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盾构施工中地表振动的传播与衰减特性

更新时间:2009-03-28

0 引 言

城市地铁作为一种快捷、高效、环保的交通形式,迅速成为许多大城市解决交通问题的首要选择。盾构法施工具有对地层扰动小、地面沉降控制好、安全性能好等优点,因此越来越多地被应用于中心城区地铁区间隧道施工。盾构施工诱发环境振动会随着地铁建设的迅猛发展,越来越突出,尤其是北京、广州、成都、兰州、深圳等以砂卵石地层为主的城市。

目前,关于地铁建设施工的振动问题研究较少。潘秀明等[1]以北京地铁8号线二期盾构施工工程为研究背景,采用现场测试和有限元数值模拟方法,分析盾构施工振动振源的幅频特性及盾构施工引起的地表振动响应规律。陶连金等[2]以北京地铁十号线二期工程为研究背景,研究盾构掘进诱发振动的空间传播规律,并对地表振动环境影响进行评价。张雄雄[3]采用有限元模拟,分析了兰州地铁运营对白衣寺塔振动的影响,并提出了减振建议。

兰州地铁1号线正处于建设阶段,区间隧道穿越地层为含水量丰富,透水性强,卵漂石含量高、硬度大的砂卵石地层。由于砂卵石地层的力学性质特殊,因此,盾构施工所诱发的环境振动问题更为显著。

平均池化的使用池化窗口所有数字的平均值作为窗口的特征,最大值池化则是使用池化窗口中所有数字的最大值作为窗口的特征值。2种池化池化方式都存在其固有的缺点:平均池化方式容易造成信息削弱,最大值池化容易造成过拟合现象。概率池化介于两者之间,通过对像素点按照数值大小赋予概率,再按照概率进行亚采样。为有效提取文本特征,该项研究选取最大值池化对文本进行处理。

山西大水网东山供水工程关河泵站为竖井式泵站,泵站设计取水量2 266万m3/年,5台单机流量0.68m3/s水泵并联运行,水泵单机容量为3台1250kW和2台900 kW,总装机5 550 kW。泵站主要建筑物包括主厂房、变电站、隧洞、调压井、出水钢管等。

笔者以兰州地铁1号线典型标段盾构施工为研究背景,对隧道内振源及地表自由场地进行现场实时同步监测,分析自由场地距隧道中轴线50 m×50 m范围内盾构施工引起的地面振动传播及衰减特性,以期为盾构施工诱发振动机理及减振措施研究提供基础。

1 场地条件与测试方法

1.1 场地条件

振动测试区间全长1 906 m,埋深9.78~35.32 m,两边浅中间深,该区段盾构开挖采用泥水盾构法施工,隧道直径为6.48 m,注浆层厚度为0.20 m,衬砌采用标准C50混凝土预制管片,厚0.35 m,幅宽1.50 m。区域隧道上覆土厚度17.5 m,区段地层由上至下依次为1-1杂填土、2-10卵石层和3-11卵石层,如图1所示。区间隧道全部穿行于3-11卵石层,漂石、卵石质量分数为55%~70%,一般粒径为20~50 mm,最大粒径为450 mm,砾石质量分数为10%~25%,中粗砂充填。级配不良,磨圆较好,分选较差。局部呈钙质弱胶结或无胶结,胶结分布无规律,渗透系数达到55 m/d。该层分布稳定,层顶埋深 6.2~16.8 m,厚度大,此次勘探最大深度 60 m 未揭穿该层。表1给出了场地土介质的基本参数。

  

图1 实验断面地质剖面Fig. 1 Geological profile of test section

 

表1 场地分层土介质的基本参数

 

Table 1 Basic parameters of layered soil medium

  

土层ρ/g·cm-3v/m·s-1剪切压缩E/MPaG/MPaμφ/(°)c/kPa素填土1.4219548020071.50.401619卵石层2.30330790695251.00.36350卵石层2.504008251075400.00.354015

1.2 测点布置与测试方法

现场实时同步监测,隧道内振源监测设备采用INV3060A24位网络分布式采集分析仪、P35压电式加速度传感器等;地表自由场地内测试系统由WS-5921数据采集仪、941B(新)型低频传感器、计算机等组成。

