ВСН 211-91. Прогнозирование уровней вибрации грунта от движения метропоездов и расчет виброзащитных строительных устройств

(утв. Главным научно-техническим управлением Минтрансстроя СССР от 13.11.1991 № МО-189)

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УРОВНЕЙ ВИБРАЦИИ ГРУНТА ОТ ДВИЖЕНИЯ МЕТРОПОЕЗДОВ И РАСЧЕТ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

ВСН 211-91

1 января 1992 года

Внесены Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС).

Согласованы Госстроем СССР 31 октября 1991 г. № АЧ-786-8.

Утверждены Главным научно-техническим управлением Министерства транспортного строительства СССР от 13 ноября 1991 г. № МО-189.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Нормы регламентируют вопросы прогнозирования и защиты жилой застройки от вибраций, возникающих при движении поездов метрополитена.

Нормы разработаны на основании научно-исследовательских работ, результатов опытного проектирования и эксплуатации метротрасс с виброзащитными конструкциями.

Основные положения Норм разработаны Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС). В составлении отдельных разделов принимал участие научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП). В Нормах использованы также материалы Всесоюзного научно-исследовательского института строительных конструкций им. В.А. Кучеренко (ЦНИИСК), Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), Московского института железнодорожного транспорта (МИИТ) и Государственного проектно-изыскательного института «МЕТРОГИПРОТРАНС».

Нормы составлены д.т.н. И.Я. Дорманом, к.т.н. С.А. Курнавиным и инж. К.Д. Данелия (ЦНИИС), при участии д.т.н. В.А. Ильичева, к.т.н. В.С. Полякова (НИИОСП), к.т.н. М.А. Дашевского (ЦНИИСК), к.т.н. Н.Д. Кравченко (ВНИИЖТ) и к.т.н. Е.Н. Курбацкого (МИИТ).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Нормы предназначаются для применения при проектировании и эксплуатации линий метрополитенов, расположенных в селитебной зоне.

1.2. Настоящие Нормы разработаны в соответствии с требованиями СНиП 2-40-80, СН 1304-75 «Санитарные нормы допустимых вибраций в жилых домах» и в развитие положений ВСН 1-73 Мосгорисполкома «Временные нормы и правила предельно-допустимого приближения жилых домов и зданий культурно-бытового назначения к линиям метрополитена мелкого заложения по условиям шума и вибраций в г. Москве».

1.3 Положения настоящих Норм используются:

а) при оценке (прогнозировании) ожидаемых уровней вибраций в жилых домах, намеченных к строительству вблизи линий метрополитена, а также для определения уровней проникающей вибрации в сложившейся застройке с последующей проверкой на соответствие СН 1304-75;

б) при разработке конкретных технических решений по снижению вибраций, проникающих в здания от поездов метрополитена.

Примечания. 1. В существующих жилых домах, находящихся вблизи действующих линий метрополитена, оценка фактических уровней вибраций осуществляется инструментальными методами в соответствии с положениями СН 1304-75.

2. Допускается применение настоящих Норм для прогнозирования уровней вибраций в зданиях культурно-бытового и производственного назначения.

1.4. Нормативные уровни виброскоростей, виброускорений и вибросмещений в жилых домах регламентируются СН 1304-75. Нормативные уровни вибраций в жилых помещениях [L], подверженных воздействию вибраций от метрополитена, с поправками, учитывающими время суток (ночь) и характер вибрации (непостоянная) принимаются по табл. 1.1.

Параметр вибраций	Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
	2	4	8	16	31,5	63
Уровни виброскорости	69	63	57	57	57	57
Уровни виброускорения	15	15	15	21	27	33
Уровни вибросмещения	123	111	99	93	87	81

1.5 За критерий вибраций в настоящих Нормах принимается уровень виброускорений, определяемый соотношением

где A — среднеквадратичная величина виброускорения, м/с/с;

Ao — пороговая величина виброускорения, равная 0,0003 м/с/с.

1.6. Строительство линий метрополитена в селитебной зоне и (или) расположение зданий вблизи линий метрополитена допускается согласно СН 1304-75 при обеспечении условия

где L — фактический или ожидаемый уровень вибраций в здании, дБ;

[L] — нормативный уровень вибраций, принимаемый согласно п. 1.4 настоящих Норм, дБ.

При проверке условия (1.1) в качестве ожидаемого уровня вибраций в здании L допускается принимать уровень вибраций поверхности грунта в месте расположения фундамента Lг.

Минимальное расстояние от стены тоннеля до фундамента здания, при котором не требуется проверять условие (1.1), составляет 40 м.

1.7. Проверку условия (1.1) следует проводить в октавах со среднегеометрическими частотами 31,5 и 63 Гц (далее — октавы 31,5 и 63 Гц), т.к. именно в этих октавах при движении поездов метрополитена наблюдаются наибольшие превышения уровней вибраций в зданиях над нормативными величинами.

При использовании виброзащитных мероприятий проверка условия (1.1) дополнительно проводится в тех октавах регламентируемого диапазона частот, в которых виброзащитные мероприятия имеют отрицательную эффективность.

