地铁列车激励下岩石场地振动传递特性测试分

为分析地铁列车运行引起岩石场地振动传递特性,选取青岛某地铁线路区间,对正常运营的地铁引起隧道及地面垂向振动进行同步测试分析.结果表明:1)隧道与地面振动主要集中在50～200 Hz,隧道200 Hz处的振动最为显著,地面60～80 Hz的振动最为显著.地面距离隧道中心线90 m范围内,振动呈波动衰减,在距离隧道中心线30 m与75 m处,存在2个振动放大区,相对于其前一测点,均在8～25 Hz与60～80 Hz频段有所放大;2)隧道壁至地面振动传递损失曲线均近似呈V型分布,高频段振动传递损失较低频段大,传递损失基本在20～25 Hz附近最小,大部分测点在此频段传递损失出现负值,说明此频段附近振动加速度从隧道壁传递至地面有放大现象;3)地铁列车运行引起青岛岩石场地振动传递特性与其他场地类别相比有相似性也有差异性,测试结果可为青岛地铁后期线路规划对地面环境振动影响提供参考.     

地铁列车激励下岩石场地振动传递特性测试分析

为分析地铁列车运行引起岩石场地振动传递特性,选取青岛某地铁线路区间,对正常运营的地铁引起隧道及地面垂向振动进行同步测试分析。结果表明:1)隧道与地面振动主要集中在50~200 Hz,隧道200 Hz处的振动最为显著,地面60~80 Hz的振动最为显著。地面距离隧道中心线90 m范围内,振动呈波动衰减,在距离隧道中心线30 m与75 m处,存在2个振动放大区,相对于其前一测点,均在8~25 Hz与60~80 Hz频段有所放大;2)隧道壁至地面振动传递损失曲线均近似呈V型分布,高频段振动传递损失较低频段大,传递损失基本在20~25 Hz附近最小,大部分测点在此频段传递损失出现负值,说明此频段附近振动加速度从隧道壁传递至地面有放大现象;3)地铁列车运行引起青岛岩石场地振动传递特性与其他场地类别相比有相似性也有差异性,测试结果可为青岛地铁后期线路规划对地面环境振动影响提供参考。     

地铁运营引起的环境低频振动传播特征试验研究

为了分析地铁运营造成的环境低频(<20 Hz)振动,进行试验室低频振动试验研究。通过试验获得离散频率(5~16 Hz)简谐荷载下隧道内、地表和建筑物内的振动加速度信号,并对其进行预处理和归一化处理,从时程与频谱、加速度级和传递函数3个方面,分析低频振动在隧道结构、地表和建筑物内的传播特征。结果表明:隧道结构低频振动表现为整体振动,地表低频振动以竖向为主,而建筑物内的低频振动以水平方向为主;地表竖向低频振动随着距轨道水平距离的增加而衰减较快,水平低频振动在距轨道0~40 m范围内出现放大,40 m之外衰减较缓;建筑物内的水平低频振动,在10 Hz以下随着楼层的升高而增大,而在10~16 Hz时随着楼层的升高而减小;隧道基底到地表的竖向传递函数值随着距轨道水平距离的增加而逐渐减小,但随频率变化不大,在5~16 Hz范围内的传递函数值为0~0.5。     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。     

地铁列车运行引起环境振动响应的人工单点列脉冲激励预测方法

为了在频域内精确预测地铁列车运行引起的环境振动响应,研究提出基于实测振动传递特性的人工单点列脉冲激励预测方法。应用人工单点列脉冲激励获得传播系统的振动传递特性,采用振动传递转换公式将其转化为地铁列车运行时的振动传递特性;结合已建立的实测振源数据库,预测地铁列车运行引起的环境振动响应。以地铁15号线望京站—望京东站区间的地表振动预测为例,采用该方法、数值模拟方法和链式衰减预测法分别预测该区间地表预测点处的振动响应,并与实测结果进行对比。结果表明:采用该方法可以得到受振目标测点的频谱、1/3倍频程谱、Z振级等指标,并可实现多点同步、精确的振动响应预测;与其他2种预测方法相比,该方法具有预测精确度高、预测频带宽、受振目标针对性强等特点,适用于地铁隧道修建前后对重点受振目标的频域内精确预测。     

地铁出入段线类矩形盾构隧道振动传递特性测试分析

以宁波地铁3号线一期工程出入段线类矩形盾构隧道为研究对象,在隧道内与地面布置加速度传感器进行同步测试分析,测试分为一列列车运行与两列列车同向并行运行两种行车工况。结果表明:两列列车同向并行运行工况与一列列车运行工况相比,同一测点振动加速度有效值明显增大;各测点振动加速度级在绝大部分频段均有增大,且在4 Hz处增大最显著;两种行车工况下,过车引起的振动由隧道壁向地面各测点传播过程中,呈波动衰减趋势,高频段振动传递损失较低频段大,大部分测点在5 Hz以内频段传递损失均出现负值,说明此频段附近振动加速度从隧道壁传递至地面有放大现象;两列列车同向并行运行工况对环境振动评价影响较大,在线路设计时,建议考虑列车会车对环境振动的影响。     