经责部分的风险评估是一个逐级评估的过程,首先评估所属分公司经责像素指标,实现评估得分、评价、预警,然后以指标为输入经“灰色评价法”模型规则计算输出好、中、差矩阵,再乘以权重,得到每大类三种情况得分,取所属单位每类得分最大的数值。得分按照以下两个规则评定A、B、C、D四个等级,实践中规则二风险评价的相对性和稳定性更高。

以上教学中,教师发现学生在评价人物时拘泥于武松这个角度的信息,遗漏了老虎的关键信息。教学时以“难道表现武松只有从武松身上下手”为引导的关键点, 让学生继续思考,促使学生要全面地思考问题。

隧道结构距离盾构刀盘位置每隔5 m布置三组加速度传感器,地表以自由场地内距隧道中轴线50 m×50 m范围为研究区域,每10 m各布置五组传感器。测点布置如图2所示。

为避免周围环境对测试的干扰,测试时间选择0点至4: 00盾构掘进过程段,每组数据持续时间均为20~30 min。测试前对仪器设备进行标定,测试过程与方法依据国家标准GB 10071—88《城市区域环境振动测量方法》 [4]进行。

  

图2 测点布置Fig. 2 Arrangement of measuring points

振动测试完成后,先进行振动信号预处理[5] ,将振动测试数据尽可能真实地还原成实际振动状况的基本数据。文中以盾构掘进1 461~1 465 环时获得数据作为分析对象。

2 结果与分析

2.1 洞内振源特性

2.1.1 加速度时程

盾构掘进时,距离刀盘10、15、20 m三向加速度时程曲线如图3所示。由图3可以看出,测点加速度具有明显的随机振动特性,与轨道交通荷载诱发的间断脉冲式振动有明显区别。三向加速度幅值相当,说明盾构掘进过程中振源具复合性。这与北京砂卵石地层振源测试结果类似[6]

2.1.2 加速度峰值

a0——基准加速度,取值为10-6 m/s2

对多组测试数据进行线性平均,分析盾构掘进时距刀盘20 m范围内加速度峰值的衰减规律,结果如图4所示。由图4可以看出,随距刀盘距离的增加,加速度峰值逐渐衰减,且存在加速度峰值z向、x向、y向依次减小的规律。在距刀盘10 m处加速度峰值最大,z向加速度峰值最大值达到0.76 m/s2,三向加速度幅值相当;15 m处,三向加速度峰值衰减到0.4 m/s2;10~20 m范围内,加速度峰值表现出快速衰减规律,20 m处加速度峰值衰减到0.01 m/s2。测试结果显示盾构掘进时洞内振动影响范围约为两倍洞径。

突然,莽子毫不客气地从角落里扑过去,老邓赶忙四处寻找石头,小李一跃身躲在老邓身后。甲洛洛赶紧上前抓住莽子。本来营业部里来了陌生人,甲洛洛第一个反应就是拴住莽子,今天他只顾着想心思,忘了莽子。

2.2 地表振动特性

首先,多数学生对违约责任认识不清。与普通大学不同,高职院校对学生实际技能的掌握重于理论知识的传授,选修课程开设数量相对较少。据调查河北省高职院校中法律这类专业性强的选修课更少。从调查结果看,除去相关法律专业学生外,多数学生不知道一旦违约“校园贷”,将要承担什么样的法律后果。其次,半数学生对合法权益的维护不了解。虽然几乎所有的被调查对象或多或少听闻不良“校园贷”引发的信息泄露、被逼自杀等恶性案件,但若自身遇到相同或类似情况时,半数学生不知道通过怎样的合法途径来维护自身的权益。

根据GB 10071—88,时域内加速度有效值定义为

 

(1)

式中:arms——加速度有效值,m/s2

a(t)——t时刻的加速度,m/s2

地表纵断面三向加速度有效值的衰减曲线,如图8所示。由图8可知,纵断面衰减规律与横断面类似,不同频率的地表振动在不同振源处发生反弹,但不同方向上不同频率出现反弹的区域有所不同。由振源辐射出的一系列弹性波经过地层的反射、透射后到达地表测试点。如果部分波的传播距离是波长的整数倍,到达测试点处相位相同,幅值相叠加就可能导致该点的振动水平高于附近其他点,因此,形成振动衰减的反弹现象。不同激振频率的波具有不同的波长,反弹点显然不可能位于同一个振源距离。