1.8. В том случае, если уровни вибрации в здании превышают нормативные величины, снижение вибраций возможно за счет применения одного или группы виброзащитных мероприятий. Рекомендуются следующие принципиальные направления снижения вибраций:

а) применение виброзащитных устройств, снижающих передачу динамических нагрузок на колесные пары и верхнее строение пути;

б) применение амортизирующих конструкций в верхнем и нижнем строениях пути;

в) применение виброзащитных конструкций обделок тоннелей метрополитенов;

г) применение экранирующих устройств в грунте;

д) применение амортизирующих элементов в конструкциях зданий;

е) использование архитектурно-планировочных решений городской застройки;

ж) изменение трассы метрополитена, в том числе увеличение глубины заложения тоннеля.

Выбор средств защиты от вибраций проводится с учетом показателей их эффективности и экономической целесообразности.

1.9 В настоящих Нормах даются указания по оценке эффективности следующих виброзащитных устройств:

а) виброзащитные конструкции верхнего и нижнего строений пути;

б) виброзащитные конструкции обделок;

в) экранирующие стены в грунте.

1.10. Оценка уровней вибраций в зданиях и подбор виброзащитных мероприятий осуществляются в следующем порядке.

1.10.1. Оценивается уровень вибраций лотковой части обделки в соответствии с положениями раздела 2.

1.10.2. Определяется ожидаемый уровень вибраций поверхности грунта в соответствии с разделом 3.

1.10.3. Проверяется условие (1.1) и в случае его невыполнения подбираются виброзащитные мероприятия в соответствии с разделом 4.

1.10.4. Проводится повторная оценка вибраций поверхности грунта и проверка условия (1.1). Если условие (1.1) не выполняется, подбор виброзащитных мероприятий повторяется.

1.11. Упругие характеристики грунтов, необходимые для прогнозирования уровней вибраций в зданиях, определяются в процессе инженерно-геологических изысканий, а при их отсутствии по справочным данным Приложения 1.

1.12. Методики настоящих Норм ориентированы на оценку уровней вибраций в зданиях, расположенных вблизи однопутных перегонных тоннелей метрополитена.

Допускается использовать указанные методики для оценки уровней вибраций в зданиях, расположенных вблизи двухпутных, станционных и тупиковых тоннелей, совмещенных тяговых подстанций и вентсбоек, сооружаемых из сборного или монолитного железобетона открытым способом работ. В этом случае оценка ожидаемых уровней вибраций проводится как для однопутных тоннелей метрополитена, имеющих типовую сборную железобетонную обделку прямоугольного очертания.

1.13. Для прогнозирования уровней вибраций в зданиях и оценки эффективности конкретных виброзащитных устройств допускается использовать иные методики расчета, основанные на методах динамики сплошной среды и динамики сооружений, при условии подтверждения их положений результатами научно-исследовательских и опытных работ.

2. ОЦЕНКА УРОВНЕЙ ВИБРАЦИЙ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ

2.1. В качестве расчетного параметра колебаний обделки тоннеля метрополитена принимается уровень вибраций лотковой части обделки, определяемый в третьоктавных полосах.

2.2. Оценку уровня вибраций лотковой части обделки действующей линии метрополитена рекомендуется проводить инструментальными методами. При измерениях достаточно ограничиться вертикальной составляющей вибраций.

2.3. Для обделок типовых конструкций из сборного железобетона прямоугольного и кругового очертаний и типовой конструкции верхнего строения пути (деревянные шпалы, втопленные в бетон) на стадии проектирования линии метрополитена рекомендуется уровень вибрации лотковой части обделки определять расчетным путем — в третьоктавных полосах следующим образом.

2.3.1. Уровень вибрации лотковой части обделки в третьоктавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 25, 31,5, 40 (октава 31,5 Гц) и 50, 63 и 80 Гц (октава 63 Гц) вычисляется по формуле

где i — число, соответствующее третьоктавным полосам;

L\prime oi — ориентировочное значение уровня, принимаемое по таблице 2.1 пункта 2.3.2 настоящих Норм;

d1 — поправка к уровню, учитывающая коэффициент Пуассона грунтового массива, окружающего обделку, принимается в соответствии с п. 2.3.3 настоящих Норм;

d2 — поправка к уровню, учитывающая скорость движения метропоезда, принимается в соответствии с п. 2.3.4 настоящих Норм.

2.3.2. Ориентировочное значение уровня вибраций лотковой части обделки L\prime oi принимается по табл. 2.1 в зависимости от продольного волнового сопротивления грунта — R x C1, кг/м2 x с, где R — плотность грунта кг/м3, C1 — скорость продольной упругой волны в грунте м/с.

