地铁运行对建筑物的振动影响.doc

地铁运行对建筑物的振动影响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1520km/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79.285.2dB,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。 地铁的运行是一个长期的、每天均持续很长时间的过程,即使不足以在短时间内对建筑物产生明显的影响,长期积累之后,对建筑物的疲劳损伤、安全性能下降等方面的结果如何,都需要进行较为准确的评估。 对地铁运行引起邻近建筑物的振动问题,除了需要研究振动对建筑物的影响及需采取的相应措施,还需研究建筑物的振动对其中人员造成的影响及需要采取的相应措施。在某种情况下,即使地铁运行引起的振动不足以影响建筑物的安全性,但由于干扰频繁,也会对建筑物内的人员产生一定的生理、心理影响。随着全社会环保意识及环境标准的提高,地铁系统的振动影响将日益引起人们的关注。4结语 系统科学地研究评估地铁系统对周围建筑物及其内部人员的振动影响,不仅有利于控制、减少振动污染,还可提供不同类型的建筑物在不同情况下应与地铁隧道保持的合理距离,为地铁系统科学合理的选线提供依据。由于该课题涉及轨道交通工程、岩土工程、结构工程、环境工程等多个学科,较为复杂,目前尚需在以下几方面加以研究:(1) 建筑物长期轻微振动损伤评估专门标准; (2) 地铁运行对建筑物振动影响的测试、计算、分析方法;(3) 不同地质等条件下地铁隧道与不同结构类型、基础形式等建筑物的合理距离。 在此基础上建立轨道交通对建筑物振动影响的评估方法,确定为减轻轨道交通系统对周边建筑物的振动影响而在规划设计中应遵循的原则,为轨道交通振动污染的降低及新建线路的规划、设计提供相应的理论依据。参考文献1刘维宁,夏禾.地铁列车振动的环境响应J.岩石力学与工程学报,1996,15(增刊):586593.2潘昌实,谢正光.地铁区间隧道列车振动测试与分析J.土木工程学报,1990,23(2):2128.3杨英豪,王杰贤.列车运行时振波在土中的传递J.西安建筑科技大学学报,1995,27(3):329334.4夏禾,吴萱,于大明.城市轨道交通系统引起的环境振动问题J.北方交通大学学报,1999,23(4):17.5曹国辉,方志.地铁运行引起房屋振动的研究J.工业建筑,2003,33(12):3133.6国家标准,GB10070-88,城市区域环境振动标准S.7徐建主编.建筑振动工程手册M.北京:中国建筑工业出版社,2001.交通振动对人体的影响 2006-10-25 19:20:16.0 推荐商品对于居住在地铁附近、铁路沿线或是公交车站旁的人家来说，也许便利的交通给他们带来了出行的方便。然而，与此同时，他们也因此感受到了无休止的振动和不绝于耳的噪声。北京西直门附近100米处的一幢居民楼内，每当火车经过时居民们总可以感受到强烈的振动，家里的家具、门窗玻璃也都会发出振动的声音，长时间的振动甚至使家具发生了错位。在近日召开的“海峡两岸土木工程学术研讨会”上，原北方交通大学土木建筑工程学院院长夏禾明确指出，在我国交通振动已经成为新的环境公害之一，并且其影响范围正在逐步扩大。目前，由交通引起的振动越来越受到广泛的关注。交通振动所引起的振动公害已被列为世界七大环境公害之一。