  

图3 三向加速度时程Fig. 3 Three direction acceleration time curves

  

图4 振源处三向加速度峰值Fig. 4 Three direction acceleration peak of vibration source

根据式(1)计算振动加速度有效值,并给出了地表50 m范围内横断面三向加速度衰减曲线,如图5所示。

  

图5 不同距离下地表横断面的三向加速度有效值Fig. 5 Effective value of three directional acceleration of surface cross section at different distances

由图5可知,三向振动加速度有效值总体上由大到小依次为z向、y向、x向,z向加速度有效值最大可达0.063 5 m/s2z向与y向振动加速度有效值均在10 m处出现局部放大现象,y向由0 m处0.029 6 m/s2增加到0.045 2 m/s2z向由0 m处0.034 3 m/s2增加到0.063 5 m/s2,在10 ~ 20 m范围内,加速度有效值表现出快速衰减规律。

x向振动加速度有效值随距隧道中心线距离增加呈现“双峰”衰减规律(列车运营振动实测分析中也曾有类似规律[7]),且实测表明,x向加速度不易衰减,在一定范围内加速度有效值大于z向,因此在轨道交通环境振动评价时也需考虑x向振动。在距离隧道中心线50 m处,三向加速度有效值接近,均在0.007 0 m/s2左右,振动信号基本衰减完毕。

表2给出了1461—1465横断面加速度平均峰值,横断面三向最大峰值为0.431 5 m/s2,与文献[8]给出的建筑物振动安全范围小于0.102 0g(1 m/s2)相比,盾构施工诱发振动作用时间短、峰值小,远不足以引起周围结构的破坏,但兰州地区白衣寺塔[3]等敏感古建筑应该引起重视。

以培养学生写作能力为主要依据,注重过程性考核。设计作业时,强化学生技能的掌握;将课堂练习本与作业本合而为一,教师在批改作业的同时,也能看到学生平时练习的情况。将学生参与学院应用文写作技能大赛的参与情况纳入过程考核当中,增加了学生的参与积极性。

 

表2 横断面加速度的平均峰值

 

Table 2 Cross section of average peak acceleration

  

方向aav/m·s-20m10m20m30m40m50mx0.17740.19310.13040.05980.25960.0421y0.22990.30420.11620.11090.09050.0356z0.20030.43150.14980.14300.08710.0371

图6给出了地表50 m范围内纵断面三向加速度衰减曲线。由图6可知,x向加速度有效值呈现先增大后衰减的趋势,在20 m处加速度有效值达到最大0.038 7 m/s2y向与z向均随距离的增加逐渐衰减,均在0 m处达到最大值,分别为0.027 1 m/s2和0.044 6 m/s2。与横断面相比,纵断面加速度有效值量级相当但量值偏小,并没有表现出方向上的差异。

与其工作一样,人是完成工作任务的第一要素。习近平总书记指出:“要按照政治过硬、业务过硬、责任过硬、纪律过硬、作风过硬的要求,努力建设一支信念坚定、执法为民、敢于担当、清正廉洁的政法队伍。”[3]信息化背景下的人才队伍建设既有传统的建设内容,更有其特殊的建设内容。这支队伍不需要数量上的堆积,素质的高低决定了信息化队伍建设的成败。信息化调查专门人才队伍应当着重以下方面建设:

本研究表明,人才政策的扩散和创新受多种因素的影响,具体结论如下:(1)地方政府的经济增长率和财政收入而不是GDP规模影响人才政策的扩散和创新。(2)地方政府与直接竞争对手的竞争是影响人才政策扩散和创新的最关键因素,周边城市竞争和向大城市学习对人才政策扩散和创新的影响并不显著。(3)行政级别越高,地方政府人才政策创新的概率也越高。