R x C1, кг/м2 x с	Среднегеометрические частоты третьоктавных полос, Гц
	25	31,5	40	50	63	80
150000	50,6	55,3	55,8	57,8	58,9	56,6
300000	46,0	50,8	52,9	55,6	57,7	55,9
650000	39,9	45,1	48,5	51,9	54,3	53,5
1000000	36,3	41,6	45,3	49,0	51,6	51,4
1350000	34,0	39,2	43,0	46,9	49,6	49,7
1700000	32,1	37,5	41,3	45,3	48,0	48,3
2050000	30,7	35,9	39,8	44,0	46,8	47,2
2400000	29,4	34,7	38,7	42,9	45,7	46,2
3100000	27,4	32,7	36,7	41,1	44,0	44,6
3800000	25,8	31,2	35,3	39,7	42,6	43,2

Примечание. Для промежуточных значений R x C1 уровни определяются по интерполяции.

2.3.3. Поправка d1 к уровню, учитывающая коэффициент Пуассона грунтового массива, окружающего обделку, определяется следующим образом:

    d1 = -1 дБ при         m <  0,3;
    d1 =  1 дБ при         m >  0,45;
    d1 =  0 дБ при  0,3 <= m <= 0,45,

где m — коэффициент Пуассона.

2.3.4 Поправка d2 к уровню, учитывающая скорость движения метропоезда, принимается равной

d2 = 0,2 x (V — 70), дБ при 30 < V < 90,

где V — скорость движения метропоезда, км/час.

2.3.5. При расположении обделки тоннеля метрополитена в грунте, имеющем слоистое строение, параметры R x C1 и m определяются как средние значения.

2.4. На стадии проектирования линии метрополитена уровень вибраций лотковой части обделки допускается оценивать на основе результатов натурных замеров вибрации, выполняемых на обделках тоннелей, находящихся в аналогичных условиях с обделкой проектируемого тоннеля.

Под аналогичными условиями понимается близость свойств грунтового массива, окружающего обделку, идентичность конструкций обделки и строения пути, примерное равенство скоростей движения поездов. Различие свойств грунтового массива и скоростей движения поездов должно быть не более 10 — 15%.

3. ОЦЕНКА ОЖИДАЕМЫХ УРОВНЕЙ ВИБРАЦИЙ ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА

3.1. В зависимости от условий прогнозирования вибраций рассматриваются несколько возможных случаев оценки уровня вибраций поверхности грунта Lг в месте расположения фундамента здания.

3.1.1 Уровень вибраций поверхности грунта при отсутствии виброзащитных мероприятий вычисляется по формуле

где Lг — уровень вибраций поверхности грунта в октаве;

L1, L2, L3 (Li) — уровни вибраций поверхности грунта в третьоктавных полосах, дБ. Определяются в соответствии с п. 3.2 настоящего раздела.

Среднегеометрические частоты октавных и третьоктавных полос регламентируемого диапазона частот даны в Приложении 2.

3.1.2 Уровень вибраций поверхности грунта при наличии виброзащитных мероприятий вычисляется по формуле

где D1, D2, D3 (Di) — эффективность одного или нескольких одновременно применяемых виброзащитных мероприятий в третьоктавных полосах, дБ.

Определение величин Di для виброзащитных мероприятий проводится в соответствии с положениями раздела 4 настоящих Норм.

3.1.3. В случае отсутствия возможности оценки эффективности виброзащитных мероприятий в третьоктавных полосах допускается их оценка в октавах, тогда уровень вибраций поверхности грунта вычисляется по формуле

где D — эффективность виброзащитных мероприятий в октавной полосе, дБ.

3.2 Вычисление уровней вибраций поверхности грунта в третьоктавных полосах Li проводится по формуле

где Loi — уровни вибраций лотковой части обделки, принимаемые в соответствии с разделом 2 настоящих Норм, дБ;

Ki — коэффициенты передачи колебаний от тоннельной обделки на поверхность грунта.

Указания по расчету коэффициентов Ki даны в Приложении 3.

3.3. Для проектируемых вблизи действующей линии метрополитена зданий уровень вибраций поверхности грунта в октавах рекомендуется определять по формуле

где Lвер, Lгор — соответственно октавные уровни вертикальной и горизонтальной поперек оси тоннеля составляющих вибраций поверхности грунта в месте строительства здания, дБ. Определяются по данным натурных измерений.

4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

4.1 Общие положения

4.1.1. Эффективность применения конкретного виброзащитного устройства, соответственно в третьоктавных Di или октавных D полосах, оценивается как разность уровней вибраций в здании или на поверхности грунта с учетом и без учета виброзащитного мероприятия. Такая оценка выполняется для одного или группы одновременно применяемых виброзащитных устройств.

Предпочтение следует отдавать оценке эффективности виброзащитных устройств в третьоктавных полосах.

4.1.2. Оценка и проверка эффективности разрабатываемых виброзащитных устройств проводится разработчиком этих устройств и представляется заказчику в виде таблиц, графиков, расчетных методик или других материалов, отвечающих требованиям настоящих Норм.

Проверка эффективности виброзащитных устройств проводится на опытных участках линий метрополитена или в условиях, аналогичных условиям метрополитена.