夏禾教授告诉记者，交通振动是指因交通车辆引起的结构振动通过周围地层（地下或地面）向外传播，进一步诱发附近地下结构以及邻近建筑物（包括室内家具等）的二次振动和噪声。交通振动会对建筑物特别是古旧建筑物的结构安全以及其中的居民和工作人员的工作、日常生活产生很大的影响。“在我国，由于交通的不合理规划而引起的振动越来越成为值得关注的问题。”夏教授说。他解释道，这是因为，过去城市建筑群相对稀疏，交通车辆引起的振动对周围环境的影响未能引起人们的注意。而现在，随着城市建设的迅猛发展，高架道路、轻轨、地下铁道使得我们整个城市形成了一个立体的交通网，从空中、地面到地下逐步深入到城市中的居民点、商业中心和工业区。同时，伴随着交通密度的不断增加，交通负荷的逐渐加重，振动和噪声所造成的影响也就日益显著。“这在我国的一些大型城市中尤为突出。比如在北京、上海、广州等大城市，市内很多的立体交通道路已达五至七层，而这些高架通道距离附近的建筑物只有几米的距离，甚至紧挨建筑物或从建筑物中穿过。”夏教授说。无规律的振动，无休止的噪音其实还只是交通给我们造成影响的一部分。交通所带来的各种危害已经越来越明显地影响着我们的生活和健康。据了解，由交通振动所引起的振动公害已经被列为世界七大环境公害之一。交通所引起的环境振动，会干扰人们的正常生活，对人们的身心健康带来严重的危害。振动对人体健康的影响包括生理上的和心理上的，其影响范围涉及到人的心脏和血液循环系统、呼吸系统、消化系统、神经系统以及听觉、视觉、人体平衡等许多方面。夏教授告诉记者，当振动比较强烈时，会造成骨骼、肌肉、关节及韧带的严重损伤；当振动频率和人体内脏器官的固有频率接近时，还会由于引起共振而造成内脏器官的损伤，出现呼吸加快、血压改变、心率加快、心肌收缩输出的血量减少等状况；会使消化系统中出现胃肠蠕动增加、胃下垂、胃液分泌和消化能力下降、肝脏的解毒功能代谢发生障碍等症状；还会使神经系统出现交感神经兴奋、腱反射减退或消失、手指颤动或失眠等异常。司机是长期在振动环境中工作的人，据日本对370名拖拉机司机的调查，发现他们之中，骨关节、胸部和腰椎发生病变的比例分别为71%、52%和8%，腰椎和胸部同时发现病变的高达40%，而且接触振动时间越长，发生病变的比例越高，从业10年以上的人病变比例竟高达80%。交通所引起的环境振动作为一大公害，同样会对人体健康产生不利影响。“对生活环境来说，环境振动一般不会对人造成直接的身体伤害，但它会干扰人们的日常生活，使人感到极度不适和心烦，甚至还会影响到人们的睡眠、休息和学习。”夏教授表示。据日本建设省的调查，交通引起的振动影响人睡眠的投诉率最高，约占45%，其次是对精神的损伤和对房屋的破坏，占到20%左右。振动试验表明，振动对于居住在交通线附近的居民的影响非常之大，并且振动强度愈高，对人们入睡和睡眠深度的影响就愈大。夏教授告诉记者，一般来说，刚刚可以感觉到的振动并不影响人们的睡眠；但对较敏感的人或患病者而言，则会产生影响。当振动加速度达到65dB（分贝）时，对睡眠有轻微影响；达到69dB时，所有轻睡的人将被惊醒；达到74dB时，除酣睡的人外，其他人将惊醒；达到79dB时，所有的人都将惊醒。另有国外研究证明，人对振动的心烦效应和对振动的感觉十分一致，据认为这是由于振动感觉器官遍布全身的缘故。交通引起的振动具有持久性，其反复作用会降低建筑结构的强度，最终影响建筑物的安全和正常使用。交通引起的振动，所带来的损害不仅仅是针对人们的健康和日常生活，它所造成的不利影响对建筑物安全和精密仪器的正常使用同样存在。