CN108301338A - 减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构及方法，包括隔振沟、多排混凝土管桩、混凝土护壁和钢筋混凝土板，其中：所述隔振沟是在距离振源一定水平距离处的一条具有一定深度的空沟，用于隔断振动波的传播；且在所述的隔振沟的四周沟壁上喷射一层混凝土形成混凝土护壁，以防止空沟四周的土壁坍塌；所述的钢筋混凝土板覆盖在隔振沟的顶部，以形成路面便于交通；所述多排混凝土管桩交错布置，位于隔振沟以下的地层中。

Description

减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构及方法

技术领域

本发明涉及一种用于减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构及其施作方法。

背景技术

随着城市建设的迅猛发展，地下轨道交通作为一种城市交通方式，比其他交通方式具有明显的优势，然而，尽管地铁对城市发展有巨大贡献，给城市居民的生活带来很大的方便，但地铁运行所引发的振动与噪声问题对人们的生活产生了不同程度的影响，对于古建筑物及储存精密仪器建筑物的影响也愈发受到人们的关注。

作为城市的主要交通干线，地铁经常通过城市的人流稠密区、建筑物林立的闹市区和风景区，还有精密仪器、古建筑物群等对振动和噪声比较敏感的地区。而地铁本身在运行过程中与铁轨之间产生振动外，地铁还会对地铁轨道产生一定量值的随机的振动激励，该激励经由轨道基础、隧道、土壤介质、地面建筑物这样一个途径传播至地面和地面结构，引起振动，甚而在结构内激起门窗、设备等的振动发出声音，产生二次振动噪声，对环境产生影响。而古建筑物由于年代久远，其结构的抗振性和耐久性日渐衰退，对于振动更为敏感。既保证实现规划线路，又保证文物的安全，是个高难度问题。

根据地铁振动的产生、传播和相关因素的分析,可以从振源减振控制、振动传播途径控制、受保护建筑物控制三方面来考虑地铁振动的控制。传统方法通过在钢轨和轨枕之间加隔振材料，主要有橡胶、隔振垫板和浮置板隔振系统。橡胶隔振垫板构造简单，施工方便，但隔振效果较小，比一般道床结构可增加传递损失4dB左右；浮置板隔振系统是一种质量——弹簧隔振系统，减震效果好，但是造价较高。而且随着地铁采用减振轨道的比例日益提高，轮轨之间匹配矛盾与环境振动问题也日益凸显。此外，这些隔振装置的耐久性一般较差，可能需要经常更换，在较恶劣的环境下也不宜使用。

设置隔振屏障降低振动传递,是目前一种振动控制的有效措施。从理论上分析，屏障隔振可以用来阻碍或改变外围振动波向屏蔽区的传播,从而减小屏蔽区的地面、结构振动。采用隔振沟、消振壁、缓冲带和围栏桩,均可以降低地铁振动向地基的传递。与传统方法相比具有造价低、不易损坏、耐久性好以及施工简单等优点。但是，目前对于屏障隔振机理的探讨尚不深入，屏障隔振的结构设计不合理，从而出现使屏障隔振效率降低甚至失效的入射波全透射现象。采用隔振沟的方式固然有效，但是其隔振效果取决于沟的深度，而沟越深也越容易发生坍塌，实际工程中可能很难到达某一深度，不易施工和维护，而沟较浅时振动波会绕过隔振沟即形成所谓的绕射波导致隔振效果较差；采用排桩隔振的方法时可能需要的桩长很长，不经济，而且也停留在理论阶段。所以，屏障隔振结构的合理设计仍然是目前研究的一个重点，如何提高屏障隔振的效率和作用存在着很大的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种适用于减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构及其施作方法。该发明结合了连续性和非连续性屏障隔振结构的特点，将隔振沟与多排桩结合起来共同隔振，克服了单独使用隔振沟或排桩的不利因素，能够获得很好的隔振效果，并且充分考虑了经济因素。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构具有综合连续性和非连续性屏障隔振减振特点，结构包括隔振沟(空沟)、多排混凝土管桩、混凝土护壁和钢筋混凝土板，其中：

