列车引起环境振动预测方法与不确定性研究进展

系统总结了列车运行引起环境振动的各类预测方法及其不确定性问题, 梳理了初步预测、确认预测和精准预测3个预测等级内各种方法和模型近10年来的发展状况; 讨论了模型输入参数的随机不确定性, 包括车辆之间差异、轮轨磨耗以及预测模型中输入地层参数等带来的不确定性; 根据新的测试结果分析了车轮和钢轨磨耗状态对地铁振动源强不确定性的影响。研究结果表明: 机器学习方法和地层传递函数解析法可用于初步预测阶段; 用于确认预测的各类数值和解析模型日益完善, 预测效率日益提高, 但考虑车轮和钢轨磨耗发展的轮轨激励输入方法仍有待进一步完善, 仍需进一步发展振动传递路径清晰且可用于工程预测的建筑结构动力学模型; 精准预测需要发展混合预测方法并研究其在地下线振动预测中的应用; 目前对预测结果精准性和预测方法可靠性的研究十分欠缺, 绝大多数预测只能给出定值结果, 无法考虑轮轨磨耗、养护管理水平和振动在地层中传播的不确定性; 建议进一步开发具有远程智能离线采样功能, 并可在建筑结构上长期便捷安装的小型振动采集装置, 以便与机器学习预测方法相结合, 从而适应未来智能化预测的发展要求; 建议发展能够描述钢轨短波磨耗状态等级和车轮不圆顺等级的粗糙度谱, 构建完整养护维修周期内环境振动动态预测模型; 应发展具有可靠性及精准度要求的智能化预测方法, 并在未来实现由定值预测向概率预测发展的根本性转变。      

北京地下直径线列车运行对既有地铁结构的振动影响研究

<正>北京地下直径线与既有地铁2号线南段平行运行,并近距离穿越地铁4号线宣武门站和5号线崇文门站。北京地下直径线隧道外壁与地铁2号线结构最近处仅1.45m,与地铁4号线宣武门站结构最近处仅4m,与地铁5号线崇文门站结构最近处仅2m。地铁2号线结构已使用近30年,     

城市轨道交通环境振动评价指标的计算与分析

衡量城市轨道交通引起的环境振动水平的指标是最大Z振级和分频最大振级。目前,关于评价指标的计算存在着诸多混淆,影响了评价指标的计算、评价结果,甚至进一步影响线路的规划及设计。通过详细计算重叠系数及计权因子对最大Z振级计算结果的影响,发现当重叠系数达到3/4时,最大Z振级计算结果基本稳定;采用ISO 2631—1:1997中的频率计权曲线更能综合考虑轨道交通引起的环境振动对人体健康、舒适性及工作效率的影响,建议修订《城市区域环境振动标准》(GB 10070—88)时采用此频率计权曲线。针对分频最大振级计算方法中的混淆问题,计算并分析线性平均、峰值保持等方法对计算结果的影响,为保证评价结果的可靠性,建议采用峰值保持法进行计算和评价。     

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。     

北京地下直径线运营对地铁2号线隧道结构振动影响控制标准的研究

为了评估从北京西站到北京站地下直径线建成运营后列车振动对北京地铁2号线隧道结构产生的影响,结合工程实际,从理论上分析了在列车运行引起的随机振动作用下,地下隧道钢筋混凝土结构产生疲劳破坏的机理,综合考虑了地下环境对地铁隧道结构产生的影响,并参照国内外相关控制标准,得到在地下直径线正常运营情况下,北京地铁2号线隧道结构安全及正常使用的振动控制标准.     

盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站技术的结构方案初步研究

盾构法以其安全快速可靠等优点在我国的城市地铁建设中得到了广泛应用.但是由于区间盾构施工和车站施工在速度和组织上的矛盾没有得到很好的解决,也就是盾构过站的问题没有得到很好的解决,使得盾构法施工速度快的优势得不到发挥,同时可能带来较大工期风险.结合国内目前的技术和经济水平,提出一种新的盾构过站问题的解决方案,即盾构先行贯通全线大部分车站行车隧道,再结合明挖法或浅埋暗挖法在适当的时机拓展建造地铁车站.文章以北京地铁四号线角门北路站作为目标车站,对该方案进行了结构设计方面的研究,结果表明:该方案对于提高地铁建设质量、加快地铁建设速度、降低地铁工程造价具有很大的优越性和现实意义.     

基于地铁列车运行引起的振动预测模型的浮置板轨道减振效果研究

针对地铁列车运行引起的隧道及土层振动响应问题提出数值预测模型。该模型根据移动荷载作用下动力响应解,将地铁列车运行引起的振动问题归结为计算频率-波数域内传递函数和频域内移动轴荷载问题。传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合模型计算,移动轴荷载主要考虑为频域内轨道不平顺激励下轮轨接触力。利用上述模型计算北京地铁4号线北京大学东门站北侧区间地铁列车运行引起的振动响应,并结合现场振动实测数据探讨该区间浮置板轨道减振效果。结果表明:模型具有良好适用性,可应用于地铁列车运行引起的振动预测;浮置板轨道是一种有效减振措施,在其工作频段内有明显减振效果,但在低频,浮置板轨道不能起到减振作用。     

地铁列车曲线运行振动源强特性分析

城市轨道交通线路的一个重要特征是曲线占比高,当列车通过曲线轨道时,其特殊的振动源强特性产生了与直线轨道不同的环境振动影响,以往计算与评估并未对此做出严谨的考虑,从而带来了较大的评估误差。作为轨道交通环境振动与二次噪声评估的一个重要因素,地铁列车曲线运行产生的振动源强,至今为止尚未研究清楚。为了填补这一空白,本文基于轮轨跟随模式,采用频域解析方法,建立了曲线轨道-车辆动力耦合解析模型,系统深入地研究了地铁曲线轨道源强支反力的振动强度、方向以及频域响应特性,研究了曲线行车时车-轨关键参数与振动源强的因果关系。这将提高曲线轨道振动影响预测的准确性,满足城市轨道交通环境振动影响预测与评估的实际需要。     

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。     

移动荷载作用下周期支撑轨道结构振动研究

视轨道结构为轨枕(或扣件)周期支撑的无限长周期结构,利用匀速移动谐振荷载作用下周期结构在频域内响应的性质和叠加原理,将求解匀速移动荷载作用下轨道结构振动响应问题的关键转化到在频域内解1个8元一次方程组。运用给出的解析方法对移动荷载作用下轨道结构的振动研究表明:在中低速单个移动谐振荷载作用下,钢轨位移频谱的峰值出现在荷载频率附近,且随着荷载速度的增加,频谱峰值变小,峰值位置向轨道固有频率靠近;力群的叠加使钢轨位移的频谱分布加宽;随着移动速度的增加,列车轴荷载下钢轨的位移频谱向高频移动;轨道结构有多个临界速度,提高基础的刚度,可以提高轨道的最小临界速度;基础阻尼能明显减缓轨道结构的强振动。