夏教授告诉记者，虽然交通系统引起的环境振动振幅和能量都比较小，从建筑物安全的角度来讲，不会造成像地震那样的剧烈损害。但是，由于该振动的作用是长期存在和反复发生的，这种持久性的小幅环境振动的反复作用会使建筑结构的强度降低，从而出现裂缝或者引起结构变形，最终影响建筑物的安全和正常使用。“例如，在捷克，繁忙的公路或轨道交通线附近的一些砖石结构的古建筑因车辆通过时引起振动而产生裂缝，甚至发生了由于裂缝不断扩大而导致古教堂倒塌的恶性事件。”据夏教授介绍，有预测认为北京市正在施工的西直门至颐和园地铁4号线快速交通系统可能对附近文化和科研机构产生振动和噪声影响，地铁南北中轴线可能对故宫等古建筑产生振动影响，正在拟建的京沪高速铁路沪宁段高速列车也很可能会对苏州虎丘塔产生振动影响等。对于交通引起的这样一种由振源、传播路径和附近建筑物组成的链式振动系统，专家表示，要找到合理的减振方法有着相当的难度。“对于这样一个由振源、传播路径和附近建筑物组成的链式振动系统，寻找合理的减振方法有着相当的难度。”夏禾教授表示。尽管如此，当前众多学者致力于此项研究，并已获得了一定的成果。为了限制环境振动对居民睡眠、学习等日常生活的干扰和影响，国家环境保护局制定并批准的国家标准城市区域环境振动标准(GB10070-88) 对广义的环境振动给出了一定的限值。在北京、广州、深圳等大城市，包含振动影响在内的环境评价已经成为新建轨道交通系统规划设计过程中必不可少的一项程序。夏教授向记者介绍说，在我国台湾地区，台北至高雄之间的高速铁路对台湾南部科学园区可能产生的振动影响已引起台湾各界人士的广泛关注。台湾大学的杨永斌教授、成功大学的朱圣浩教授等学者采用数值分析的方法对高速铁路的环境振动影响进行了系统的研究和预测，并提出了降低环境振动影响的措施。“北京市地铁总公司、北京市城建设计院、北京市环境保护局、北京交通大学、铁道部科学研究院等单位，也已经开始结合北京、上海、沈阳、青岛等一些大城市修建地铁、轻轨交通系统时车辆引起环境振动的工程实际进行有针对性的研究。”据他介绍，当前，国内外学者正努力研究，试图通过降低振源强度、切断振动传播路径、衰减振动幅度、调整交通线路附近建筑物的自振特性等找到合理的减振方法。 新闻来源：新华网 发布人： 本信息仅供您参考! 轨道交通系统对周围环境的振动影响摘要：随着我国人民生活水平的提高，轨道交通系统对周围环境及临近建筑物的振动影响越来越引起人们的关注，并且随着我国城市轻轨交通系统的兴建，使环境振动污染的问题更加突出。本文对此问题进行了系统的综述，并提出了减少建筑物振动的措施。 关键词：轨道交通系统 环境 振动 一、引言在欧美等西方发达国家，轨道交通系统引起的振动对周围环境的影响早已引起人们的注意，并且把振动列为七大环境公害之一【1】。而在我国，随着经济的发展和人们生活水平的提高，振动问题也引起了一些专家学者的注意。振动试验表明，振动对于居住在铁路线周围的居民的影响非常大，并且危害人们的身心健康，当振动加速度达65dB时，对睡觉有轻微影响；振动加速度达到69dB时，所有轻睡的人将被惊醒；振动加速度达到74dB时，除酣睡的人，一般情况下，其他人将惊醒【2】。铁道部劳动卫生研究所通过对我国几个典型城市的铁路环境振动的现场实测，考察了铁路沿线居民区受列车运行引起的环境振动污染现状，测试结果表明，离轨道中心线30m之内区域的振级大部分接近80dB。这样高的振级将极大地影响铁路沿线居民的日常生活及身心健康。