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。     

三维交叠隧道列车运营对环境的振动影响

北京站至北京西站地下直径线宣武门地段交叉穿行地铁2号线及4号线宣武门车站,以此复杂的空间三线交叠隧道为背景,对列车振动荷载下的动力响应进行研究.通过荷载数定法和解析公式法,分别计算既有地铁列车和直径线铁路列车的振动荷载曲线,并作为激励源作用于所建立的宣武门地段的动力有限元模型上,进行三维动力有限元数值模拟,通过有效地选取拾振点和振动参量,对其动力响应的特点及振动传播规律进行分析研究.结果表明,北京地下直径线宣武门地段的开通运营会增加邻近地铁结构的振动响应和附加动应力,对结构耐久性和正常使用有一定影响;地面点产生的振动速度较小,不会对地面结构造成损坏;地面点的垂向振级超过规范标准;考虑此地段振源复杂、结构重要,建议采取较高减振措施,不需特殊减振;动力响应随着离开振源的距离不同而呈有规律的变化,且在离开振源水平向一定距离内存在振动放大区.     

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。     

更换减振扣件前后地铁运营引起地面振动的研究

选择北京地铁5号线宋家庄—刘家窑区段,在更换减振扣件前后2次测试地铁正常运营引起的地面水平及垂向振动加速度,对其进行频谱分析;建立轨道—隧道—土层的三维有限元模型,利用实测数据,研究垂直于地铁线路方向不同距离的振动加速度响应规律。结果表明:地铁线路位于曲线段时,地面水平与垂向振动加速度峰值和有效值基本相等;在安装DTⅥ2扣件的轨道地段,地铁列车运营引起的地面主要振动频率为40～80 Hz,在安装Vanguard扣件的轨道地段为20～40 Hz,说明Vanguard扣件有较突出的减振效果;随着距地铁隧道中心线距离的增加,地面振动加速度响应表现出衰减的趋势,在离开隧道轴线一定距离处,存在地面振动加速度放大区,水平和垂向振动加速度放大区的位置有所不同。     

高速铁路路堑段地面振动试验研究及数值分析

为研究高速铁路路堑在高速列车荷载下的地面垂向振动随距离传播规律,对宝兰高铁路堑段地面垂向振动进行现场试验,对现场试验的数据从时域和频域两个方面进行分析揭示地面垂向振动加速度响应特征。结果表明,路堑垂向振动加速度在距离线路中心线12.5～40 m总体呈衰减趋势,靠近线路中心线处12.5～20 m处垂向振动加速度衰减较快,较远处20～40 m处衰减速度较慢。地面垂向振动加速度在各测点处由60 Hz及100 Hz附近的频率成分主导,随着距离的增大,110 Hz左右的高频成分衰减很快,到了距线路中心线20～40 m,振动加速度在60 Hz左右的频率成分占优。依据现场工况,建立了列车-轨道-路堑-地基数值分析模型,并通过数值试验的方法,设置不同的场地速度特性,分析不同场地条件对路堑振动响应的影响。数值分析表明,场地速度特性(覆盖层与下卧层模量比、覆盖层厚度)是影响地面振动剧烈程度的重要因素,地基覆盖层与下卧层模量比越大,地面振动越强烈,模量比一定,覆盖层厚度越小,地面振动越大。     

我国地铁环境振动现状及控制措施

通过对我国北京、上海、广州等城市既有地铁线路两侧环境振动实测结果及理论分析，得到：我国地铁隧道壁处的垂向Z振级为75～110dB；距离隧道中心线10～50m范围内，振动水平可达到GB10070—1988《城市区域环境振动标准》中居住区域标准限值的要求；同时给出我国地铁既有振动控制措施效果比较，其中浮置板道床减振效果最佳，其次为轨道减振器，各种弹性扣件也有一定减振效果。     

