某住宅楼受邻近地铁线路运行影响的检测鉴定分析

寇应霞，谢 齐

（中电投工程研究检测评定中心有限公司，北京 100142）

0 引言

地铁具有便捷、快速、准时、安全、大运量等优点，已成为现代化城市重要的公共交通工具［1］。地铁的建设能高效利用城市地下空间，投入运营后能够极大地缓解城市与日俱增的交通压力，同时为人们提供良好舒适的出行环境。然而在地铁线路施工和运营阶段，其引发的环境振动问题逐渐凸显，尤其是随着城市建筑密度逐年提高，地铁列车与轨道间相互作用产生的振动，通过隧道及周边土层传递至邻近的建筑内［2］，进而影响到邻近建筑的居住、工作环境，降低了建筑的舒适性［3］，甚至使建筑结构出现安全隐患。因此，工程人员有必要对地铁线路运行引发的环境振动及对邻近建筑的影响进行系统的研究。

1 工程概况

某住宅楼为地上 6 层混合结构，结构形式为底层现浇钢筋混凝土框架、上部砌体结构，设计建造年代约为 20 世纪 90 年代。该住宅楼平面布局近似呈“U”字型，整栋建筑通过设置两条结构缝（3 门与 4 门之间、8 门与 9 门之间）分隔成为相对独立的三部分，总建筑面积约12 462 m2，占地面积约 2 190 m2。在运营地铁线路的盾构隧道下穿该住宅楼，下穿隧道顶面距离住宅楼基础底面的覆土厚约 15.2 m，该住宅楼平面布置测绘图及和地铁线路的相对位置如图1 所示。

图1 住宅楼平面布置测绘及和地铁线路相对位置图（单位：mm）

由于该楼住户反映地铁线路施工或运营对楼体结构安全产生影响，为了解该住宅楼结构受地铁施工或运营的影响情况及程度，需对住宅楼楼体结构影响及变化情况进行相关的检测鉴定工作。

2 检测鉴定工作思路

为了解住宅楼受地铁线路运行或施工影响的情况及程度，本工程检测鉴定工作路线如图2 所示，本工程检测鉴定的工作思路如下：

1）进行现场调查踏勘，结合该住宅楼的相关图纸资料与地铁规划图，校核该楼结构体系，明确地铁布置情况，查明楼体与地铁布置平面与空间位置关系；

2）针对居民反映及现场踏勘发现的问题进行分析，确定检测鉴定项目并制定相应的检测方案；

3）开展具体的现场检测工作，并对检测数据进行汇总及分析；

4）得出检测鉴定结论，并给出相关处理建议。

3 问题分析

1）楼体外观局部损伤。通过现场调查及踏勘，本工程住宅楼室外周边存在散水开裂、局部抹灰开裂破损现象；建筑主体及外墙存在局部钢筋外露锈蚀现象、局部构件表面风化、漏水现象；建筑公共区域存在局部抹灰层龟裂起皮现象。

2）楼体局部振动。据该住宅楼住户反映，在地铁线路运营期间，楼内局部会出现振动情况。通过现场勘察，在距离地铁线路较近的 8 门、9 门楼内，发现楼板存在振动情况，其余楼门附近未发现明显振动情况，具体还需采用专业的振动测试设备做进一步的采样测量及分析。

4 检测鉴定项目确定

根据本工程的问题分析，确定开展以下 3 方面检测鉴定工作。

1）对住宅楼结构外观质量和损伤进行详细检查，主要对楼体内外立面、墙体、楼梯间、窗户、结构分隔缝进行检查。根据地铁对房屋的影响特性，主要对可能存在的外观损伤进行检查：①墙体开裂；②墙面脱落；③悬挑或边缘构件歪闪；④不均匀沉降裂缝等。

2）鉴于住宅楼已出现的损伤及振动问题，需要进一步对楼体进行结构主体沉降观测和结构变形检测，以确定楼体结构是否存在安全隐患。

3）针对地铁线路运营引起楼内局部振动的问题，还需要对楼内关键点进行振动测试，以评估地铁线路运营对建筑振动环境的影响。

因此本工程的检测鉴定项目为：①结构外观损伤调查；②结构主体沉降观测；③结构变形检测；④地铁振动影响测试。

图2 检测鉴定工作路线

5 检测项目实施及结果

5.1 结构外观损伤调查

通过对住宅楼建筑室外周边、主体、外墙立面及公共区域（楼梯间）的外观损伤进行调查，结果如下。

1）建筑室外周边。建筑室外散水开裂、部分与结构脱开，建筑底商及部分单元楼门室外台阶存在不同程度破损及抹灰层开裂、剥离。

2）建筑主体及外墙立面。建筑女儿墙檐口有明显破损脱落、混凝土压顶钢筋外露锈蚀现象；建筑结构缝处盖板均有不同程度的脱落、缺失；建筑部分墙体砌筑用砖表面风化、砌筑用砂浆粉化现象；建筑部分阳台板板底有明显漏水痕迹。