2.2.1 加速度衰减规律

表3给出了纵断面加速度平均峰值,与横断面相比,纵断面加速度平均峰值量级相当但量值偏小,参照美国应用技术委员会建议,为满足舒适度要求,医院手术室、住宅及办公室、商场、室外人行天桥等不同的环境下竖向振动的加速度峰值限值依次为0.002 5g、0.005 0g、0.015 0g和0.050 0g[9]。若对住宅内关键点振动加速度峰值进行控制,取0.005 0g(0.049 m/s2)作为振动峰值加速度限值,则在地表50 m范围内,加速度峰值均超出限值要求。

2.2.2 频谱分析

研究表明,盾构施工引起的地面振动主要频率集中在0~80 Hz之间,文中取频率为1、5、10、20、40、70 Hz进行滤波。将多组数据进行线性平均,得到不同频率分量下距隧道中心线不同距离的三向加速度衰减曲线,如图7所示。

胡坤宏等[25]通过快速沉淀法制备出球状MoS2,并以其对聚甲醛进行改性,所得到的复合材料较市售二硫化钼改性的聚甲醛而言,耐擦伤性能及润滑减损性能有了较大程度的提高。然而,从树脂复合材料的透射电镜(如图3所示)中可以看到,球状MoS2在树脂基体中呈现出了一定的团聚状态,分散性能有待提高。

由图7可知,在距隧道中心线20 m范围内,高频起主要作用,随着距离的增加,振动波高频部分快速衰减,主要以低频为主。由于振动波中的高频部分比低频部分更容易受到土颗粒之间摩擦作用而产生材料阻尼,因此,更多能量转化为热能损失掉,从而导致加速度较为快速衰减[10]

在比赛中,要让学生学会注册跨境电商网店账号、完善网店资料、开通国际支付结算渠道、设置店铺基础服务模板信息等。学生在比赛中能够学习到合理设置跨境产品售价和产品属性信息、制作产品详情图片、完成同一品类下多款产品的发布、设置店铺橱窗商品、根据竞赛要求设计并提交国际营销型官网设计、完成店铺首页的装修、结合跨境推广活动完成相应广告图制作等内容。

  

图6 不同距离下地表纵断面的三向加速度有效值Fig. 6 Effective value of three directional acceleration of surface profile at different distances

 

表3 纵断面加速度的平均峰值

 

Table 3 Profile section of average peak acceleration

  

方向aav/m·s-20m10m20m30m40m50mx0.14300.16040.21200.06020.05270.0419y0.17910.09630.09890.06650.06360.0544z0.19960.16140.09590.10860.05620.0544

在距隧道中心线不同距离处,不同频率的振动信号均出现了不同程度的局部反弹现象,1 Hz在20 m和40 m处出现反弹,5 Hz在10 m和30 m处出现反弹,10 Hz反弹区在10 m和30~40 m区域处,20 Hz和40 Hz反弹区在10 m和40 m处,70 Hz反弹区在10 m和50 m处。这说明不同频率的地表振动在不同振源距离处发生反弹。王福彤等[11]在地面城轨交通近轨道区域自由地表振动实测研究时也获得了类似的观测结果。

  

图7 不同频率下地表横断面的三向加速度有效值Fig. 7 Effective value of three directional acceleration of surface cross section at different frequencies

tm——振动持续时间,s。

  

图8 不同频率下地表纵断面的三向加速度有效值Fig. 8 Effective value of three directional acceleration of surface profile at different frequencies

2.3 环境振动评价

将各个测点的加速度有效值进行线性平均,并计算振动加速度级L,根据GB 10071—88,其定义为

L= 20lg(arms/a0),

(2)

式中:L——振动加速度级,dB;

晒太阳帮助身体合成维生素D是促进钙吸收的关键一环,另外,还有多种因素影响钙的吸收。因为膳食是复合成分,其中有很多因素是互相影响的,例如,如果膳食中草酸、鞣酸量太高的话,会中和钙,导致钙不易被人体吸收;如果饮食中维生素含量较高的话,可以帮助钙的吸收。所以,为了排除膳食因素对钙质吸收的影响,最好在餐后2小时喝奶。