隧道内列车振动对近接建筑物的影响分析北大核心

针对运营列车通过隧道时引起近接建筑物地面振动进行了现场测试,并对测试数据进行了功率谱、Z振级及1/3倍频程分析。在此基础上,利用有限元软件建立了围岩-隧道-轨道结构振动模型,对运营列车引起的建筑物振动进行了计算分析。结合实测与计算结果,对近接建筑物的振动特性进行了评价。结果表明:列车以速度300 km/h通过隧道时,地面振动功率谱主频白天集中在33.0 Hz左右,夜间集中在42.7 Hz左右,夜间的主频比白天大;地面各测点处Z振级的总体趋势是先波动式上升,再平缓波动,后逐渐波动式下降,地面Z振级主要集中在20~80 dB;1/3倍频程分频最大振级白天位于48.4~60.8 dB,夜间位于47.4~59.4 dB;列车通过隧道时基础处振动速度峰值整体呈波浪形分布,引起的地面振动速度小于0.045 mm/s,小于规范限值要求,对建筑物基础以及人体舒适度的影响较小;在缺乏大量实测结果的条件下,结合小样本实测结果,采用有限元计算结果进行振动响应评价具有一定的可行性。     

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。     

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。     

地铁列车运行诱发地面振动的三维数值分析北大核心

以南昌地铁一号线旁穿建筑物南昌二中宿舍楼所在土层为研究条件,采用有限元软件ANSYS建立了轨道—轨道板—隧道—大地有限元模型。通过多体动力学软件SIMPACK的Wheel/Rail(轮轨)模块获取轮轨作用力,将轮轨作用力施加到有限元模型上求解并作瞬态分析。从时域、频域和Z振级的角度分析了隧道埋深、行车速度、场地土层特征、上行线和下行线隧道净距等因素对地面敏感点振动的影响规律。分析结果表明:增大隧道埋深、降低列车行驶速度可以有效减缓地面振动;土的弹性模量对地面振动有影响,随着土层弹性模量的增大,地面敏感点的振动响应先增大后减小;增大双线隧道的净间距是控制地面振动的措施之一。     

地铁列车引起合建建筑振动特性的试验研究

采用现场试验的方法,从时域和频域角度分析了地铁列车通过时引起的与地铁合建建筑结构环境振动特性。研究结果表明:在地铁列车荷载作用下,合建建筑结构的振动幅值随距振源距离的增大而减小,横向振动响应幅值约为垂向振动响应幅值的0.8倍;合建建筑上部结构的振动频率分布特性基本上与地铁线路结构一致,主要集中在20~80 Hz;合建建筑结构横向环境振动水平虽总体上较垂向环境振动水平要小,但两者处于同一水平,甚至在部分频率范围内要比垂向环境振动水平还要高,横向环境振动对人们工作和生活的干扰不能忽视。     

宝兰客专路堤段地面振动特性 试验研究与数值分析

基于高速列车动荷载激励引起的无砟轨道-路基-黄土地基体系的地面振动问题,对宝兰客专DK993+110处路堤区段地面振动进行试验研究和数值分析。对试验数据从时域和频域2个方面进行分析,研究不同车型的动荷载引起地面垂向振动加速度在黄土地基中的衰减规律,研究结果表明;在距离线路中心线10～24m衰减较快,随着距离增大,距离线路中心线24～42m衰减速度趋于平缓,且在30～42m处各型车引起地面振动均出现了振动反弹增大现象。建立车辆-轨道-地基系统模型,研究列车动荷载作用下的地面响应,发现与实测结果吻合良好,验证模型的合理性与计算的正确性,依据不同场地速度结构,通过改变地基介质模量比和覆盖层厚度的方式,分析地基介质模量比和覆盖层厚度对振动反弹增大的影响。分析车速对地面振动的影响,发现地面振动随车速增大呈增大趋势,且不同车速列车引起振动反弹区域也有一定差异。按《城市区域环境振动标准》评价该处地面振动Z振级,回归分析得出各型车引起Z振级符合对数衰减规律,但在振动反弹区30～42m处拟合效果较差,表明拟合公式适用范围应当限定在10～30 m之间。     

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。     

地铁列车振动荷载作用下近接隧道动力响应分析

地铁列车振动引起的动力响应是地铁营运期间的重点问题。为研究地铁列车振动荷载作用下近接隧道的动力响应,依托工程实例,以激振力函数法模拟列车振动荷载,利用FLAC3D软件建立隧道及周围土体三维数值模型,对近接隧道结构不同位置的振动加速度、应力、位移响应进行模拟分析。结果表明：(1)隧道底板的加速度响应大于顶板,左侧壁、中板和右侧壁,中部位置的测点加速度峰值最大;(2)隧道左侧壁和右侧壁上测点距底板距离越大,应力响应越小,而中板上测点的应力响应基本不随距离变化;(3)隧道底板上各测点竖向动位移均随时间不断增大,并且大致可分为3个阶段,随着底板上测点与地铁隧道的距离增加,其竖向动位移量呈线性减小。     

