0 引言

随着我国城市化进程不断加快，城市规模和市区人口不断增加，交通系统日渐完善，由此带来的交通振动对周围环境的影响逐渐受到关注，地铁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（关美荣等，2018；崇金玲，2019；任巍，2021；岳海，2021；张凯等，2021），这种反复而长期的振动达到一定水平会对周边建筑，尤其是古建筑、文物等带来一定损伤、变形，从而导致其安全性受到威胁。

石家庄市地铁1号线位于市区主轴线，是该市轨道交通的重要组成部分。该线路总长36.9 km，沿途设28座车站，均为地下站，博物馆站是客流量较大的车站之一。当前，该市地铁1号线已运行5年，准确认识和评价该线路运营振动对博物馆文物的影响，分析振动的传播规律及与运营时间的关系，不仅对文物保护有重要意义，对后期地铁建设也有重要参考价值。基于此，本文通过现场监测手段，分析该地铁1号线运营产生振动对博物馆的影响。

1 监测概况 1.1 测点布置及监测时间

观测点位于石家庄市河北省博物馆前文化广场地下二层，与地铁1号线直线距离约50 m，具体位置见图 1。监测时间为2021年8月4日全天。

1.2 监测仪器

此次测量采用MENHIR测量仪。该仪器为用于地震及振动测量的专用设备，其内部为一个结构紧凑的三分向加速度计，拥有外扩传感器接口，可与外置传感器（MS2003+）相连。每台MENHIR测量仪既可独立运行，也可接入网络。

该测量仪外观见图 2，其主要性能指标如下：实时采集三分向加速度信号和一个单分向速度信号；数据采集动态范围≥130 dB；加速度计动态范围：≥135 dB（观测频带DC—80 Hz）；速度计动态范围：≥135 dB（观测频带20 s—50 Hz）；NTP、PTP、GPS时间服务；远程软件升级及配置。

1.3 监测原理

MENHIR测量仪的工作原理如下：在监测过程中，利用传感器记录振动，同时将该振动产生的加速度信号按比例转换成电信号。在MENHIR测量仪中，这些电信号被连续数字化并存储于系统环形缓存，同步存入内置高速SD卡，用于实时数据传输。

振动超过一定阈值则满足触发条件，环形缓存中的内容将以压缩形式写入内部SD卡事件目录，作为地震事件长期保存，用户可在电脑上，使用SEVIEW软件或者任意FTP软件进行下载，并可基于SEVIEW软件集成的分析功能进行数据查看和分析，也可转换成ASCII码格式数据，使用其他软件进行分析。

2 数据处理及结果

考虑到地铁列车进站和出站对于观测点的影响是不同的，在本次监测过程中，记录并计算地铁1号线2021年8月4日当天所有列车进出站时对观测点产生的振动加速度值。如当日18:42—18:44，地铁1号线经监测点时的加速度波形见图 3。限于篇幅，文中仅列出2021年8月4日7:00—11:00波形记录（图 4）。

2.1 数据处理

对于当日加速度记录，采取以下方法进行处理：

（1）去整体均值。对观测到的波形记录进行去均值处理，选取初动前1 min的背景噪声值，计算平均值a，原信号为x(k)，处理后信号为

$ x^0(k)=x(k)-a $

(1)

（2）对信号各分向每次记录提取最大值A(k) = max[x⁰(k)]，并计算各分向记录加速度平均值，公式如下

$ \bar{A}=\frac{1}{K} \sum\limits_{k=1}^K A(k) $

(2)

（3）计算地铁停运时间段观测点每小时加速度噪声峰值，并进行对比。

2.2 结果分析

观察波形记录并进行计算，发现6:18—22:40共记录256组地铁振动信号，每组包括EW、NS和UD三个分向，计算三分向加速度峰值，统计结果见表 1，可知：EW向最大加速度峰值10.57 Gal，出现在08:07，平均值（各峰值加速度平均值）3.44 Gal；NS向最大加速度峰值6.50 Gal，出现在20:58，平均值2.28 Gal；UD向最大加速度峰值7.80 Gal，出现在07:28，平均值2.86 Gal。

计算地铁在非运营时段，即0时、1时、2时、3时、4时、5时以及23时前后1小时连续波形噪声值，统计结果见表 1，可知：EW向最大加速度峰值为0.07 Gal，出现在00:00—00:59，平均值0.06 Gal；NS向最大加速度峰值0.04 Gal，出现在00:00—00:59，平均值0.03 Gal；UD向加速度峰值0.15 Gal，出现在04:00—04:59，平均值0.08 Gal。

监测结果参照《城市区域环境振动标准测量方法》，以测量数据的振动加速度级（Vibration Acceleration Level，简称VAL）作为评价量，计算公式如下

$ \mathrm{VAL}=20 \lg \frac{a}{a_0} $

(3)

式中，a为最大加速度有效值，单位m/s²；a₀为基准加速度，a₀ = 10^-6 m/s²。基于式（1），得到地铁1号线在河北省博物馆产生的振动加速度级VAL值，运行和非运行阶段的统计结果见表 1。

鉴于博物馆文物的特殊性，参考《城市区域环境振动标准》（GB 10070—1988）中特殊住宅区或居民、文教区夜间的振动标准值，即65 dB或67 dB作为监测河北省博物馆文物振动的控制参考值（表 2），得出如下结论：

（1）由表 1可见，地铁1号线运行期间博物馆振动测点的振动现状值均超过标准值，根据《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2020）合成地震动加速度最大值与地震烈度对应关系（表 3），运行期间地铁1号线对博物馆文物的振动影响烈度为Ⅱ度（2度）—Ⅲ度（3度）。

（2）地铁1号线非运行阶段，博物馆振动测点的振动现状值均低于振动标准值（表 2），无影响烈度（表 3）。

3 结束语

通过研究石家庄市地铁1号线运行过程中对河北省博物馆的振动影响，可知石家庄地铁1号线运行时，对河北省博物馆振动影响烈度为Ⅱ度（2度）—Ⅲ度（3度），非运行阶段无振动影响烈度。此次分析结果可为河北省博物馆文物的长期保护提供重要参考，同时为河北省博物馆文物保护的后续研究提供了数据依据。