3）建筑公共区域（楼梯间）。建筑各楼梯间墙面抹灰层均存在不同程度的龟裂、起皮；建筑各楼梯间屋盖预制板板底拼接缝建筑面层开裂。

5.2 结构主体沉降观测

依据 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》［4］，采用水准仪对本工程主体结构的沉降情况进行监测，在结构平面变化（角部、端部、中部）等位置布置观测点，按规范要求观测 3 次确定沉降量和沉降速率，综合沉降观测结果判断结构是否处于稳定状态和稳定程度。沉降结果判断依据以下规范。

1）GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》［5］附录 H 受地下工程施工影响的建筑安全性鉴定 H.0.6 第 4 条：当建筑的不均匀沉降已大于现行国家标准 GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》［6］规定的允许沉降差，或沉降速率已连续 3 d 大于 1 mm/d，且有变快趋势时，应立即停止地下工程施工，并对地下工程结构和建筑结构采取应急措施。

2）JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》最大沉降速率小于 0.01～0.04 mm/d 时，可认为已达到稳定状态。

本工程对住宅楼结构主体进行了 3 次沉降观测，每次观测间隔约一个月，在全部观测周期内，主体结构所布设的全部 38 处测点（见图3）均未见沉降变化，现状结构处于稳定状态。

5.3 结构变形观测

依据 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》，采用全站仪、钢直尺对住宅楼进行变形观测。结构变形观测主要观测建筑物是否存在横向、纵向水平位移以及是否存在倾斜。本观测为地铁运营对结构影响观测，水平位移监测点选在建筑的墙角、基础以及一些重要位置，观测 3 次。

倾斜观测根据倾斜速率每 1～3 个月观测 1 次，共观测 3 次。主体倾斜检测通过测定建筑顶部观测点相对于底部固定点或上层相对于下层观测点的倾斜度、倾斜方向实现。将所测得的结构主体变形量与规范限值进行比较，验证结构变形是否在可控范围之内。

本工程对住宅楼布设的 14 个结构平面内变形检测点（见图4），最小倾斜值为 2 mm（位于 A1 测点、F1 测点、G2 测点、K 测点），测点最大倾斜值为 33 mm（位于 F2 测点），所设各测点顶点位移方向及倾斜值如图4 所示。

依据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》，砌体结构平面内的侧向位移限值为≤H/330（H 为结构顶点高度），该建筑所布设测点的侧向位移均满足规范要求（倾斜值检测结果均包含墙体砌筑垂直度施工偏差及建筑外墙装修层施工误差）。

5.4 地铁振动影响测试

根据地铁走线的方向，选择住宅楼的关键楼层和位置对在地铁运营状态和非运营状态下的结构振动响应进行测试，测试量以竖向振动为主［7］，同时根据结构振动的振级、频谱的分析结果判断地铁运营对建筑振动环境的影响。测试工作依据 GB/T 50355－2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》［8］、GB 10070－1988《城市区域环境振动标准》［9］和GB 10071－1988《城市区域环境振动测量方法》［10］的相关规定进行。

GB/T 50355－2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》规定住宅建筑室内振动单值评价量为 Z振级，分频振动测量评价量为 1/3 倍频程铅垂向振动加速度级，频率范围为1～80Hz。GB 10070－1988《城市区域环境振动标准》和 GB 10071－1988《城市区域环境振动测量方法》给出了城市区域场地环境振动标准值及适用地带范围和测试方法。选择对比点的原则如下所述。

1）空间对比：空场地、结构主要楼层和部位；

2）时间对比：运营状态、非运营状态。

本工程采用动态振动测试系统对住宅楼进行振动时域信号采样测量，测试时间段分别选取昼间及夜间，测试选取地铁车辆运营及非运营两种工况进行，共布置12 个建筑内测点和 3 个场地测点。1～12 # 测点分别位于相应楼梯间的 1 层和 6 层楼面中央处（振动较敏感，且测点应避免梁、柱附近）；13～15 # 测点位于建筑周边场地处，测点布置如图5 所示。

5.4.1 Z 振级测试结果分析

依据 GB/T 50355－2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》规定：住宅建筑室内卧室昼间Z振级的一级限值为 73 dB，夜间 Z 振级的一级限值为70 dB。GB 10070－1988《城市区域环境振动标准》规定：交通干线两侧昼间 Z 振级的限值为 75 dB，夜间 Z 振级的限值为 72 dB。

