地铁地下连续墙成槽施工对长沙海关公廨旧址的振动测试与分析

覃娟

【摘要】 橘子洲站成槽施工中产生的应力波可能通过土层传递到长沙海关公廨旧址主体结构，对旧址产生一定影响，基于长沙海关公廨旧址的敏感性和重要性，有必要对其在地铁开挖施工过程中的振动响应进行现场测试研究，获得重型机械工作时旧址主体结构的速度（加速度）时程曲线及速度（加速度）峰值分布，掌握其振动传播规律和动力响应特征，进而参照国家相关规定或标准评价长沙海关公廨旧址的振动安全性。，

【关键词】 冲击钻施工 频率 速度

1.工程概况

橘子洲站位于湘江橘子洲岛上，车站全长138m，宽22.2m，深度28.06m。围护结构采用冲击钻成槽工艺，距离长沙海关公廨旧址水平向132.3m～155.2m。

长沙海关公廨旧址位于橘子洲南引桥旁，为一栋两层楼房，海关公廨建于1911年，占地约800平方米，是旧中国半封建半殖民地的历史的活化石。基于长沙海关公廨旧址的敏感性和重要性，有必要对其在地铁成槽施工中长沙海关公廨旧址主体结构的速度（加速度）时程曲线及速度（加速度）峰值分布，掌握其振动传播规律和动力响应特征，进而参照国家相关规定或标准评价长沙海关公廨旧址的振动安全性。

2.测试方法

2.1 测试设备及传感器

本次振动测试数据采用INV-306智能信号采集处理分析仪采集，传感器采用中国地震局工程力学研究所的941B和891两种型号拾振器，放大器分别采用与传感器相匹配的941型和891型放大器。

2.2 测点布置

根据本次测试的主要目的，为获得长沙海关公廨旧址在橘子洲站施工振源作用下的最大响应，本次测试在长沙海关公廨旧址的底层楼面、2层～4层承重墙或柱、顶层楼板上各布置了一个测点，各层测点位于同一投影点上，每个测点分别安装一个竖向拾振器、一个SN向（即垂直于基坑方向）水平拾振器和一个EW向（即平行于基坑）水平拾振器。

2.3 测试工况

本次测试选择在夜间、白天对其在橘子洲站成槽施工过程中的振动响应进行了数据采集。由于建筑物的固有频率会影响其对激励的响应，本次测试对长沙海关公廨旧址的环境激励响应也进行了数据采集。

为了更加准确地评价结构响应，在振动测试过程中对长沙海关公廨旧址一楼楼梯间既有的细丝裂缝进行了跟踪观察。

3. 容许振动分析指标和标准的确定

根据《古建筑防工业振动技术规范》（GB/T 50452-2008），古建筑砖结构的容许振动速度按下表5-1采用。

根据上表确定长沙海关公廨旧址的容许振动以水平向速度响应v作为评价指标，并按同一高度、同一方向各测点速度时程最大峰峰值的一半确定，容许振动标准定为：0.15mm/s。

4. 测试结果

数据采集及分析采用智能数据采集和处理软件DASP V10进行，测试时间：2010年7月9日～2010年7月12日。在数据分析前，对实测原始记录信号进行了去直流、带阻滤波等处理。

4.1速度时程测试结果

周末长沙海关公廨旧址开放且馆前成槽机和冲机钻同时作业时测得的地表各测点的速度，选取4、5楼数据进行分析速度时程。橘子洲站连续墙施工时引起的长沙海关公廨旧址竖向最大速度响应统计结果见表6-1，SN水平向最大速度响应统计结果见表6-2，EW水平向最大速度响应统计结果见表6-3。

从测试结果来看，在橘子洲站成槽施工过程，长沙海关公廨旧址的振动响应以竖向和SN水平方向为主，最大速度响应发生在第4层和第5层，测得的结构最大竖向速度响应为0.111mm/s，平均为0.101 mm/s，测得的结构最大水平速度响应为0.102 mm/s，平均为0.088mm/s。

4.2 频率测试结果

周末长沙海关公廨旧址开放，且馆前成槽机和冲机钻同时作业时，测量地表测点的频率分布与楼层测点的频率分布。在橘子洲站成槽施工时，测得的长沙海关公廨旧址的振动响应主频统计结果见表6-4，测得的地表振动频率统计结果见表6-5。

从测度结果来看，橘子洲站成槽施工引起的地面振动频率大概在13.0Hz～22.4Hz范围之间，长沙海关公廨旧址的振动响应主频在9.2Hz～11.6Hz之间，通过低量级环境激励响应谱分析得到的长沙海关公廨旧址的固有频率约为3.2Hz。

5. 结论

从本次测试结果来看：橘子洲站成槽过程中长沙海关公廨旧址最大速度响应出现在第4层和第5层；橘子洲站成槽施工引起的长沙海关公廨旧址最大水平速度响应为0.102 mm/s，平均为0.088mm/s，小于国家标准（GB/T 50452-2008）规定的古建筑物容许振动速度——0.15mm/s；橘子洲站成槽引起的地表振动频率在13.0Hz～22.4Hz范围之间，长沙海关公廨旧址的振动响应主频在9.2Hz～11.6Hz之间，与识别的长沙海关公廨旧址固有频率——3.2Hz相差较远，不会引起结构的共振；在测度过程中，长沙海关公廨旧址1楼楼梯间既有裂缝未出现扩展。

综合分析结果，可以评定单台成槽机或冲击桩测试条件下的橘子洲站成槽施工振动对长沙海关公廨旧址的影响有限，在国家规定的古建筑防工业振动标准内，不会对结构安全产生影响。

參考文献：

（1）《古建筑防工业振动技术规范》（GB/T50452-2008）.

（2）《机械振动与冲击 建筑物的振动 振动测量及其对建筑物影响的评价指南》（GB/T 14124-2009/ISO 4866）.

（3）《地基动力特性测试规范》（GB/T 50269-97）.

（4）《场地微振动测量技术规程》（CECS74-95）.

（5）《城市区域环境振动标准》（GB 3096-1993）.

（6）长沙海关公廨旧址记录档案资料.