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。     

扣件胶垫阻尼的频变性对地铁隧道环境振动的影响

以地铁隧道内常使用的DT VI2型扣件为研究对象,采用车辆—轨道垂向耦合随机振动频域分析模型与有限元谱分析模型组合求解法,研究扣件胶垫阻尼的频变性对地铁隧道环境振动的影响。结果表明:与常量的扣件胶垫阻尼相比,随频率变化的扣件胶垫阻尼对地铁隧道环境低频振动影响很小,但会增大其分频最大振级,同时还会降低其分频最大振级以上频带内的振动水平,并且随着频率的持续提高,振动级的下降幅度也会越来越大;尽管可以通过单纯降低胶垫阻尼系数提高地铁隧道环境振动频域的预测精度,但难以保证对各频段振级均有较高的预测精度,因此,如不考虑扣件胶垫阻尼的频变性,易低估地铁隧道环境振动的分频最大振级,同时会高估主频段以上的振动水平。     

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。     

地铁列车与道路车辆运行对环境的振动影响现场测试与分析

为评价地铁列车和道路车辆运行对环境的振动影响,选取北京地铁1号线东单站—建国门站普通无砟轨道区间以及4号线北京大学东门站—圆明园站浮置板轨道区间,在地表布置多个传感器,对地铁列车单独引起的振动、公交车单独引起的振动,以及两者叠加振动进行现场测试,对振动的Z振级和1/3倍频程谱进行分析。结果表明:无论采用非减振的普通无砟轨道还是浮置板轨道,在距离地铁隧道中心线一定范围内,公交车引起的振动对沿线居民影响要强于地铁列车;采用浮置板轨道,可降低地铁列车引起的10Hz以上的地表振动,尤其是4080Hz控制频段内的振动,可在一定程度上减小地铁列车对沿线居民的振动影响。可采用浮置板轨道来减小地铁列车振动对沿线精密仪器的影响,但采用浮置板轨道仍会使得现有环境振动有所增加,其增量是否会影响沿线精密仪器正常使用,需要根据仪器对环境振动的限值而定。     

地铁运行对建筑物及环境振动的影响

前海二单元五街坊项目受下穿地铁运行的振动作用,对建筑物振动及区域环境振动造成不利影响。通过现场振动实测,得到振源及地表的振动数据,利用实测数据验证"轨道-隧道-土层-建筑物"三维有限元模型。模型预测结果表明,3号楼、4号楼和5号楼的最大Z振级指标均满足标准要求;3号楼第3层和4号楼第2层分频最大振动超过标准限值,其余各楼层分频最大振级均满足标准要求。针对超标楼层,建议开展建筑隔振设计,降低振动响应。     

地铁列车引起的地面振动响应测试分析

在深圳地铁1号线附近一振动敏感区进行了地面垂向振动测试,分析了南北列车单独通过和双线列车同时通过三种工况下地面振动响应规律。结果表明：地铁列车单线通过时地面垂向振动响应总体上随距隧道中线水平距离增加呈波动性下降趋势,地面振动垂向分频最大振级在距隧道中线水平距离4.5 m处最大;南线列车单独通过引起的振动经过北线隧道时,隧道结构对其振动响应有一定影响;在距北线隧道中线水平距离10 m处,双线列车同时通过时地面振动垂向分频最大振级比北线列车单独通过时增大7.8%。评估地铁对邻近敏感建筑物的影响时,建议考虑双线列车同时通过时振动叠加所造成的影响。     

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.     

南昌地铁4号线列车运行对南昌西站站房结构的振动影响

对南昌西站综合交通枢纽进行模型仿真,从时域和频域的角度分析南昌地铁4号线对该站的振动影响。研究南昌地铁4号线在不同行驶速度、不同隧道埋深下的振动传播规律及频率分布特点。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,南昌西站的振动幅值随着振源距离增大而减小,在地面距离轨道中心线24~36 m、60~72 m的区域出现振动放大区。车站不同结构层的振动频率分布特性基本一致,主要集中在0~60 Hz范围内。车站结构横向环境振动水平比竖向环境振动小,竖向振动响应与横向、纵向的振动响应频域分布较为一致。车站结构关键点出现最大振级的频率随着结构高度的增大逐渐向低频移动。     