因此，着手研究振动污染规律、振动产生的原因、振动传播途径及控制方法具有非常重要的意义。在我国，随着现代化的进行，交通系统大规模发展的趋势极为迅速。由于城市轨道交通系统（包括地下铁道和城市高架轻轨）具有运量大、速度快、安全可靠、对环境污染少、不占用一般道路等优点，已成为解决城市交通拥挤和减少污染的一种有效手段。国内已经拥有和正在建设的地下铁道系统的城市越来越多，而且不少城市还在筹建轻轨交通系统。近年来在城市交通系统建设中，对于振动可能影响环境和周边建筑物内居民生活和工作的问题也进行了预测。如拟议中的西直门至颐和园轻轨快速交通系统可能对附近文化和科研机构产生的振动和噪声影响、地铁南北中轴线可能对故宫等古建筑的振动影响。为此，北京市地铁总公司、北京市城建设计院、北京市环境保护局、北方交通大学、铁道部科学研究院等单位已经开始结合北京、上海等一些大城市修建地铁、轻轨交通系统时车辆引起的环境振动的工程实际进行研究，发表了有关地铁、轻轨车辆作用下隧道及高架桥梁的振动、振动波的传播及其对周围环境和建筑物影响的初步研究成果。二、振动的产生及传播规律轨道交通系统振动对环境和周边建筑物的影响一般通过以下方式进行：由运行列车对轨道的冲击作用产生振动，并通过结构（隧道基础和衬砌或桥梁的墩台及其基础）传递到周围的地层，进而通过土介质向四周传播，进一步诱发附近地下结构以及建筑物（包括其结构和室内家具）的二次振动和噪声，从而对建筑物的结构安全以及建筑物内的人们的工作和生活产生了很大的影响。轨道交通系统的振动主要由以下几个方面产生：（1）列车以一定的速度运行时，对轨道的重力加载产生的冲击；（2）列车在轨道上运行时，轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动；（3）当车轮滚过钢轨接头时，轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动；（4）轨道的不平顺和车轮的损伤也是系统振动的振源。对于高架轻轨系统，其影响因素主要有列车速度、车辆重量、桥梁结构类型和基础类型、跨度、刚度、挠度等，列车与桥梁前相互作用也会加大振动作用对于地下铁路，其影响因素主要有列车速度、车辆重量、隧道基础和衬砌结构类型、轨道类型、是否采用隔振措施等。 在理论分析方面，由于国内还没有建成高架轻轨系统，文献 3 5采用二维的车一桥共同作用力学模型，通过动力分析求得了列车运行时作用在桥上的列车振动荷载，然后再采用桥墩一基础一地基二维共同作用的模型，通过动力响应分析，求得了通过桥墩并垂直于线路的横断面上的地基和地面的振动特性。通过分析和计算，得到了以下结论：轻轨列车振动所引起的附近地面振动，在某一距离范围内，将随距轻轨线路距离的增加而衰减；在一定距离内又出现了反弹增大（大约在4060m间），但总趋势是随距离的增大而衰减；轻轨系统桥梁的基础类型对地面的振动影响比较大，采用桩基时由列车运行所引起的地面振动的位移汇度伽速度值均较采用平基时的小许多，且采用桩基时，地面振动随距线路距离的增加而衰减的速度也较平基为大。甚至由于采用了不同的桥梁基础，沿线建筑不同楼层的振动响应也有所不同。采用浅平基础时，高楼层的响应比低楼层的剧烈，若采用桩基时，各楼层的差别就小得多；高架桥线路与路基线路相比，环境振动将大幅度降低。距线路中心线30m处的振动强度可降低510dB。