所述隔振沟是在距离振源一定水平距离处的一条具有一定深度的空沟，用于隔断振动波的传播；且在所述的隔振沟的四周沟壁上喷射一层混凝土形成混凝土护壁，以防止空沟四周的土壁坍塌；所述的钢筋混凝土板覆盖在隔振沟的顶部；以形成路面便于交通；

所述多排混凝土管桩交错布置，竖直的设置于隔振沟以下的地层中。

进一步的，所述隔振沟为达到很好的隔振效果，隔振沟的深度不应小于1倍的瑞利波波长，一般可以设置在3-4m左右；最佳混凝土管桩桩长为2-3倍的瑞利波波长，可取9-12m左右。

进一步的，所述隔振沟为达到很好的隔振效果，一般的，隔振沟应相距振源3m以上，若要使隔振沟发挥较好的隔振作用，两者的距离应在6m以上。

进一步的，所述多排桩屏障隔振结构，由于屏障体系的厚度主要取决于桩的排数，而与桩的截面尺寸关系不大，可以采取小尺寸的桩而无需遵循woods对桩尺寸的限制。

进一步的，所述多排桩系统起整体屏障的作用，而不是一组相互独立的屏障单元的单独作用，设置排桩可以获得较大的有效屏蔽区域。

进一步的，所述多排混凝土管桩采用交错布置，这样增加了屏障的连续性和完整性；

进一步的，所述多排混凝土管桩的排桩间距对隔振效果影响较小，工程中可灵活控制，但是为形成整体的隔振作用，桩与桩的间距不能过大，一般的，桩间净距(相邻桩之间的轴线距离)与桩径之比小于或等于2.5。

进一步的，所述混凝土薄壁管桩桩身为C30混凝土预制而成的薄壁管桩，减少了混凝土的用量达到经济的要求的同时也减轻了的桩身的自重。

进一步的，施工时注意在隔振沟沟壁稳定的情况下进行管桩的埋设。

进一步的，隔振沟与三排混凝土管桩同时为减振起作用，二者形成的整体结构能够发挥很好的减振作用。隔振沟直接阻断了振动波的传播，三排桩的交错结构也起到了层层减振的作用。

本发明还提供了一种减轻地铁振动对于周边古建筑物影响的屏障隔振结构的施作方法，包括以下步骤：

(1)首先根据理论经验及实际工程中地铁振动时产生的振动波在土层中或者地表的传播规律，产生的横波，纵波及瑞利波的波长等确定好隔振沟所处的位置，隔振沟的深度、沟宽、沟长；混凝土管桩的最佳桩长、桩的外径、桩的内径、桩间距离、排距、桩数；

(2)在位置、尺寸确定之后，即可开挖隔振沟并预制钢筋混凝土板；开挖隔振沟后进行混凝土喷射护壁，防止隔振沟四周沟壁土体的坍塌；

(3)在隔振沟施工完成后，运用钻埋空心桩的施工工艺进行三排交错布置的混凝土薄壁管桩的埋设；主要分为预应力混凝土空心桩桩节的预制，成孔，空心桩吊、拼装及沉埋、桩侧压浆以及桩端压浆；

(4)混凝土管桩埋设完成后即可盖上钢筋混凝土板，形成路面。最终形成整个屏障减振结构。

与现有的技术和理论相比，本发明的有益效果为：

隔振沟与三排混凝土薄壁管桩形成的整体作为减振结构的核心，这样的设计，综合了连续性和非连续性屏障隔振的优点，以在经济的基础上实现很好的减振效果。较浅处利用空沟隔振，发挥了空沟能够很好阻断振动波传播的特性，深处利用三排混凝土薄壁管桩形成的屏障整体效应隔振，避免了由于所需空沟过深而为施工和维护带来困难。二者形成的一个整体构成了一个完整的隔振屏障，在离振源合适距离，各部分尺寸设计合理的基础上可以取得很好的隔振效果；使用薄壁管桩减少了混凝土的用量达到经济的同时也减轻了桩身的自重，避免了减振结构造成的地层沉降。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