基于脉冲激励的地铁运营引起邻近建筑物内振动预测方法

根据振动系统传递特性,提出一种新的环境振动预测方法——实测脉冲传递函数预测方法。通过脉冲试验测得振源与邻近建筑物内测点的振动加速度,计算得到振动系统的振动响应传递函数;将实测的地铁运营振源的振动加速度代入传递函数公式,实现对建筑物内测点的振动加速度时程、频谱、1/3倍频程和z振级的预测。应用该方法预测隧道中心楼内测点振动加速度结果表明:隧道结构与隧道中心楼内测点振动加速度传递函数峰值频段为30～50Hz,隧道中心楼内振动加速度峰值频段为40～60Hz;土层和隧道中心楼基础结构对60Hz以上频段的振动具有很强的衰减作用,楼房基础结构有效地隔断了70Hz以上的高频振动。该方法可用于预测地铁运营引起的建筑物内振动。     

地铁列车及路面交通引起古建筑微振动预测研究

以西安地铁2、6号线交叉通过钟楼案例为背景,提出通过数值计算与现场测试相结合进行复杂交通环境下古建筑微振动响应的预测方法,并给出应用实例。通过现场测试获得路面交通振动响应及结构动力放大系数,充分利用地铁2号线已开通运行、地铁6号线尚未开工建设这一有利条件,对现况交通振动进行详细测试;同时建立三维动力有限元模型,并采用“振源输入-地表响应输出”两位校准法,验证预测模型的有效性;随后利用上述模型及预测方法,研究比较3种不同线路方案、5种列车运行工况下列车振动对钟楼振动的响应。研究结果从控制钟楼振动角度为地铁6号线建设的线路优化提供依据,研究方法可用于其他同类复杂交通环境下木结构振动响应的预测。     

北京地铁环境振动预测中源强选取的研究

地铁环境振动预测中源强位置的选取至关重要。通过对北京市铺设不同减振措施的地铁线路的实地测试分析,计算各测点一天内200多列车的振级并对其进行频次统计分析,比较各测点的振级波动范围。研究结果表明:在北京市地铁环境振动预测中选择隧道壁作为源强可以更好地反映实际振动情况,有助于提高环境振动预测精度;男外,提出一种剔除部分出现概率小且偏离均值较大的离散数值以缩小波动范围的方法,简单实用。     

类矩形盾构隧道与圆形盾构隧道振动特性对比分析

以宁波地铁3号线一期工程采用的类矩形盾构隧道为研究背景,分别建立类矩形盾构隧道和圆形隧道有限元模型,并对两种隧道结构的振动特性作了对比分析。研究结果表明:与圆形盾构管片相比,类矩形盾构管片自振频率更高,对控制管片结构与轮轨振动的共振更为有利;无论是道床中心、隧道壁还是线路正上方的地面位置,类矩形盾构隧道的振动水平均要小于圆形盾构隧道;当振动由隧道壁向地面传递时,圆形盾构隧道的振动衰减得更快;考虑地铁设计选线因素,在地面建筑敏感点位置,类矩形盾构隧道可以减少Z振级3～6 dB。类矩形盾构隧道在自身结构和线路规划等方面对地铁振动的控制均具有优势。     

地铁叠线隧道盾构掘进对地表沉降影响研究

研究目的:地铁叠线隧道由于掘进过程中上下线相互影响且大部分埋深较浅,其对地层的扰动相比常规隧道更为剧烈。本文以佛山地铁3号线某区间叠线隧道为工程背景,利用数值模拟软件建立有限元模型,研究叠线隧道掘进过程中横剖面上土体移动规律以及地表沉降规律,并探讨掘进面压力以及注浆压力对地表沉降的影响,从而为现场选择合理的地铁叠线隧道盾构掘进施工参数提供理论依据。研究结论:(1)叠线隧道掘进引起的地表沉降具有叠加效应;(2)上线隧道掘进时会引起下线隧道的上浮;(3)浆液处于软化阶段时,地表沉降会急剧增大,从注浆到浆液硬化,这一过程对地表沉降的贡献约40%;(4)增大盾构机掘进面压力以及注浆压力可以有效减小地表沉降,但当注浆压力大于200 k Pa时其作用不再明显;(5)本研究结论可为叠线隧道盾构施工时控制地表沉降提供理论指导。     

爆破施工新建地铁隧道与既有运营地铁的相互动力响应研究

以深圳新建地铁3号线下穿既有地铁4号线为工程背景,采用数值分析方法,对爆破施工新建地铁隧道与既有运营地铁的相互动力响应进行模拟分析.结果表明:在爆破振动作用下,既有地铁隧道二衬的最大拉应力、最大竖向位移和最大振速均位于仰拱中心处,仰拱、拱脚、边墙及拱顶位置处的最大竖向位移和最大振速依次减少;开挖进尺为1m时,仰拱中心振速超过了爆破安全控制标准,因此在施工中应对既有地铁隧道二衬的振速进行重点监测,为安全计,建议将开挖进尺设计为0.5m;既有地铁运营对新建地铁隧道产生的最大位移为0.22 mm,最大附加弯矩为750 N·rn,最大附加轴力为30 kN,说明既有地铁运营对新建地铁隧道的影响较小,在新建地铁隧道设计和施工时可以不予考虑.     