对于地铁列车的振动效应，除了通过现场实测了解其对周围环境的振动影响以外，文献6根据实测轨道加速度得到了列车荷载的模拟数学表达式，进而采用有限元方法分析了隧道和周围土体的振动特性；文献5通过建立系统动力分析模型的方法就地铁列车运行时所引起的环境振动及振动波的传播规律进行了研究。已有调查表明【7】，地铁列车在隧道内高速运行时，距轨道水平距离 1.5m处，振级平均值为81dB，距轨道水平距离24m处，振级平均值为71.6dB。这说明随着距轨道水平距离的增加，振级将不断衰减。此外，地铁振动影响的范围在很大程度上还取决于列车通过的速度及隧道的埋深。速度越高，振动干扰越强，响应的影响范围越大，埋深越大，影响范围也越小。随距离增大而振动强度减弱的规律也适用于沿线建筑物。由于列车运行所引起的地面水平振动，在传播过程中的衰减要快于垂直方向，因而沿线建筑物内垂直方向的振动将大于水平方向的振动。实测结果表明：楼房的水平振动一般小于垂直振动十几分贝，因此在评价楼房受列车运行所引起的振动影响时，可以垂直方向为主。对于建筑物的平面而言，其纵向劲度大于横向劲度，所以无论建筑物的走向与线路的相对位置如何，当建筑物受到列车运行所引起的振动影响时，总以其横向大于纵向振动的规律出现。就不同楼层高度而言8，一般来说，对于低层建筑，特别是在四层以下，随着楼层的增高，振动的强度有增大的趋势。随着列车速度的提高，附近建筑物内测得的振动有增大的趋势，尤其楼房内侧的振动表现得特别明显。而由列车振动引起的沿线地面建筑物的振动，其振级的大小又与建筑物的结构形式、基础类型以及与地铁的距离有密切的联系。对于基础良好、质量较大的高层钢筋混凝土建筑，由于其固有频率低，不易被激励起较大的振动，因而其振级较自土壤传来的振级有相当大的衰减，衰减量可达1020dB，因此在距地铁隧道水平距离32m处，高层建筑物地下室内实测振级不大于60dB，一层以上则测不出地铁行驶时引起的振动；基础一般的砖混结构住宅楼可衰减510dB；而基础较差的建筑，如轻质结构或浅基础的建筑，则衰减量很少，其振级与土壤振级相近，甚至还会出现室内振动大于室外地面振动的现象。根据实测结果可知，振动强度的分布有以下特点：（1）在振源的频率分布上，以人体反应比较敏感的低频为主，其中5060Hz的振动强度较大。（2）在列车速度的影响上，随行车速度的提高，振动有增大的趋势。（3）就地面振动随距离的衰减而言，距轨道中心线越近，同一列车引起的地面振动越大，反之则越小。一般认为，列车运行所产生的地面振动随距线路距离的增加而有较大的衰减是一般规律，但是也有文献得出了不同的结果。文献9和10曾分别在桥梁（京沈线滦河桥，跨度32m上承式钢板梁桥，桥墩高810m，车速5080km小）和线路附近（京广线，车速 25110km/h）测试了列车通过时地面振动加速度随距离的变化规律。G为振级，为各测点加速度与路基处加速度的比值。可以发现地面振动分别在距桥墩60m左右处和距线路40m左右处出现了加速度的反弹增大。这一测试结果是与理论计算的结果相吻合的。 随距离增大而振动强度减弱的规律也适用于沿线建筑，由于列车引起的地面水平方向振动在传导过程中的衰减要快于垂直方向的振动，因而沿线建筑物内的垂直方向的振动将大于水平方向的振动。实测结果表明：建筑物的水平振动一般约小于垂直振动10dB，因此在评价建筑物受轨道交通系统影响时，可以垂直方向的振动为主。三、计算报动的理论方注当振动接收点与波源距离小于列车1长度，且接收点远至足以产生远域时，由列车所形成的振动荷载几何上可以模拟成谐和线荷载波源。