4.1.3. Участки линий метрополитена, на которых используются виброзащитные конструкции или устройства, далее — виброзащитные участки, должны удовлетворять следующим требованиям:

а) длина виброзащитного участка должна быть не менее 80 м, а его начало и конец должны располагаться в плане не ближе 40 м от защищаемого здания;

б) между обычной и виброзащитной конструкциями должны устраиваться переходные участки с плавным изменением физико-механических характеристик. Длина переходных участков должна быть не менее 10 м.

4.2 Виброзащитная обделка с плитами жесткости для тоннелей открытого способа работ

4.2.1. Виброзащитная обделка с плитами жесткости представляет собой конструкцию, состоящую из типовых сборных железобетонных плоскостных элементов или элементов ЦСО (цельносекционная обделка), объединенных в уровне лотка и перекрытия железобетонными монолитными плитами — плитами жесткости. Виброзащитный эффект указанной конструкции достигается за счет увеличения изгибной жесткости обделки путем включения в ее работу плит жесткости. Конструктивные схемы обделки приведены в Приложении 4.

4.2.2. Виброзащитную обделку с плитами жесткости без других виброзащитных мероприятий следует применять в грунтах, имеющих продольное волновое сопротивление (R x C1) не менее 300000 кг/м2 x с.

4.2.3. Для типовых несущих конструкций, обделок из сборного железобетона и элементов ЦСО величины Di в третьоктавных полосах, необходимые для прогнозирования уровней вибраций в зданиях, в зависимости от продольного волнового сопротивления грунта и толщин плит жесткости принимаются по табл. 4.1.

R x C1, кг/м2 x с	Толщина плит жесткости, м
	0,25	0,5	0,75	0,25	0,5	0,75	0,25	0,5	0,75
	Среднегеометрические частоты третьоктавных полос, Гц
	25			31,5			40
300000	1	1	2	2	3	5	4	6	8
650000	6	8	9	8	9	11	9	11	12
1000000	9	10	11	9	11	12	10	11	12
1350000	10	11	12	9	11	12	9	10	11
1700000	9	11	12	9	10	11	8	9	10
2050000	9	10	11	8	9	10	7	8	9
2400000	8	10	11	7	8	9	6	7	8
3100000	7	8	9	6	7	8	5	6	6
3800000	6	7	8	5	6	7	4	5	6
	Среднегеометрические частоты третьоктавных полос, Гц
	50			63			80
300000	7	9	11	9	11	13	11	11	8
650000	10	12	13	10	11	13	8	8	9
1000000	9	10	12	8	9	10	5	6	6
1350000	8	9	10	6	7	8	4	5	5
1700000	6	7	8	5	6	6	3	4	4
2050000	5	6	7	4	5	5	3	3	4
2400000	5	6	6	3	4	5	2	3	3
3100000	4	4	5	3	3	4	2	2	3
3800000	3	4	4	2	3	4	1	2	2

4.3 Виброзащитные устройства в конструкции пути метрополитена

4.3.1. Виброзащитные устройства в конструкции пути подразделяются на две группы.

К первой группе относятся виброзащитные устройства, в которых роль вибропоглощающего элемента выполняют эластомерные прокладки в рельсовых скреплениях.

Ко второй группе относятся виброзащитные устройства, применяемые в основании пути. Они представляют собой подрельсовые конструкции в виде лежней, рам, балластных корыт, опирающиеся через амортизаторы на лотковую часть обделки.

Основные конструктивные схемы виброзащитных устройств в конструкциях пути приведены в Приложении 4.

4.3.2. Эффективность виброзащитных устройств, применяемых в рельсовых скреплениях в регламентируемом диапазоне частот, как правило, невысока и не превышает 3 — 5 дБ. Эффективность указанных виброзащитных устройств оценивается разработчиком на основании результатов опытно-экспериментальных работ.

4.3.3. При большем превышении допустимых уровней вибраций в зданиях целесообразно применение виброзащитных устройств в основании пути. Эффективность таких устройств в октавах 31,5 и 63 Гц достигает 10 и более дБ.

Для виброзащитной конструкции пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием (см. рис. 3б Приложения 4) эффективность принимается по таблице 4.2.

Центральные частоты третьоктавных полос, Гц
12,5	16	20	25	31,5	40	50	63	80
10	11	11	11	12	13	14	15	17

4.4 Экранирующие стены в грунте

4.4.1. Экранирующие стены располагаются между тоннелем и защищаемым зданием и представляют собой конструкции, устраиваемые в грунтовых траншеях или иными способами, динамические свойства которых должны значительно отличаться от свойств грунтового массива.

4.4.2. Расчет эффективности экранирующей стены в виде грунтовой траншеи, заполненной виброизолирующим материалом, а также пустотной щели, проводится в соответствии с методикой, изложенной в Приложении 3.

Основные конструктивные требования к виброзащитным экранам даны в Приложении 4.

4.5. Эффективность виброзащитных устройств, не рассмотренных в настоящем разделе, оценивается в соответствии с требованиями пп. 1.13 и 4.1.2 настоящих Норм.

