行下的建筑多部位的動力信號，在預處理后統計振動加速度峰值、振級及振動主頻。結果表明，地鐵經過建筑下方時，建筑振動量增大;建筑各部位振動三向特征不同，地板豎向振動顯著，立柱水平振動強度較大，墻體垂直于墻面方向的振動最為顯著;該段區間內列車運行速度較小，所引起的建筑振動未超過限值。

關鍵詞：地鐵振動;現場實測;振動加速度;振級;振動主頻

中圖分類號：X827文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0119-03

Abstract： In order to evaluate the impact of subway operation on the vibration of the building above， this paper took the underground parking lot of Tailong Plaza above Zhengzhou Metro Line 1 as the research object， and extracted the dynamic signals of multiple parts of the building under subway operation， and counted the vibration acceleration peak， vibration level and main frequency of vibration after preprocessing. The results show that when the subway passes under the building， the vibration of the building increases; the three-dimensional characteristics of vibration in each part of the building are different， the vertical vibration of the floor is significant， the horizontal vibration of the column is strong， and the vibration of the wall perpendicular to the wall is the most significant; the train running speed in this section is relatively low， and the building vibration caused by it does not exceed the limit.

Keywords： subway vibration;field measurement;vibration acceleration;vibration level;vibration frequency

受列車動力荷載及鐵軌不平順等原因影響，地鐵列車運行期間易出現較大振動，通過鐵軌—隧道—地層的方式傳播至上覆建筑。地鐵運行造成的振動可能影響居民正常生活，造成低矮建筑物結構損傷，影響精密儀器所、博物館等特殊場所的正常運營[1]。

國內外學者針對地鐵環境振動問題進行了大量現場監測試驗[2-4]，然而對于地下建筑結構的振動特征監測尚缺。本文對比地鐵列車通過前后引起上方建筑振動的加速度數據，分析了地鐵運行引起建筑振動的影響。

1 現場振動實測及規律分析

1.1 測點布置與試驗儀器

動力信號的采集試驗場所位于鄭州地鐵1號線碧沙崗站～綠城廣場站區間。試驗地點為區間上方的泰隆廣場地下停車場。該建筑為單層鋼筋混凝土結構，基礎埋深為5.7 m，與地鐵隧道豎向距離僅有2.6 m，如圖1所示。

本次試驗設置在某工作日11：00—11：30交通繁忙時期，且試驗期間地下室暫停使用，外界因素對采樣數據的影響較小。采用INV9832三向加速度傳感器，結合INV3062數據采集儀實現各測點動力加速度的采集，并利用DASP軟件實時分析數據。振動傳感器分別布置于立柱、地板、墻體等部位，共有6個測點（CD1～CD6），且立柱側面與墻面近似與隧道方向平行。加速度傳感器測試方向定義為：設定x方向為隧道橫斷面水平方向，y方向為沿隧道縱向，z方向為鉛垂方向。采樣頻率設置為512 Hz。試驗區域測點布置如圖2所示。

1.2 振動評價標準

針對交通荷載產生的復合振動信號，通常以加速度、速度、位移為基礎值計算評價量，并判別振動強度是否超限。本文選取《城市區域環境振動標準》（GB 10070—1988）及《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》（JGJ/T 170—2009）中的振動加速度級[VAL]（Hz）作為振動評價指標。

式中，[a0]為基準加速度，m/s2，取值為a0=10-6 m/s2;[arms]為樣本加速度有效值，m/s2。

對于離散時間序列，樣本加速度有效值[arms]為：

式中，[a（n）]為樣本各離散點加速度，m/s2;[N]為采樣數量，個。

根據本文測試場地使用性質，按商業中心區規定，其晝間振級限值為75 dB。

振動信號在傳遞與輸出中會混入干擾成分，在分析前需要做預處理，以提高數據的真實性和穩定性。預處理主要涉及數據奇異點剔除、去直流、平滑處理、消除趨勢項等工作[5-6]。

2 結果與分析

現場試驗針對無列車經過環境下和列車經過環境下的建筑振動分別進行監測。篇幅所限，僅展示地板部位測點3背景振動時域及頻域曲線，如圖3、圖4所示。