地铁运营对沿线古建筑的振动影响分析与研究

崇金玲

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司，江苏南京210008，2.江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏南京210012）

0 引 言

随着城市建设日新月异的发展，交通系统的不断完善，尤其是城市轨道交通建设运营的迅速发展，对公共交通设施的运营产生的振动引起古建筑的振动响应也越来越引起社会和民众的关注。城市轨道车辆行驶引起的振动通过附近地层（地下或地面）向外传播，从而导致地下结构物及临近建筑物产生振动，这种反复而长期的振动达到一定水平会对周边建筑尤其古建筑带来不可避免的损伤、变形，从而导致其安全性受到威胁，因此其影响不容忽视。

1 工程概况

南京地铁3号线沿线经过南京城墙（玄武湖段）、南京城墙（雨花门段）、中华书局旧址、中南银行南京分行旧址，由于地铁运行时产生一定的振动，为评价该振动对四处古建筑的影响，对南京城墙（玄武湖段）、南京城墙（雨花门段）、中华书局旧址、中南银行南京分行旧址受南京地铁3号线运行时的振动情况进行监测。

南京城墙始建于1366年，1988年1月全段被列为全国重点文物保护单位，2012年11月作为“中国明清城墙”项目的牵头城市被列入中国世界文化遗产预备名单。根据资料，南京地铁3号线下穿南京城墙（玄武湖段）左右线地铁列车最大速度为70km/h；下穿南京城墙（雨花门段）左右线地铁列车最大速度为60km/h。

中华书局旧址位于南京市秦淮区太平南路220号，始建于民国24年（1936年），是秦淮区文物保护单位，如今是古籍书店。南京地铁3号线位于中华书局旧址的东侧地下，根据资料，近轨道地铁列车在该区域运行最大速度为60km/h。

中南银行南京分行旧址位于南京市秦淮区白下路155号，始建于1929年，为江苏省重点文物保护单位。南京地铁3号线位于中南银行南京分行旧址的东侧地下，根据资料，近轨道地铁列车在该区域运行最大速度为68km/h。

2 检测概述

2.1 评价标准

通过查阅各国建筑振动控制标准，不难发现各国标准对振动评估指标的规定、振源类型、振动速度限制及监测振动时测点的布置位置不尽相同。从振源角度来看，大部分标准都是依据瞬态振动或者短期振动来制定的，国内标准只有GB/T50452－2008《古建筑防工业振动技术规范》［1］适用于交通引起的建筑物振动评估；并且国外的古建筑大多石材为主要建筑材料，而中国古建筑大多砖、木为主要建筑材料。因此不能盲目地选用国外振动标准对中国的古建筑进行评估［2］。

为评价地铁运行引起的振动对该四处古建筑的影响，本文采用国家标准GB/T50452－2008《古建筑防工业振动技术规范》对其进行评估。根据该标准的规定，古建筑结构的容许振动以结构的振动速度为控制标准，古建筑结构的容许振动速度，应根据建筑的结构类型、保护级别和弹性波在古建筑结构中的传播速度选用。

根据现场调查，该四处古建筑均为砖砌体结构，根据GB/T50452－2008《古建筑防工业振动技术规范》第3.2.1条的规定，古建筑砖结构的容许振动速度如表1所示。

表1 古建筑砖结构的容许振动速度［v］ mm/s

2.2 试验工作的准备和实施

1）内业准备工作。

内业准备工作在进场之前全部完成，主要包括仪器的标定、调试、振动测点的布置及编号，全面的内业准备工作为试验的顺利和安全进行提供了可靠的技术保证。

2）现场的准备工作。

试验人员进场进行试验的准备工作，在确定好各振动测点的位置后，项目组对振动测点进行布设，并将采集仪和拾振器连接好，对所有的拾振器进行调试，确保所有的仪器和仪表均处于正常工作状态。

2.3 数据采集

1）砖弹性波速度采集：砖弹性波速度采集采用ZBL-U520型非金属超声检测分析仪，弹性波传播速度采用平测法测试，测点表面清洁、平整。

2）结构振动速度数据采集。现场振动速度采用振动信号测试分析系统DH5927N和中国地震局工程力学研究所941B拾振器进行数据采集，现场测试各古建筑时，测点沿东西和南北两个水平方向在承重结构的最高处分别布置拾振器。

图1为振动速度测试原理及流程图，测试系统包括笔记本电脑、信号采集仪、信号实时分析系统、拾振器。现场测试时连接各仪器设备，对所布置的测点进行动态数据采集，振动信号测试分析系统如图2所示。