Наименование грунта	Плотность, кг/м3	Скорости распространения, м/с
		продольных C1	поперечных C2
1	2	3	4
А. Рекомендуемые Насыпной грунт, уплотненный со степенью влажности G < 0,5	1600	300	100
Песок крупный и средней крупности со степенью влажности G < 0,8	1700	500	150
Суглинок тугопластичный и плотнопластичный	1700	600	250
Глина твердая и полутвердая	2000	1500	3500
Лесс, лессовидный суглинок при показателе просадочности П = 0,17	1500	400	150
Грунт при относительном содержании растительных осадков (q > 0,6 торф)	1000	200	80
Илы супесчаные глинистые	1500 — 1800	1100	300
Водонасыщенный грунт ниже уровня грунтовых вод при степени влажности G > 0,9	2000	1750	250
Б. Ориентировочные
Мягкие грунты (насыпные рыхлые пески, супеси, суглинки и др.) неводонасыщенные	1400 — 1700	100 — 300	70 — 150
гравелисто-песчаные	1600 — 1900	200 — 500	100 — 250
песчаные маловлажные (сухие)	1400 — 1700	150 — 900	130 — 500
То же, средней влажности	1600 — 1900	250 — 1300	160 — 600
То же, водонасыщенные	1700 — 2200	300 — 1600	200 — 800
Супеси	1600 — 2000	300 — 1200	120 — 600
Суглинки	1600 — 2100	300 — 1400	140 — 700
Глинистые влажные, пластичные	1700 — 2200	500 — 2800	130 — 200
То же, плотные, полутвердые и твердые	1900 — 2600	2000 — 3500	1100 — 2000
Лесс и лессовидные грунты	1300 — 1600	380 — 400	130 — 140
ПОЛУСКАЛЬНЫЕ И СКАЛЬНЫЕ ПОРОДЫ
Мергель	1800 — 2600	1400 — 3500	800 — 2000
Песчаник рыхлый	1800 — 2200	1500 — 2500	800 — 1700
То же, плотный	2000 — 2600	2000 — 4300	1100 — 2500
То же, сильно выветрелый	1700 — 2200	1000 — 3000	600 — 1800
Известняк прочный	2000 — 3000	3000 — 6500	1500 — 3700
Глинистые сланцы	2000 — 2800	2000 — 5000	1200 — 3000
Изверженные и метаморфические породы (гранит, гнейс, базальт, диабаз и др.)
Трещиноватые	2400 — 3000	3000 — 5000	1700 — 3000
То же, нетрещиноватые	2700 — 3300	4000 — 6500	2700 — 4300

Примечание. В таблице нижний предел скоростей относится к грунтам и скальным породам с наименьшей плотностью, а верхний — к грунтам и породам с наибольшей плотностью.

Среднегеометрические частоты октавных полос	Среднегеометрические частоты третьоктавных полос
2,0	1,6	2,0	2,5
4,0	3,15	4,0	5,0
8,0	6,3	8,0	10,0
16,0	12,5	16,0	20,0
31,5	25,0	31,5	40,0
63,0	50,0	63,0	80,0

1. Определение коэффициентов передачи колебаний от тоннельной обделки на поверхность грунта Ki

Коэффициенты Ki представляют собой отношение амплитуд колебаний поверхности грунта и лотковой части обделки и вычисляются на среднегеометрических частотах третьоктавных полос по формуле

Ki = (Uxi^{2} + Uyi^{2})^{1/2}/Aoi ,

где Uxi, Uyi — амплитуды вертикальной и горизонтальной поперек оси тоннеля составляющих колебаний поверхности грунта;

Aoi — амплитуда колебаний лотковой части обделки, принимая равной 1;

i — число, соответствующее третьоктавной полосе.

Для определения величин Uxi, Uyi используются методы динамики сплошной среды.

Методики вычислений, реализуемые на основе указанных методов, должны учитывать: волновые процессы в грунтовой среде, свойства грунтовой среды, определяющие затухание волн, дневную поверхность грунта и напластование грунтового массива.

При вычислении величин Uxi и Uyi допускается рассмотрение плоскодеформированного состояния грунтовой среды без учета подкрепления грунтового массива тоннельной обделкой. При этом в качестве воздействия на грунтовый массив принимаются равномерно распределенные вертикальные (для обделок прямоугольного очертания) и радиальные (для обделок кругового очертания) перемещения на внешнем контуре тоннельной обделки.

В качестве динамических характеристик грунтового массива могут быть использованы скорости распространения упругих волн в грунте и коэффициенты поглощения волн.

2. На стадии предварительного проектирования значения уровней вибраций грунта Li в октаве 31,5 Гц могут быть определены по формуле (см. п. 3.2 настоящих Норм)

Li = 20lg(Ui/Uo) — Pi, дБ,

где Ui — среднеквадратичная величина вибросмещения поверхности грунта в третьоктавных полосах, мкм;

Uo — пороговая величина вибросмещения, равная 2,000008 мкм;

Pi — поправки к уровням, равные для центральных частот третьоктавных полос 25, 31,5 и 40 Гц соответственно 63,6; 59,6 и 55,5 дБ.