在竖向谐和线荷载作用于弹性半空间情况下，振动能量呈圆柱状扩散，振幅衰减速率较点波源作用下为没（点波源作用下，能量呈球状扩散），R波由二维波成了类似一维的波，在地表面上并不衰减，而远域的体波（P波和S波），其振幅在地表面下将反比于接收点与线荷载距离的平方（呈衰减）。上述波传问题在波源下的解都是把地基上看作均匀、各向同性的弹性半空间，这种地基上模型是对实际地基上的理想化。但是它给出了在点波源或线波源作用下体波、面波衰减的一些基本特征。四、减振隔振措施交通荷载所引起的地面振动，经常会影响邻近的结构物，或对邻近振动敏感的精密仪表、设备等有不可忽视的影响，也时常干扰邻近居民的生产与生活环境，因而对地面振动防止对策的研究已经成为一个非常重要的环境和工程问题。应用屏障是防止和减轻地面振动的有效措施，对该问题的研究始于本世纪40年代。一般而言，振动的有效隔阻可由河渠、橡胶垫层、板桩墙以及桩等屏障来截断、散射、绕射各种应力波而达成。屏障又可以分为连续屏障和非连续屏障。连续屏障是指屏障是连续的整体，如开口沟渠，用泥浆、锯屑和沙子等填充的沟或混凝土刚性墙等；非连续屏障措屏障由间断的屏障单体构成如圆柱行排孔和排桩等。一般所研究的振动屏障问题，可以分成两大类，一为主动隔振，又称（近场）积极隔振，即利用间接或围绕振动的障壁，以减少由振动源发射出来的波能。由于主动隔振法的屏壁接近波源，所以其主要用于阻隔体波（P波和S波）。另一类为被动隔振，又称（远场）消极隔振，即在高振源较远处作屏障，隔开振动，使之无法降低振动的地点。被动隔振法由于障蔽远离振动源，所以主要用来阻隔面波（R波）。屏障隔振的原理是建立在波能的反射、散射和衍射的基础上，实质上是弹性波和存在于均质弹性介质（屏障）间的相互作用结果。屏障对波的散射效应决定其隔振效果。由于R波的散射是一个非常复杂的过程，所以理论解多限于体波，并以SH液研究最多，但仍限于几种规则屏障。关于振动屏障的问题，已有很多人做过研究，如Woods11曾提出有关利用明渠产生主动阳振的现场调查报告。 Pao12等曾利用解析的方法研究波在圆形及抛物线型障壁的折射问题，其中解析的方法由于闭和型的解不易获得，而使其解仅限于简单的几何形状和在特珠的理想条件下。近年来，又有许多学者利用有限元配合特殊的人工边界研究了弹性基础对降低交通振动的效用，利用有限元与边界元或无限元的杂交法，研究交通的隔振问题。高广运等首次提出了地面连续和非连续屏障隔振的概念，指出非连续排桩屏障的散射效应决定隔振效果，而屏障的衍射效应决定其影响范围。为防止振动表面波的传播，在地表采取挖沟、筑墙等措施也能取得一定效果。有三种隔离模式：弹性基础、明沟和充填式沟渠。研究结果表明：弹性基础对较高频率的隔振效果好，但由于弹性基础的存在，轨道上的最大低频速度和加速度会被放大，所以无论是对于运行列车的平稳性还是对周围环境的隔振来说，弹性基础并不是很理想的方法；对于明沟和充填式沟渠而言，一般来说，减振沟越深，其有效隔振频率的下限就越低，减振效果越好。沟的宽度与隔振效果无关。对阻隔列车引起的振动而言，明沟在三种方式中是最好的，它可以完全切断振动波的传播，只要沟的深度足够，就可以获得理想的隔振效果。但在实际应用上，明沟有稳定性的问题，须设置支撑构架使其保持稳定。对于低频振动，上述三种隔振措施所引起的效果都不大，对于高频振动，如高速列车运行所引起的振动，上述三种隔振措施的效果都可以，但以明沟的隔振效果为最佳。五、结论 虽然对于轨道交通系统对周围环境的影响这一课题国内外都做了不少工作，但仍有很多工作要做。