在地铁车辆运营及非运营时段均采样测量，测试结果表明：

1）本工程所测住宅楼内 1# 测点～12# 测点楼面结构振动Z振级评价量昼间最大值为 63.54 dB＜73dB，夜间最大值为 59.24 dB＜70 dB，未超过 GB/T 50355－2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》中对建筑室内 Z 振级一级限值的要求；

图4 结构变形观测点布置图及测点变形检测结果

图5 振动测点布置图

2）本工程所测 13#、14# 和 15# 场地测点振动 Z 振级评价量昼间最大值为 73.31 dB＜75 dB，夜间最大值为 70.58 dB＜72 dB，未超过 GB 10070－88《城市区域环境振动标准》中对交通干线两侧 Z 振级限值的要求。

5.4.2 1/3 倍频程铅垂向振动加速度级测试结果分析

依据 GB/T 50355－2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》规定：住宅建筑室内 1/3 倍频程铅垂向振动加速度一级限值应符合表1 的规定。

在地铁车辆运营及非运营时段均采样测量，测试结果表明：

本工程所测住宅楼内结构振动各测点在 1～80 Hz 频率范围内的 1/3 倍频程铅垂向振动加速度级未超过 GB/T 50355－2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》中建筑室内一级限值的规定。

取距离地铁线路最近的 3 #（9 门楼梯间 1 层楼面）测点分析，在昼间及夜间的地铁车辆运营时段和非地铁车辆运营时段，Z 振级时域曲线如图6 所示，1/3 倍频程中心频率铅垂向振动加速度柱状图如图7～8 所示。由图6～8 得出如下结论。

1）地铁车辆经过产生的冲击振动使 3# 测点 Z 振级幅值产生较大波动，约持续 20 s，测点 Z 振级最大值均未超过规范中卧室一级限值；

图6 9 门楼梯间一层楼面 Z 振级时域曲线

图7 9 门楼梯间一层楼面昼间 1/3 倍频程中心频率铅垂向振动加速度级

表1 建筑室内 1/3 倍频程铅垂向振动加速度-级限值

图8 9 门楼梯间一层楼面夜间 1/3 倍频程中心频率铅垂向振动加速度级

2）3# 测点的 1/3 倍频程铅垂向振动加速度级未超过规范中建筑室内卧室一级限值。在除 3.15 Hz、4 Hz频点外，昼间及夜间地铁车辆通过时段各 1/3 倍频程中心频率处的铅垂向振动加速度级均大于非地铁车辆通过时段的值。在 10～80 Hz 频率范围内，地铁车辆通过时段的铅垂向振动加速度级增加较大，且更接近规范中建筑室内卧室一级限值。因此该频率范围内的振动对室内环境振动的影响更为明显。

6 结论

本工程对住宅楼开展了相关调查和测试等鉴定工作，依据楼体体系及地铁整体布置调查情况，结合结构外观损伤调查、结构主体沉降观测、变形检测及地铁运营振动影响测试结果，得出如下结论：

1）住宅楼主体结构沉降点均无沉降变化，现状结构处于稳定状态；

2）住宅楼结构平面内变形最小倾斜值为 2 mm，最大倾斜值为 33 mm；所测测点的侧向位移均满足GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》对砌体结构平面内的侧向位移限值的要求；

3）地铁经过时，该住宅楼楼面结构和场地振动的 Z 振级，以及楼面结构 1/3 倍频程中心频率铅垂向振动加速度级均未超过国家标准规范的限值要求；

4）住宅楼结构承重构件未见明显变形和开裂。该楼室外地面台阶及散水年久劣化严重，外墙立面（含檐口、阳台板、结构缝盖板等）劣化严重而未修缮，局部（个别）未抹灰外墙存在砖表面和砂浆表面风化现象。楼梯间墙面抹灰层劣化，均存在不同程度的龟裂、起皮现象。

综上所述，本工程所测住宅楼结构整体处于稳定状态，当前地铁运营振动对结构安全的影响符合国家国标规范的限值要求，该建筑年久失修存在较多的非结构构件劣化问题。结合本工程住宅楼的鉴定结论给出如下建议：1）对建筑室外周边、主体、外墙立面及公共区域（楼梯间）存在的外观损伤进行修复处理；2）加强对该建筑的日常维护。

7 结语

本文通过对住宅楼进行外观损伤检查、沉降观测、变形检测以及地铁振动影响测试，综合评估得出当前地铁运营振动对住宅楼的结构安全及建筑振动环境的影响符合国家标准的限值要求，并对建筑存在的非结构构件劣化问题给出了相关处理建议。在本文研究成果基础上，可进一步采用有限元软件建模分析地铁车辆通过时建筑结构的振动特性，并与实测数据对比分析，为地铁沿线建筑的检测鉴定及振动环境评估提供更全面的参考依据。