基于脉冲试验的地铁环境振动响应传递函数预测方法研究

地铁运营引起的建筑物内振动,若对其不加防护,将影响人们的生活和工作,干扰精密仪器的正常运行,造成古建筑物的损伤;准确地预测地铁运营引起的环境振动,是解决这一问题的关键.因此,依托国家自然科学基金资助项目(51008017,50848046,50538010),采用理论分析、实验室试验、有限元仿真和现场测试相结合的方法,研究地铁运营引起的振动传递问题,并提出基于脉冲传递函数法的地铁运营引起建筑物内振动预测方法.论文主要研究内容和成果如下.     

基于传递函数标定法的异型盾构隧道地铁列车运行振动分析

基于某城市地铁的异型盾构隧道,采用实际场地传递函数标定数值模型的方法,对异型盾构隧道地铁振动问题进行了研究.研究结果表明:异型盾构隧道埋深增加量与Z振级衰减量不是线性关系;单从地铁环境振动控制角度而言,存在1个最佳经济埋深,本算例的最佳经济埋深为15～20 m;地铁列车运行引起的80 Hz以上频段的振动衰减非常快,传至地面时振动峰值频率为63 Hz;若采用钢弹簧浮置板进行隔振,隧道正上方地面位置Z计权总振级可以减小14.6 dB.     

基于现场测试的曲线段地铁地面振动传播规律

在地铁区间为小半径曲线、地面无干扰振源并可以布置高密度测点的珍贵测试条件下,采用高灵敏度数据采集与分析系统,对北京地铁某曲线段进行地面振动测试。根据测试数据,研究地铁列车通过曲线段时引起地面振动加速度的时域和频域内传播规律。结果表明:在距离隧道中心线100m范围之内,地铁运营引起地面振动加速度的时程峰值主要在10-2 m·s-2量级,远大于背景振动下的10-4 m·s-2量级;在距离隧道中心线50m范围之内,水平振动强度是竖向振动强度的2～4倍,建议在涉及曲线段地铁的环评中应同时考虑竖向振动和水平振动的影响;水平振动加速度的主要频率成分为30～120Hz,建议在关于曲线段地铁的试验、测试和模拟中应选取较宽的频率分析范围;地面振动加速度频谱幅值随着与隧道中心线间距离的增加而呈波动性衰减。     

地铁车型对钢弹簧浮置板道床振动的影响

为了解不同地铁列车作用下钢弹簧浮置板道床的结构动力响应,分别选取隧道埋深、结构等条件类似的已运营地铁线路进行测试与分析。结果表明:相同列车速度下,A型车作用下钢弹簧浮置板道床的钢轨、道床和隧道壁振动加速度级均大于B型车,对邻近区域和建筑的振动和二次结构噪声影响更大,但在评价城市区域环境振动(人体承受建筑物内振动)时,计权后A型车与B型车Z振级较为接近;在A型车作用下,实测钢弹簧浮置板区段的钢轨、道床在1/3倍频程中心频率80~100 Hz和400~630 Hz存在峰值;隧道壁在1/3倍频程中心频率80~100 Hz和400 Hz附近存在峰值。     

缓和曲线段地铁运行引起地表振动的实测结果及其传播规律分析

对上海轨道交通9号线某区间缓和曲线段地铁运行引起的地表振动进行了现场测试,并对实测的地表振动加速度进行了时域、频域及1/3倍频程分析。结果表明:在缓和曲线段,地铁列车行驶引起的地表横向加速度有效值是竖向加速度有效值的0.9~3.1倍;地表加速度频率分布在30~120 Hz,其中最显著的频率为30~50 Hz;加速度振级随着与隧道中心线水平距离的增加呈减小趋势,且在距离隧道中心线5 m、30 m时出现放大区;地表土体振动加速度幅值、频谱峰值随着地铁列车速度增大基本呈增大趋势。     

城市轨道交通地下线振动环境影响分析

采用城市轨道交通环境影响评价中的振动预测方法,通过北京、上海、广州10条运营线路的环保验收调查报告和轨道减振性能测试评估报告提供的实测数据和预测结果进行对比分析,结果表明:在一定的车速、埋深及区段等工程条件下,若按交通干线两侧昼、夜间振动限值标准进行评价,地下线的环境振动影响范围约20 m。地下线的振动影响主要取决于线路的线型、埋深,尤其与敏感点的距离、运行速度关系较大。地铁隧道上方5 m以内的建筑,环境振动无明显变化;5～20 m振动级衰减比较明显。正线区间比车场线及出、入段线敏感点的振动级高4～6 dB;出段线比入段线敏感点的振动级高2 dB左右。建议根据振动影响范围,做好轨道交通及其沿线用地规划。地下线路应合理选线,尤其要避免下穿环境敏感建筑;沿线规划控制应预留振动防护距离,在防护范围内不宜新建敏感建筑;对特殊敏感区段,可以考虑在夜间时段采取限速的措施。     

黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的模拟研究

为探究黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的影响,为工程设计提供理论支持。利用ANSYS建立土体-隧道-道床平面有限元模型,分析在5～25 Hz频率荷载的作用下,整体道床和黏弹阻尼道床在隧道结构中的振动响应,并分析这两种道床下地表距离隧道中心线不同距离的振动加速度的衰减特性。结果表明:荷载频率小于10 Hz时,在地表距离隧道中心25 m左右,振动有明显的放大区域;荷载频率为10～20 Hz,振动加速度随道床阻尼层厚度降低,阻尼层越厚振动衰减越明显;随着黏弹阻尼道床阻尼层厚度增加,隧道衬砌底部振动加速度有效值依次降低,隧道壁竖直方向振动衰减更加明显,阻尼层每增加2 mm,振级降低1～4 d B。     

地铁隧道列车运行诱发环境二次振动初探

建立了车-线-隧道耦合动力学模型,输入实际的列车、轨道、隧道承力结构参数,获得地铁列车运行时的隧道承力结构动态激励。在此基础上,综合运用有限单元法和无限边界元法,建立了隧道-土体-建筑动力耦合模型,分析隧道周围土体及沿线建筑物的受振特性,探析地铁列车振动对环境的影响规律。结果表明:地铁列车运行引起周围环境的二次振动为低频振动,且主要为竖向振动和横向振动;列车通过时,地面竖向振动最大值出现在距离隧道中心线10 m处,竖向振动加速度除了在距离隧道中心线45 m点出现反弹外,其他各点的振动加速度幅值基本上都是随着距离的增加而逐渐减小;随着传播距离的增加,较高频率的振动成分幅值衰减较快。     

苏州轨道交通2号线轨道减振措施性能测试分析

在苏州轨道交通2号线隧道内采用III型轨道减振器扣件、中量级钢弹簧浮置板道床以及重型钢弹簧浮置板道床等3种减振措施的代表断面上,采用落锤法测量钢轨、轨枕、道床及隧道侧壁测点的振动时域信号,计算得到各断面上测点的传递函数,并评价分析了这3种减振措施的性能。选取对列车振动较敏感的轨道下穿居民小区路段进行地面振动测试,分析了地下列车运行对居民生活的振动影响。研究结果表明,苏州轨道交通所采取的大埋深及重型钢弹簧浮置板道床等减振措施是卓有成效的。     

地铁振动传播的峰值和频率特征分析

采用2种不同刚度的扣件,对地铁振动传播途径各主要部位进行了振动测试,获得了各部位相应的振动加速度时程数据。首先,统计了时域振动加速度峰值及其变化情况;然后,通过傅里叶变换计算了各部位振动的频谱,对比分析了振动在传播过程的频谱变化规律;最后,计算分析了地表Z振级变化。结果表明,扣件刚度在一定范围内变化,对60 Hz附近的振动峰值影响有限,隧道壁和地表的竖向及横向振动振级分别在650 Hz和340 Hz附近迅速下降,之后趋于平缓。使用刚度较小的扣件有利于减小地表竖向振动,但不利于减小地面横向振动。     

地铁隧道洞壁振动时频特性分析

源强的合理确定是地铁环境振动预测及振动控制措施设计的关键因素。采用已通车线路的实测数据作为源强取值的参考是常用做法,但鉴于地铁振动的随机特征及各种线路的差异性,实测源强的统计学结果更具参考价值。基于国内某地铁隧道洞壁多次连续过车加速度时程数据,得出了具有统计学意义的洞壁振动时频特性:振动峰值加速度均值约2.5 m/s^2,强振持时约5.8 s,平均最大Z振级为64.7 dB;洞壁振动主要集中在中高频段,但高频振动经土层传播后迅速衰减而对结构反应影响小。振动加速度反应谱均值、峰值加速度均值、持时均值及振动波形包络参数均可用于人工合成具有统计意义的源强振动加速度时程。     

轨道交通振动对建筑物影响程度的预测方法

既有的现场实测与数值模拟相结合预测方法,采用振动响应传递比描述室内外两点之间的振动变换,实现在不同频段上定量预测轨道交通振动对建筑物内人和精密仪器的影响。为将该方法用于预测建筑结构的振动响应,需要将1/3倍频程指标转化为速度峰值指标。指标转换方法是:利用能量守恒原理将1/3倍频程频域内的速度有效值转化为时域内的速度有效值;采用峰值因数将速度有效值转化为速度峰值,并建议在预测对普通建筑物、重点文物建筑的影响时峰值因数分别取4和5,在现场实测峰值因数样本大于9时,给出的指标转换方法不再适用。分析指标转换时的误差水平和使用条件可知,采用的指标转换方法是可行的。