综合交通枢纽地基处理对地铁盾构隧道的振动影响分析

综合交通枢纽地基处理对地铁盾构隧道的振动影响分析

闫冰,杨柳萱

（西部机场集团机场建设指挥部  西安712000）

1 工程概况

西安咸阳国际机场三期扩建工程作为国家发改委、中国民用航空局和陕西省政府确定重点工程，是陕西省全面承接国家“一带一路”倡议，大力发展“三个经济”，打造“国际运输走廊”和“国际航空枢纽”的重要支撑性项目，是西北民航有史以来最大的基础设施项目。其中T5航站楼及GTC综合交通中心将集航空、高铁、城际、地铁、公共巴士、机场巴士、公交、出租车、私家车等多种交通方式于一体，方便旅客无缝换乘。西安北客站至机场城际轨道交通工程线路起自西安北客站，终点为西安咸阳国际机场T3航站楼，中间穿越三期工程东航站区，并在T5航站楼设站点。本次T5客运站坪与城际铁路交叉部位分布于东航站楼的南北两侧，北部位于现飞行区内，南侧位于现飞行区外。

2试验内容：

根据地基处理设计方案，结合咸阳机场三期工程场地地质条件，为减小对已建隧道结构的影响，并考虑降低地基处理施工对现有设施的影响，确定本次地基处理采用工艺简单、处理效果良好、质量容易控制的换填法。本次试验拟在距地铁盾构隧道顶部8m以上覆土区域采用26T振动压路机碾压处理。主要试验内容包括：

3.1在交叉区域选定特定区域开挖试验坑（8m×20m）；

3.2在试验坑内、隧道内不同位置布置测点；

3.3准确检测各工况下试验坑底面及盾构隧道壁各测点的振动响应速度；

3.4根据测试结果客观分析振动压路机碾压施工对盾构隧道结构产生的振动影响及提出建议。

3 试验设备

本次试验采用数据采集仪和拾振器进行，其中振动测试采用两套动态采集仪器，分别为INV3060A多通道动态数据采集系统和DH5910型动态数据采集分析系统。同时根据不同的测试内容选择相应的拾振器。本次测试使用速度拾振器，型号为891-Ⅱ型和941-B型。

4试验过程

本次试验采用振动压路机为CLG6626E型振动压路机，其高振幅激振力为430kN，低振幅激振力为300kN。根据现场试验方案，压路机垂直于隧道走向进行振动碾压。现场开挖试验坑（8m×20m），开挖至坑底标高距盾构隧道顶部标高12m、10m、8m时，在试验坑内、隧道内各布置1个测点进行振动测试，每个测点测试X、Y、Z三个方向的速度时程信号，其中：X向为水平向垂直于隧道走向（隧道内为垂直隧道壁），Y向为平行于隧道走向，Z向为竖向。具体测试工况及测点数量见表1。

表 1 测试工况及测点布置

现场测试完成后，对每个测点的测试数据进行分析，排除异常干扰，并对电信号干扰进行带阻滤波后，选取5段有效测试数据，将该段数据内最大峰峰值的一半确定为振动速度的最大值。通过选取各分析期间振动速度的最大值，对各段振动速度最大值取平均值，求得该测点振动速度幅值。对处理后的数据进行自功率谱、互功率谱和相干函数分析，获得其频谱曲线。

5 结果分析

通过现场测试及数据采集分析，不同激振力和不同点位的数据分部如下：

5.1 300kN激振力情况

振动压路机以300kN激振力进行振动碾压时，试验坑内底面水平向振动响应速度最大幅值为2.09cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为2.45cm/s；施工面距盾构隧道顶部8m时，隧道壁水平向振动响应速度最大幅值为0.24cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为0.22cm/s；施工面距盾构隧道顶部10m时，隧道壁水平向振动响应速度最大幅值为0.22cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为0.22cm/s；施工面距盾构隧道顶部12m时，隧道壁水平向振动响应速度最大幅值为0.37cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为0.25cm/s；振动传播速度在施工面8m以下衰减趋于平缓。

5.2 430kN激振力情况

振动压路机以430kN激振力进行振动碾压时，施工坑内底面水平向振动响应速度最大幅值为3.17cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为3.35cm/s；施工面距盾构隧道顶部8m时，隧道壁水平向振动响应速度最大幅值为0.52cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为0.28cm/s；施工面距盾构隧道顶部10m时，隧道壁水平向振动响应速度最大幅值为0.49cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为0.28cm/s；施工面距盾构隧道顶部12m时，隧道壁水平向振动响应速度最大幅值为0.53cm/s，竖向振动响应速度最大幅值为0.26cm/s；振动传播速度在施工面8m以下衰减趋于平缓。

6 结论与建议

本文依托西安咸阳国际机场三期扩建工程，通过现场测试及数据分析，26T压路机在300kN和430kN激振力下施工，当施工作业面距盾构隧道顶部8m、10m、12m时，各工况下隧道壁测点水平向振动响应速度最大幅值为0.53cm/s，竖直向振动响应速度最大幅值为0.28cm/s，均满足《城市轨道交通结构安全保护技术规范》中城市轨道交通结构安全振动速度控制指标小于等于2.5cm/s的要求。具体结论与建议如下：

（1）站坪土方与地基处理施工中，在与隧道结构形式交叉区域整片层上部设置土工织物。

（2）由于城际隧道结构埋深较浅，且飞行区场道施工振动影响大，振动具有叠加效应，合理选择施工机械、控制施工区域振动源；

（3）合理规划施工场地，严格控制城际隧道上方材料堆载和重型机械设备停放；

（4）换填施工时，土体开挖产生卸荷效应，会造成城际隧道结构受力状态发生一定程度的影响，需严格按照“分层、分区域、对称、平衡”的原则开挖和回填碾压，严格控制回填质量；

（5）场道工程施工前，充分调查城际隧道结构现状，换填施工时，加强对城际隧道结构的变形监控，建立数字化监测预警系统，确保城际隧道安全；

（6）尽可能保持飞行区换填施工和隧道施工同实施、同管控、同监测。