Среднеквадратичная величина вибросмещения поверхности грунта Ui вычисляется по формуле

Ui = 0,9^{Ki \cdot (X^{2} - H^{2})^{1/2} - 2,8)/6,28} \cdot (1 + C1/C2)(1 + 7,8 \cdot Ki^{2})^{- 1/2} \cdot Ai \cdot Fi ,

где X — расстояние от оси тоннеля до ближайшей точки фундамента здания, м;

H — глубина заложения центра обделки, м;

C1, C2 — соответственно, скорости распространения продольных и поперечных волн в грунте, м/с;

Ki = Wi/C2, Wi = 6,28 x fi;

fi — среднегеометрические частоты третьоктавных полос, Гц;

Fi — коэффициенты, определяемые по таблицам 1 - 4 настоящего приложения в зависимости от параметров X, H и Ki;

коэффициенты Ai определяются по формуле:

,

где Мт — погонная масса тоннеля, т/м;

Si = 24 \cdot (R/\text{Мт})(1 + C1/C2)(1 + 7,8 \cdot Ki^{2})^{- 1} ;

R — плотность грунта, т/м3;

b1, b2, b3 (bi) — коэффициенты, равные 380, 376 и 232, соответственно.

Таблица 1

H = 4,0 м Значения коэффициента Fi
X, м K, 1/м	10	15	20	25	30	35
0,4	0,104	0,123	0,099	0,096	0,105	0,093
0,5	0,123	0,116	0,131	0,125	0,125	0,136
0,6	0,189	0,184	0,164	0,142	0,139	0,149
0,7	0,155	0,161	0,156	0,149	0,149	0,139
0,8	0,159	0,185	0,122	0,137	0,143	0,123
0,9	0,197	0,154	0,100	0,107	0,110	0,102
1,0	0,163	0,120	0,080	0,083	0,059	0,075
1,1	0,142	0,086	0,042	0,052	0,021	0,039
1,2	0,116	0,069	0,030	0,029	0,019	0,011
1,3	0,092	0,076	0,052	0,058	0,031	0,044
1,4	0,123	0,112	0,068	0,079	0,059	0,074
1,5	0,140	0,128	0,104	0,096	0,080	0,088
1,6	0,148	0,132	0,134	0,101	0,085	0,090
1,7	0,211	0,148	0,122	0,094	0,084	0,095
1,8	0,233	0,144	0,101	0,083	0,086	0,107
1,9	0,217	0,151	0,095	0,060	0,080	0,105
2,0	0,210	0,143	0,070	0,035	0,067	0,083
2,1	0,176	0,124	0,049	0,027	0,056	0,064
2,2	0,130	0,097	0,042	0,013	0,043	0,053
2,3	0,085	0,066	0,035	0,017	0,025	0,031
2,4	0,052	0,045	0,041	0,030	0,016	0,005
2,5	0,046	0,041	0,045	0,034	0,024	0,019
2,6	0,053	0,047	0,046	0,028	0,041	0,037

Таблица 2

H = 5,5 м Значения коэффициента Fi
X, м K, 1/м	10	15	20	25	30	35
0,4	0,091	0,113	0,088	0,092	0,097	0,088
0,5	0,116	0,099	0,122	0,119	0,105	0,106
0,6	0,166	0,167	0,152	0,122	0,101	0,108
0,7	0,133	0,149	0,142	0,114	0,104	0,108
0,8	0,163	0,181	0,127	0,097	0,105	0,094
0,9	0,191	0,159	0,092	0,071	0,088	0,065
1,0	0,174	0,138	0,070	0,059	0,053	0,037
1,1	0,169	0,104	0,041	0,045	0,021	0,020
1,2	0,146	0,074	0,032	0,027	0,016	0,008
1,3	0,122	0,062	0,033	0,036	0,017	0,021
1,4	0,105	0,082	0,042	0,043	0,027	0,027
1,5	0,092	0,092	0,070	0,044	0,036	0,028
1,6	0,110	0,094	0,093	0,040	0,031	0,029
1,7	0,150	0,101	0,096	0,035	0,017	0,028
1,8	0,164	0,098	0,093	0,044	0,011	0,033
1,9	0,163	0,112	0,083	0,049	0,016	0,039
2,0	0,154	0,116	0,070	0,045	0,027	0,038
2,1	0,128	0,116	0,065	0,041	0,036	0,039
2,2	0,095	0,102	0,064	0,038	0,036	0,038
2,3	0,063	0,079	0,057	0,038	0,031	0,028
2,4	0,041	0,051	0,043	0,034	0,025	0,018
2,5	0,037	0,024	0,024	0,022	0,016	0,009
2,6	0,046	0,015	0,015	0,010	0,012	0,013