（1）轨道交通系统引起的振动都是通过土壤而传递到临近结构物，造成于抗性的振动或破坏，因此，必须首先了解地表下波传特性。（2）工程实际中遇到的土都是各种各样，非常复杂，所以在研究上介质中弹性波的传播问题时，必须在弹性波理论揭示的规律基础上，再引人大量的现场测试得到的具体参数来解决振动的波动衰减问题。城市地铁项目建设对古建筑的影响摘要:为了研究西安地铁二号线工程建设对周围环境产生的影响,并对该工程沿线的古建筑进行保护,通过类比调查和数据分析的方法,分析了西安地铁二号线工程在施工期和营运期对古建筑产生的振动和地基不均匀沉降等影响。结果表明:西安地铁二号线工程建设对地下水的扰动不会影响古建筑的安全;同时,建设产生的振动影响在古建筑的振动允许限值内。为了最大程度地减小西安地铁二号线工程建设对古建筑的影响,提出了合理的古建筑加固方案和工程减振措施。关键词:城市;快速轨道交通;地铁;古建筑;影响0引言 城市快速轨道交通是指城市中有轨的大运量的公共交通运输系统,其中包括地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车及悬浮列车等多种类型。1863年1月10日,英国伦敦建成世界上第1条地铁并开始通车,标志着城市地下轨道交通方式的诞生。100多年以后,轨道交通已经成为一种普遍的城市现代化交通运输系统。目前全世界有100多座城市开通了300多条地铁线路,总长度超过6000km。 城市地铁运输系统以其占地少、运量大、速度快、准时、方便、舒适等优点而受到人们的青睐,同时,地铁运行产生的振动也越来越被人们所重视,特别是对古建筑的影响。例如,在捷克,繁忙的公路和地铁线附近某些砖石结构的古教堂因车辆通过时引起振动而产生裂缝,甚至由于裂缝不断扩大而导致建筑物倒塌;巴黎地铁七号线和十三号线对巴士底狱新歌剧院的影响等1-2。就此各国专家对城市轨道交通振动产生的原因、污染的规律、传播的途径及控制的方法等进行了研究3-4。 西安是具有13个历史朝代的著名古都,至今保留下来的古建筑分布较广,因此,西安城市地铁项目建设对古建筑的影响备受关注。西安地铁二号线南北向穿越西安市的主城区,不可避免地穿越国家级文物保护建筑西安明城墙及钟楼。笔者结合该工程,分析了城市地铁项目建设对古建筑的影响,提出了保护古建筑的方案,实现城市建设与古建筑保护的协调发展。1西安地铁二号线沿线古建筑分布 依据西安地铁二号线工程可行性研究报告,西安地铁二号线工程涉及两处古建筑,即西安明城墙和钟楼。1.1明城墙 西安明城墙建于明洪武三年至十一年(13701378年),是在唐长安城的皇城和元代奉元城的基础上扩建而成的。明城墙高12m,底宽1618m顶宽1214m。据含光门遗址考古资料,明城墙基础深度距现地表约为35m。城外为护城河,护城河宽2022m,深1215m。西安明城墙是现今保存最完整的中国古代城垣建筑,也是世界上现存规模最大、最完整的古代军事城堡设施5。 西安地铁二号线以左、右线距北城门洞外侧和南城门洞内侧水平距离9m处绕行下穿,隧道埋深18m(南门)和24.5m(北门)。明城墙内部为夯土,外部为砖砌,基础为夯筑,内、外层之间为不同材料、不同时期的构筑物,整体结构较松散。1.2钟楼 西安钟楼始建于明洪武十七年(1384年),是一座重檐四角攒尖木结构的建筑,基座为方形,边长35.5m,高8.6m,用青砖白灰砌筑而成,四面正中有高、宽各6m的券洞以连通四街。钟楼分2层,地面至顶高36m,原置唐景云钟。 