附图1为本发明整体结构侧面图；

附图2为本发明整体结构正面图；

附图3为本发明多排桩平面布置图；

附图4为本发明结构工作原理图。

其中，1-钢筋混凝土板，2-混凝土喷射沟壁，3-隔振沟，4-混凝土薄壁管桩，5-地铁(振源)，6-古建筑物。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明为了充分达到减振的效果，提供了一种用于减轻地铁振动对于周边古建筑物影响的屏障隔振结构及其施作方法，具有经济，易施工，少维护，减振效果强等优点。

具体的如附图1和附图2所示，一种减轻地铁振动对于周边古建筑物影响的屏障隔振结构，该结构包括钢筋混凝土板1、混凝土喷射沟壁2、隔振沟3、混凝土薄壁管桩4。

隔振沟3是在距离振源一定水平距离处的一条具有一定深度的空沟，用于隔断振动波的传播；

三排混凝土薄壁管桩4是多排交错布置的混凝土桩，在隔振沟以下地层中利用钻埋空心桩的施工工艺设设置的设置多排混凝土薄壁管桩；假设将地层结构分为三层的话，隔振沟3位于第一层；混凝土管桩位于第二层和第三层土层中；混凝土管桩的顶部插入到隔振沟顶部。

混凝土喷射护壁2是指向挖好的隔振沟的四周沟壁喷射一层混凝土，以防止空沟四周的土壁坍塌；钢筋混凝土板1覆盖在隔振沟3上面，以形成路面便于交通。

隔振沟3为达到很好的隔振效果，隔振沟的深度不应小于1倍的瑞利波波长，一般可以设置在3-4m左右；最佳桩长为2-3倍的瑞利波波长，可取9-12m左右；

隔振沟3为达到很好的隔振效果，一般的，隔振沟应相距振源3m以上，若要使隔振沟发挥较好的隔振作用，两者的距离应在6m以上；

三排桩屏障隔振结构，由于屏障体系的厚度主要取决于桩的排数，而与桩的截面尺寸关系不大，可以采取小尺寸的桩而无需遵循woods对桩尺寸的限制；

排桩系统起整体屏障的作用，而不是一组相互独立的屏障单元的单独作用，设置排桩可以获得较大的有效屏蔽区域；

三排混凝土薄壁管桩是多排交错布置的混凝土桩，桩采用交错布置，这样增加了屏障的连续性和完整性；优选的，相邻的三个管桩之间形成等边三角形。

三排桩屏障隔振的排桩间距对隔振效果影响较小，工程中可灵活控制，但是为形成整体的隔振作用，桩与桩的间距不能过大，一般的，桩间净距与桩径之比小于或等于2.5；

三排混凝土薄壁管桩桩身为C30混凝土预制而成的薄壁管桩，减少了混凝土的用量达到经济的要求的同时也减轻了的桩身的自重；

施工时注意在隔振沟沟壁稳定的情况下进行管桩的埋设；

隔振沟与三排混凝土薄壁管桩同时为减振起作用，二者形成的整体结构能够发挥很好的减振作用。隔振沟直接阻断了振动波的传播，三排桩的交错结构也起到了层层减振的作用。

隔振沟与三排交错布置的混凝土薄壁管桩组成的整体为该减振结构的主体结构，用于阻挡振动波的传播；混凝土喷射沟壁是为了防止隔振沟四周土体的坍塌；顶部的钢筋混凝土板构成路面，便于交通。

减轻地铁振动对于周边古建筑物影响的屏障隔振结构的施作方法，包括以下步骤：

(1)首先根据理论经验及实际工程中地铁振动时产生的振动波在土层中或者地表的传播规律，产生的横波，纵波及瑞利波的波长等确定好隔振沟所处的位置，隔振沟的深度，最佳桩长(借助有限元等软件进行分析)。根据理论分析，隔振沟应相距振源3m以上，若要使隔振沟发挥较好的作用，两者的距离应在6m以上；隔振沟的深度应不小于1倍的瑞利波波长，最佳桩长为2-3倍的瑞利波波长，当然，实际工程应根据实际情况而定。此外，还应确定好隔振沟的沟宽、沟长、桩的外径、桩的内径、桩间距离、排距、桩数等。