Таблица 3

H = 8,5 м Значения коэффициента Fi
X, м K, 1/м	10	15	20	25	30	35
0,4	0,079	0,092	0,072	0,080	0,084	0,072
0,5	0,114	0,086	0,103	0,110	0,090	0,074
0,6	0,131	0,141	0,137	0,113	0,078	0,061
0,7	0,137	0,143	0,134	0,099	0,062	0,057
0,8	0,173	0,167	0,126	0,079	0,057	0,054
0,9	0,179	0,151	0,096	0,058	0,052	0,039
1,0	0,180	0,126	0,062	0,052	0,036	0,026
1,1	0,171	0,084	0,046	0,051	0,021	0,028
1,2	0,150	0,052	0,054	0,046	0,025	0,032
1,3	0,128	0,060	0,060	0,048	0,031	0,032
1,4	0,113	0,085	0,059	0,054	0,030	0,032
1,5	0,112	0,093	0,066	0,053	0,038	0,030
1,6	0,121	0,085	0,053	0,046	0,054	0,025
1,7	0,128	0,069	0,096	0,051	0,060	0,039
1,8	0,128	0,063	0,094	0,073	0,052	0,056
1,9	0,122	0,075	0,080	0,089	0,052	0,058
2,0	0,109	0,086	0,068	0,086	0,064	0,050
2,1	0,095	0,084	0,067	0,070	0,067	0,051
2,2	0,080	0,069	0,071	0,057	0,056	0,050
2,3	0,066	0,045	0,064	0,053	0,043	0,039
2,4	0,052	0,024	0,045	0,045	0,036	0,029
2,5	0,042	0,023	0,024	0,025	0,023	0,021
2,6	0,035	0,027	0,018	0,011	0,010	0,012

Таблица 4

H = 14,5 м Значения коэффициента Fi
X, м K, 1/м	10	15	20	25	30	35
0,4	0,072	0,066	0,069	0,064	0,071	0,061
0,5	0,089	0,092	0,089	0,089	0,080	0,064
0,6	0,105	0,112	0,107	0,089	0,069	0,057
0,7	0,126	0,125	0,099	0,067	0,064	0,070
0,8	0,137	0,119	0,074	0,066	0,091	0,085
0,9	0,143	0,106	0,069	0,101	0,110	0,073
1,0	0,142	0,099	0,100	0,123	0,094	0,049
1,1	0,139	0,109	0,125	0,109	0,055	0,047
1,2	0,137	0,125	0,121	0,067	0,038	0,045
1,3	0,136	0,130	0,092	0,041	0,050	0,037
1,4	0,136	0,122	0,069	0,061	0,052	0,046
1,5	0,135	0,109	0,077	0,065	0,059	0,043
1,6	0,134	0,101	0,088	0,055	0,066	0,035
1,7	0,132	0,098	0,082	0,062	0,055	0,061
1,8	0,126	0,094	0,063	0,077	0,043	0,073
1,9	0,113	0,089	0,053	0,073	0,060	0,057
2,0	0,095	0,083	0,055	0,052	0,071	0,048
2,1	0,073	0,076	0,055	0,036	0,058	0,059
2,2	0,054	0,065	0,049	0,039	0,038	0,053
2,3	0,043	0,048	0,045	0,036	0,033	0,038
2,4	0,036	0,033	0,042	0,021	0,028	0,033
2,5	0,034	0,033	0,036	0,008	0,015	0,024
2,6	0,035	0,042	0,028	0,013	0,018	0,011

3. Пример расчета

Исходные данные:

тоннель с погонной массой Мт = 20 т/м;

глубина заложения центра обделки 5,5 м;

расстояние от оси тоннеля до здания 25 м;

скорость распространения продольной волны в грунте C1 = 350 м/с;

скорость распространения поперечной волны в грунте C2 = 200 м/с;

плотность грунта R = 1,8 т/м3.

Порядок расчета:

Вычисляем значения параметров Wi, Ki, Si:

Wl = 157,1, W2 = 197,9, W3 = 251,3;

Kl = 0,785, K2 = 0,99, K3 = 1,256;

S1 = 1,023, S2 = 0,687, S3 = 0,446.

Подставляя в формулу для коэффициентов Ai найденные параметры, получаем:

A1 = 3,544, A2 = 4,621, A3 = 5,563.

По таблице 2 настоящего приложения для H = 5,5 м и X = 25 м находим значения коэффициентов Fi для соответствующих значений Ki:

F1 = 0,100, F2 = 0,060, F3 = 0,032.

Вычисляем среднеквадратичные значения вибросмещения:

U1 = 0,30 мкм, U2 = 0,18 мкм, U3 = 0,083 мкм.

4. Оценка эффективности экранирующих стен в грунте

Расчет эффективности экранирующих стен в грунте проводится по формуле

Di = 20lg(Ki/\overline{K}i) ,

где Ki, \overline{K}i — коэффициенты передачи колебаний от тоннельной обделки на поверхность грунта с учетом и без учета экранирующей стены соответственно.

Указания по определению коэффициентов Ki даны в п. 1 настоящего приложения.