西安地铁二号线在钟楼处采取左、右线分开绕行以隧道方式通过,左、右线距钟楼基座17m,隧道埋深17m。1.3地质状况 西安地铁二号线经过古建筑段原地貌为黄土梁洼区,地层为第四系上更新统风积及第四系中更新统风积、冲积层。地下水位埋深8m左右,地下水位附近有薄层软塑层,黄土湿陷性、饱和软黄土是本区的主要工程地质问题。隧道围岩分类为类。2西安地铁二号线对古建筑的影响2.1施工期 西安地铁项目建设在施工期间对古建筑的影响,主要来自于隧道及地下车站施工引起的地层水环境扰动和由此引起的基础不均匀沉降6-8。 在隧道及地下车站施工前,通过地层任一水平截面,上覆地层荷载所形成的总应力与地下水压力、固体骨架的有效应力相平衡。在工程施工建设后,人工降水及水向其中的排泄都能使工程范围内的地下水位降低,致使地下水的压力减小。为了维持其平衡,这部分力将转移到多孔介质骨架上,即增大了有效应力,从而压缩多孔介质,土层将出现固结沉降。由于人工降水引起的地面沉降量在空间上分布不均匀,从而导致天然地基上的建筑物产生不均匀沉降。 西安地铁隧道不论以何种方式穿过古建筑基础均要改变古建筑基础的原始受力状态,其中尤以浅埋暗挖法对地层的影响最大。以经济有效的方法顺利通过古建筑是工程施工中面临的主要问题。 依据古代造筑的习惯和现有护城河的深度进行分析,西安地铁二号线工程穿越时不会伤及古建筑主体。从平纵位置分析,该工程已经避开了古建筑基础应力扩散范围。 西安地铁二号线经过钟楼和明城墙段线位处于潜水含水层系统中,由于该段黄土层深厚,黄土的渗透性差,且采用盾构法施工,不需工程降水,因此,地铁区间隧道施工对地下水位影响较小,同时采用盾尾同步注浆、衬砌回填压浆及地面跟踪注浆等综合措施后,可以有效控制地面不产生沉降或仅有毫米级微小沉降。 西安地铁二号线在钟楼站和南门站采用浅埋暗挖法进行施工。这种施工方法采用锚喷结构作为洞室的施工支护,然后再施作二次衬砌,不需要施工降水,仅有少量渗入的地下水需要排出。地下车站施工对地下水位的影响很小,对建筑物的间接影响也很小。考虑到钟楼站距钟楼70m、南门站距明城墙南门30m,距离较近,应采取相应的措施加强对古建筑的保护。2.2营运期 西安地铁二号线工程营运期对古建筑的影响主要来自列车运行时产生的振动和隧道作为弱透水层对地下水流场扰动引起的建筑物不均匀沉降。2.2.1振动影响 振动在土壤介质中的传播规律非常复杂,与振源本身的情况、地质条件等诸多因素有关。由于西安目前尚无地铁,没有轨道交通振动的实测数据,因此难于对西安地铁二号线沿线涉及古建筑的振动速度进行准确的预测和判断。 鉴于西安地铁二号线与北京地铁一号线工程情况十分相似,地质条件比较接近,可将北京地铁一号线作为类比调查对象。北京地铁一号线的振动速度测量结果见表1。通过类比判定,西安地铁二号线沿线古建筑在营运期受地铁产生的振动速度不会超过0.4mms-1(垂向最大值),小于1.8mms-1的标准限值。 鉴于目前明城墙、钟楼沿线现有道路交通对其振动的影响,西安地铁二号线营运后,由于公路交通造成的振动和地铁造成的振动将共同对明城墙、钟楼产生影响,考虑地面交通和地下轨道交通的累积振动效应,分析该工程建成后对古建筑的振动影响,结果见表2。 由表2可见,即使考虑最不利因素的影响,明城墙、钟楼的叠加垂向最大振动速度也不超过建筑物振动速度允许的限值。2.2.2对地下水流场的影响 该隧道工程在潜水含水层中形成一弱透水层,阻碍地下水的径流,导致地下水流场发生变化。由于西安地铁二号线线位走