图1 振动速度测试原理及流程图

图2 振动信号测试分析系统

3 检测结果及分析

3.1 弹性波速检测和结构的容许水平振动速度

现场采用ZBL-U520型非金属超声检测分析仪，采用平测法测试，选取10个测点，每个测点测2次，并计算波速平均值。根据计算结果，南京城墙（玄武湖段）、南京城墙（雨花门段）、中华书局旧址、中南银行南京分行旧址四处建筑的10个测点的波速平均值分别为2.003、2.021、2.498、2.104km/s，根据表1进行差值计算，结构的容许水平振动速度［v］分别为0.1903、0.1921、0.60、0.36mm/s。

3.2 振动测试结果

图3 南京城墙（玄武湖段）测点布置示意图

图4 南京城墙（雨花门段）测点布置示意图

现场振动速度采用振动信号测试分析系统DH5927N和中国地震局工程力学研究所941B拾振器进行数据采集，南京城墙（玄武湖段、雨花门段）测点沿东西和南北两个水平方向在城墙的最高处分别布置拾振器进行振动速度监测，南京城墙（玄武湖段）测点布置示意图如图3所示，南京城墙（雨花门）测点布置示意图如图4所示；中华书局旧址、中南银行南京分行旧址测点沿东西和南北两个水平方向在房屋的最高处分别布置拾振器进行振动速度监测，中华书局旧址测点布置示意图如图5所示，中南银行南京分行旧址测点布置示意图如图6所示；现场测试工作分别于13∶30～15∶00、17∶00～18∶15、第二天的10∶00～11∶30和13∶50～15∶20进行测试，并分别选取5次地铁列车运行时的结构振动速度，各测点振动速度按时程最大峰峰值的一半确定，并取5次的平均值，测试结果如表2所示。

图5 中华书局旧址测点布置示意图

图6 中南银行南京分行旧址测点布置示意图

3.3 振动测试结果评价

根据测试结果，南京城墙（玄武湖段）结构弹性波的波速为2.003km/s，该结构的容许水平振动速度［v］=0.1903mm/s；南京城墙（雨花门）结构弹性波的波速为2.021km/s，该结构的容许水平振动速度［v］=0.1921mm/s；中华书局旧址结构弹性波的波速为2.498km/s，该结构的容许水平振动速度［v］=0.60mm/s；中南银行南京分行旧址结构弹性波的波速为2.104km/s，该结构的容许水平振动速度［v］=0.36mm/s。

表2 振动速度监测结果（5 次平均值）

根据上述振动速度监测结果，南京城墙（玄武湖段）东西方向、南北方向上结构的速度响应分别为0.022mm/s、0.043mm/s，均低于结构的容许水平振动速度［v］=0.1903mm/s；

南京城墙（雨花门）东西方向、南北方向上结构的速度响应分别为0.022mm/s、0.097mm/s，均低于结构的容许水平振动速度［v］=0.1921mm/s；

中华书局旧址（见图7）东西方向、南北方向上结构的速度响应分别为0.128mm/s、0.093mm/s，均低于结构的容许水平振动速度［v］=0.60mm/s；

图7 中华书局旧址

中南银行南京分行旧址（见图8）东西方向、南北方向上结构的速度响应分别为0.098mm/s、0.080mm/s，均低于结构的容许水平振动速度［v］=0.36mm/s。

图8 中南银行南京分行旧址

4 结 论

本文通过对实际古建筑的振动监测研究了地铁运行过程中对沿线古建筑的振动影响，得出如下结论：

1）对重点保护建筑进行振动监测时，应根据实际情况，采用合适的相关标准，确定建筑物安全的最大允许振速作为评价标准。

2）地铁3号线运行时对南京城墙（玄武湖段）、南京城墙（雨花门段）、中华书局旧址、中南银行南京分行旧址产生的东西向和南北向振动速度均低于结构的容许水平振动速度，均满足GB/T50452－2008《古建筑防工业振动技术规范》的要求，无需采取防振、减振措施。

3）通过现场试验归纳了地铁运行对古建筑振动影响的相关测试技术和问题的处理方法。但由于该类建筑的复杂性及特殊性，某些影响因素和问题的处理方法还有待进一步研究及完善。

4）此次的分析与研究为该四处古建筑区段的长期保护提供重要参考。同时，也为此类项目中如何针对实际情况建立较为合理而精确的振动模型的后续研究提供了一定的数据依据。