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。     

西安地铁2号线永宁门区段列车运行振动对其上部文物影响实测分析

在西安地铁2号线永宁门区段进行振动监测。通过振动实测结果,分析地铁列车单独运行时在不同运行速度工况下的地铁隧道、永宁门城墙、永宁门城楼的振动响应。结果表明:与普通轨道相比,钢弹簧浮置板道床的隧道壁水平向振动加速度幅值能减小45.1%,隧道壁垂直向振动加速度幅值能减小29.2%;永宁门城墙水平向、垂直向最大振动速度均为0.035 mm/s,永宁门城楼水平向、垂直向最大振动速度分别为0.083 mm/s和0.047 mm/s,均满足相关标准限值和国家文物局的建议值要求;地铁列车运行速度变化对其上部文物振动速度有一定的影响,但影响较小。     

多等级减振预制道床减振效果 及振动位移研究

为了研究不同等级复合减振预制道床的减振效果,以青岛新建地铁 4 号线张彭区间隧道段为研究对象, 测试 70 km/h 的速度下高、中等级复合减振垫预制道床轨道和普通道床轨道的振动及位移响应,通过引入铅锤 Z 振级分频振级均方根值及 Z 振级传递损失进行综合评价,分别在时域和频域内对 2 种减振等级的复合减振垫预制 道床轨道和普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明：①3 种不同减振类型道床轨道的隧道壁分频振级 均在 50～80 Hz 处达到最大,高等、中等减振道床与普通道床相比较,其减振效果(分频振级均方根差值平均值) 分别为 13.9 dB 和 8.5 dB;道床与隧道壁之间的 Z 振级传递损失值分别为 45.8 dB 和 35.1 dB;②高等、中等减振 道床以及普通道床在实际运营过车时,道床垂向位移分别为 2.298、0.265 和 0.058 mm,道床横向位移分别为 0.058、 0.025 和 0.019 mm。多等级减振通用预制道床对 20 Hz 以上振动减振效果明显,同时可根据不同需求自由选择和 更换减振等级,对减振通用预制道床的发展具有一定的指导意义。     

区间地铁列车振动的地面响应测试分析

为研究地铁列车引起的地面振动的规律，选择在北京地铁东单一建国门区间，采用高灵敏度加速度传感器和24位动态信号采集记录系统，测试正常运营的地铁及地面交通造成的地面垂向振动加速度。采用汉宁窗和线性平均技术，将95次测试记录共354个时程信号转换为频域内的1／3倍频程频谱；按照地铁的车型进行平均化处理，得到地铁G型车和S型车的1／3倍频程谱均值。分析结果表明，影响地铁列车引起的地面振动规律的因素主要有距离和背景振动。地面振动存在1个“交汇频率”，在小于“交汇频率”的范围内，地铁列车引起的地面振动主要受背景振动制约，而距离的影响很微弱；在大于“交汇频率”的范围内，地铁列车引起的地面振动主要受距离的影响，但背景振动的作用仅次于距离。地铁与地面车辆引起的地面振动的叠加，使在1～30Hz频率段内的地面振动响应增大。     

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。     

高速铁路和地铁近距离平行隧道动力响应分析

针对目前国内存在的高速铁路与地铁近距离平行隧道工程,采用拟合的列车振动荷载,通过在轮轨上施加实测振动荷载,同时对列车施加速度场的方式,分析了在高铁列车单独行驶、高铁列车和地铁列车同向行驶及相向行驶3种工况下平行隧道衬砌拱腰、拱脚及道床中心的动力响应特性及其相互关系。结果表明:在列车行驶过程中,列车距离监测点越近,其振动效应越强;在同一横截面上,高速铁路隧道道床中心的动力响应最大,拱脚次之,拱腰最小;高速铁路隧道衬砌动力响应在高铁列车单独行驶时最小,高铁列车与地铁列车同向行驶时次之,高铁列车与地铁列车相向行驶时最大。