(2)在位置、尺寸确定之后，即可开挖隔振沟并预制钢筋混凝土板。开挖隔振沟后进行混凝土喷射护壁，防止隔振沟四周沟壁土体的坍塌。

(3)在隔振沟施工完成后，运用钻埋空心桩的施工工艺进行三排交错布置的混凝土薄壁管桩的埋设。主要分为预应力混凝土空心桩桩节的预制，成孔，空心桩吊、拼装及沉埋、桩侧压浆以及桩端压浆。混凝土薄壁管桩的布置形式如附图3所示。

(4)混凝土管桩埋设完成后即可盖上钢筋混凝土板，形成路面。最终形成整个屏障减振结构。

工作原理如下：

当地铁运行时，车体与轨道之间产生振动，地铁还会对地铁轨道产生一定量值的随机的振动激励，振动波在土层中传播，当振动波传播至所述隔振屏障时，隔振沟阻断振动波传播，三排交错布置的混凝土薄壁管桩形成的整体屏障阻挡振动波的传播，最终只有少量的振动波能够透射或绕射过所述隔振屏障，对周边的古建筑物起到了很好的保护作用。

如附图4所示，本发明在实际应用中，根据地铁振动的实际情况以及地铁与古建筑物的距离合理确定屏障隔振的位置以及沟深、桩长、桩数等等，施工完成后，隔振沟与三排交错布置的桩组成的整体起到屏障隔振的效果，对地铁振动产生的沿土层中传播的振动波进行反射和衍射以削弱振动波的传播等。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，包括隔振沟、多排混凝土管桩、混凝土护壁和钢筋混凝土板，其中：

所述隔振沟是在距离振源一定水平距离处的一条具有一定深度的空沟，用于隔断振动波的传播；且在所述的隔振沟的四周沟壁上喷射一层混凝土形成混凝土护壁，以防止空沟四周的土壁坍塌；所述的钢筋混凝土板覆盖在隔振沟的顶部，以形成路面便于交通；所述多排混凝土管桩交错布置，竖直的设置于隔振沟以下的地层中。

2.如权利要求1所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，所述隔振沟的深度不小于1倍的瑞利波波长。

3.如权利要求1所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，所述混凝土管桩的桩长为2-3倍的瑞利波波长。

4.如权利要求1所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，所述隔振沟应相距振源3m以上，进一步的优选的应在6m以上。

5.如权利要求1所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，相邻混凝土管桩之间的轴线距离与桩径之比小于或等于2.5。

6.如权利要求1所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，所述混凝土管桩桩身为C30混凝土预制而成的薄壁管桩。

7.如权利要求1所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，所述的混凝土桩的顶部插入到隔振沟的底部。

8.如权利要求1所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构，其特征在于，所述的隔振沟位于第一地层，所述的混凝土桩位于第二地层和第三地层。

9.如权利要求1-10所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构的施作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先根据理论经验及实际工程中地铁振动时产生的振动波在土层中或者地表的传播规律，产生的横波，纵波及瑞利波的波的信号情况，确定好隔振沟所处的位置以及隔振沟的相关参数和混凝土管桩的相关参数；

(2)在位置、尺寸确定之后，即可开挖隔振沟并预制钢筋混凝土板；开挖隔振沟后进行混凝土喷射护壁；

(3)在隔振沟施工完成后，运用钻埋空心桩的施工工艺进行三排交错布置的混凝土薄壁管桩的埋设；主要分为预应力混凝土空心桩桩节的预制，成孔，空心桩吊、拼装及沉埋、桩侧压浆以及桩端压浆；

(4)混凝土管桩埋设完成后，盖上钢筋混凝土板，形成路面；最终形成整个屏障减振结构。

10.如权利要求9所述的减轻地铁振动对周边古建筑物影响的屏障隔振结构的施作方法，其特征在于，所述的相关参数包括隔振沟的深度、沟宽、沟长；混凝土管桩的最佳桩长、桩的外径、桩的内径、桩间距离、排距、桩数。