根据式(2)计算加速度级,表4给出了地表50 m×50 m范围内的地表振级。

文中采集目标为xyz三向加速度,其中,x方向为水平面内垂直于盾构掘进方向,y方向为沿盾构掘进方向,z方向为垂直于水平面的铅垂方向。考虑到振源处高频的存在,隧道采集频率为1 000 Hz,地表主要频率以100 Hz内为主,因此,地表采集频率为200 Hz,满足奈奎斯特采样定理。

由表4可知,地表振级最大值可达96.02 dB,位于横断面距隧道中心线20 m处,在地表50 m×50 m范围内三向振动加速度级均超过了GB 10071—88 的规定。GB 10071—88作为现今评价城市轨道交通环境振动影响的尺度已不合时宜。多种路面车辆引起的环境振动与盾构施工诱发振动的叠加效应,将对邻近建筑物和居民产生较大影响。城市地铁以浅埋隧道为主,施工周期长,目前,我国对盾构在砂卵石地层掘进引起振动的认识尚不够清楚,亟待开展诱发机理和减振措施的研究。

韭菜露地栽培模式:主要分布于甘谷县磐安镇张家沟、毛家坪、武山县洛门镇旱坪、金川、新龙等地,面积0.18万hm2左右,品种主要以耐寒韭为主。近年来一些二阴山区和半山区也开始种植韭菜,山地韭菜一般在6—9月份进行采收,填补了夏、秋季韭菜的上市空档,成为韭菜栽培的新区域。

表4 地表振级

Table 4 Vibration level on ground dB

  

d/m横断面纵断面LxLyLzLxLyLz086.4289.4290.6687.5688.6392.941090.2893.0696.0288.3287.6989.942087.3186.0688.4391.7586.1685.663081.3086.8387.9182.0482.0386.054091.4586.5384.8779.3580.7882.525077.3676.4677.7878.9878.6680.57

3 结 论

(3)不同频率的地表振动在不同振源距离处发生反弹,不同激振频率的波具有不同的波长,反弹点显然不可能位于同一个振源距离。

(2)x向振动加速度有效值随距隧道中心线距离增加呈现“双峰”衰减规律,且x向振动加速度不易衰减,在一定范围内加速度有效值大于z向,因此,在轨道交通环境振动评价时也需考虑x向振动。

(1)兰州地铁 1 号线某区间盾构掘进过程中,振源三向加速度幅值相当,z向、x向、y向加速度峰值依次减小。盾构掘进时,洞内振动影响范围约为两倍洞径。

(4)在地表50 m×50 m范围内三向振动加速度级均超过了GB 10071—88的规定。

参考文献:

[1] 潘秀明, 周宏磊, 雷崇红. 老旧核心城区地铁建造技术[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2014.

[2] 陶连金, 郭 飞, 黄 俊, 等. 砂卵石地层盾构施工诱发振动环境影响试验研究[J]. 振动与冲击, 2015, 34 (16): 213-218.

[3] 张雄雄. 兰州地铁运营对白衣寺塔振动影响分析[D]. 兰州: 兰州交通大学, 2013.

[4] 中华人民共和国国家环境保护局. GB 10071—88城市区域环境振动测试方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 1988.

[5] 王 济, 胡 晓. MATLAB 在振动信号处理中的应用[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2006.

[6] 黄 俊. 砂卵石地层盾构施工及列车运行环境振动影响研究[D]. 北京: 北京工业大学, 2013.

[7] 闫维明, 聂 晗, 任 珉, 等. 地铁交通引起的环境振动的实测与分析[J]. 地震工程与工程振动, 2006,26(4): 187-191.

[8] 张厚贵. 北京铁路地下直径线列车振动对邻近地铁结构影响的研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2007.

[9] 卢理杰. 大跨度楼盖竖向振动舒适度的设计[J]. 工业建筑, 2012, 42(S1): 203-206.

[10] 夏 禾. 交通环境振动工程[M]. 北京: 科学出版社, 2010: 164-165.

[11] 王福彤, 陶夏新, 崔高航, 等. 地面城轨交通近轨道区域自由地表振动实测研究[J]. 振动与冲击, 2011, 30(5): 131-135.

 
陶连金,马红红,郭飞,王忠
《黑龙江科技大学学报》2018年第02期文献

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