В процессе вариантного расчета из условий достаточной эффективности экранирующей стены подбираются ее оптимальные размеры, тип виброзащитного материала и место положения экрана относительно тоннеля и защищаемого здания.

Динамические характеристики виброзащитного материала определяются исходя из опытных данных.

Приложение 4

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО ВИБРОЗАЩИТНЫМ УСТРОЙСТВАМ

1. Виброзащитные конструкции обделок

1.1. Рекомендуется применение виброзащитных обделок тоннелей с плитами жесткости (рис. 1), несущими конструкциями которых являются типовая сборная железобетонная обделка или обделка из цельносекционных элементов (ЦСО).

Конструкция тоннельной обделки с плитами жесткости

б)

Рис. 1

гидроизоляция; 7 — омоноличенный стык

Виброзащитная обделка с плитами жесткости представляет собой сборную конструкцию, под лотковой частью и на перекрытии которой установлены железобетонные плиты, объединяющие сборные элементы или секции обделки в продольном направлении. Объединение секций обделки осуществляется с помощью арматурных выпусков из стали периодического профиля, которые закладываются в стыки между секциями обделки и свариваются с арматурной сеткой плиты жесткости. При этом стыки между стеновыми блоками обделки и блоками перекрытия омоноличиваются, а наружная оклеечная гидроизоляция охватывает обделку вместе с плитами жесткости.

1.2. Применение обделок с дополнительным бетоном утяжеления, так называемых «утяжеленных» обделок, в которых дополнительный бетон играет роль пригруза, нецелесообразно в связи с худшими технико-экономическими показателями по сравнению с обделками с плитами жесткости.

1.3. Использование плит жесткости в качестве виброзащитного устройства возможно и для двухпутных станционных и тупиковых тоннелей, а также в обделках совмещенных тяговых подстанций и вентсбоек, сооружаемых открытым способом работ.

Устройство плит жесткости в этих случаях должно отвечать требованиям п. 1.1 настоящего приложения.

В двухпутных тоннелях плиты жесткости должны укладываться на всю ширину тоннеля.

1.4. Высота сечений плит жесткости h принимается в пределах 0,25 — 0,75 м. Конкретно величина h подбирается по расчету согласно разделу 4 настоящих Норм.

Применение обделок только с верхними или нижними плитами жесткости нецелесообразно, так как снижение уровня вибраций для них составляет величину порядка 2 — 4 дБ.

2. Виброзащитные конструкции пути

2.1. В качестве виброзащитной конструкции рельсового скрепления рекомендуется конструкция, в которой амортизирующими элементами являются подрельсовые и нашпальные прокладки, представляющие собой тонкие рифленые резиновые пластины. Одна из возможных форм прокладок приведена на рис. 2.

Амортизирующие прокладки в рельсовом скреплении

б)

Рис. 2

а)прокладка под рельс; б) нашпальная прокладка

2.2. Виброзащитные конструкции, используемые в основании пути, выполняются в виде продольных железобетонных лежней, рам или балластных корыт, устанавливаемых на лотковую часть обделки через амортизаторы. Принципиальные конструктивные схемы этих устройств приведены на рис. 3, 4.

(по а. с. № 1019041 и № 1142564)

в)

Рис. 3

5 — боковая прокладка; 6 — железобетонный лежень

Конструкции балластных корыт на амортизаторах

в)

Рис. 4

3, 4 — амортизаторы; 5 — упругая подвеска

Амортизаторы, устанавливаемые под балластные корыта, выполняются в виде эластомерных пластин и являются основным вибропоглощающим элементом в указанных виброзащитных конструкциях.

В качестве материала амортизатора как в рельсовом скреплении, так и в основании пути, используются резины марок ИРП-1347, 51-5010, БН-3, БН-4, РП-101 (ТУ 38-105-10/82-86) и др. Конкретно подбор материала амортизатора осуществляется на основании расчетов, экспериментальных и опытных данных.

Возможная конструкция амортизатора в основании пути показана на рис. 5.

Амортизатор под балластное корыто

Рис. 5

1 — резина; 2 — отверстия

3. Экранирующие устройства в грунте

Экранирующие устройства в грунте могут выполняться в виде траншей, заполненных виброизолирующим материалом, пустотных конструкций, погружаемых в траншею или иным способом опускаемых в грунт, пустотных щелей и др.

Принципиальная схема расположения экрана в грунте приведена на рис. 6.

Схема расположения экрана

Рис. 6

3 — защищаемое здание

Экранирующее устройство наряду с необходимыми виброзащитными свойствами, позволяющими снизить вибрации в защищаемом здании до допустимых величин, должно обеспечивать устойчивость грунтового массива и, в частности, стенок траншеи.

Не допускается насыщение водой виброизолирующего материала экрана, а также заполнение грунтовыми и сточными водами пустотной щели и пустотной конструкции экрана.

Оптимальные размеры экрана и его место расположения относительно тоннеля и защищаемого здания выбираются на основе расчетов и опытных данных.

---