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。     

曲线地段地铁诱发的大地振动规律探讨

以南昌地铁1号线的某标段工程为研究背景,建立曲线地段的轨道—隧道—大地三维有限元模型,同时考虑竖向和水平向轮轨作用力的影响,计算得到了地铁列车通过曲线时诱发的环境振动。计算结果表明:当曲线的半径一定时,地铁在曲线地段运行引起的钢轨、隧道壁和地面振动响应均与列车行驶速度密切相关;曲线地段地面水平向振动加速度级要大于竖向,平均高出5 d B;水平向和竖向振动加速度级均表现出随着与隧道中心线间距离的增加而呈波动性衰减特性,频率越高振动加速度级衰减的速度越快;环境振动在衰减过程中都会出现放大区,竖向和水平向的振动放大区出现的位置有所不同,但振动放大区的主频差别不大。     

地铁交通引起地面振动的实测与分析

根据现场实测数据,对某地铁1号线沿线典型区段地铁引起的地面振动实况和振动特性及其传播规律等进行了分析研究。结果表明:地铁诱发地面振动的振级主要由测点到轨道中心的水平距离决定,并且在离开地铁隧道中心线一定距离范围内,存在一个振动放大区;地面振动存在一个主要的响应频带,在此范围内的建筑物若其自振周期处于这一频带,则会受到地铁交通的显著影响。此外,还对地面振动实测资料进行评价分析,为评估地铁运营诱发的环境振动与城市规划设计提供参考。     

减振扣件对地铁隧道-地表振动特性影响分析

研究目的:不同减振扣件对地铁隧道-地表环境振动的减振效果特性有所差异,列车运行引起的隧道和地表的振动在时域和频域上有较大区别,目前对减振扣件减振效果评价多采用不同断面进行对比分析,但其结果会受到隧道断面周围结构的影响。基于此,本文通过对普通扣件和减振扣件下列车运行引起的隧道结构及地表振动进行现场实测分析,并建立车辆-轨道-隧道-大地耦合动力分析数值模型,研究减振扣件对隧道结构-地表的减振效果。研究结论:(1)减振扣件能有效控制道床和隧道壁上的振动响应,当采用减振扣件后,道床上峰值变小且峰值出现频段向低频偏移,隧道壁上减振扣件在卓越频率范围内出现振动放大现象;(2)地面测点的振动加速度峰值和Z振级随距离振源的位置增加呈现出减小的趋势,但是在15~30 m范围内出现增大的现象,说明在该区域范围内出现振动放大的现象,但放大区间有所不同,应根据具体工程选择合适的扣件;(3)地面同一测点振动加速度峰值和Z振级呈现出W形的变化趋势,因此在进行地面振动控制时应充分考虑控制点所处位置,根据具体情况采用合理的控制措施;(4)本研究成果可为轨道交通中隧道和地表振动控制措施选择提供理论依据。     

基于有限元及灰色度分析的地铁隧道施工地表沉降预测研究

为保证地铁施工安全,提出基于有限元及灰色度分析的地铁隧道施工地表沉降预测方法。该方法使用 MADIS-GIS 有限元分析软件,构建隧道三维有限元模型,结合灰色度 GM(1,1)模型,对隧道施工中的地表沉降量进行预测,同时进行精度等级划分,从而获取高精度的预测结果。分析结果表明,该方法能够有效预测高速铁路隧道施工地表沉降,可为地铁隧道施工和运输安全提供保障。     

交叠线路地铁列车引起的环境振动分析

南昌地铁1、2号线交汇于八一广场,形成上下交叠地铁线路。由于交叠线路的列车同时运行的组合情况较多且引起的环境振动比单线大,因此有必要在交叠线路设计阶段对具体工程进行环境振动分析。通过建立包含4孔交叠隧道的轨道-隧道-大地三维有限元模型,分析列车荷载作用下大地的振动响应。研究结果表明:环境振动主要受埋深较浅的2号线影响;对2号线采取减振措施最为经济合理;交叠地铁线路列车同时运行时地面会出现多处振动加强区,均出现在线路交汇处和距线路中心40 m处附近。