地铁运营期环境振动预测与评价——以兰州地铁3号线为例

基于《环境影响评价技术导则城市轨道交通》(HJ 453-2008)附录C中的环境振动影响预测模型,以兰州市地铁3号线为例,对其运行过程中的环境振动进行了分析、预测与评价,根据评价结果,就兰州3号线运营后对新港城站至雁西路站的环境振动做出预测,并提出相应的减振措施。     

地铁运行振动规律及减振措施

通过对轨道和车辆结构的分析,对引起地铁运行振动的原因和振动的传播规律进行了系统地研究.在此基础上重点从振源、受振建筑物和振动传播途径3个方面提出了切实可行的减振避振措施.提出降低车辆簧下质量、采用非摩擦式制动的径向转向架、铺设重型无缝钢轨对降低轮轨间垂向力具有重要作用;铺设浮置板轨道、使用轨道弹性扣件、构筑隔振沟可以控制乃至阻断振动的传播途径;对地铁线路附近的建筑物需要进行减振隔振处理.     

地铁车辆段试车线列车振动影响的试验研究

国内很多城市的地铁车辆段正在规划和实施上盖物业开发,为了分析和评价地铁车辆段列车运行造成的环境振动影响,对广州地铁3号线厦滘车辆段试车线临近地面及建筑物振动进行了现场实测,在时域和频域内分析了振动的传播特性,并将实测结果与我国环境振动标准进行对比和分析.研究结果表明:当车辆段试车线列车正常运行时,临近地面竖向振动明显大于水平振动,实测的最大竖向振动加速度级为66.4~91.2 d B,竖向振动的响应频带为10~120 Hz,竖向振动峰值出现在25~40 Hz之间;试车线列车运行引起临近建筑物的最大振动加速度级为48.9~76.2 d B,振动沿结构物向上传播时,振动频率成分主要是5~60 Hz,楼板振动分频最大加速度级出现在20~25 Hz之间;在距离轨道0~30 m范围之内,地面振动与建筑物振动均已经超过相关国家振动标准,地铁车辆段上盖物业开发时在试车线临近区域采取减振设计措施控制环境振动影响十分必要.     

基于烦恼率模型的振动舒适度评价方法

阐述了振动舒适度的传统评价方法.采用人体对振动主观反应的模糊随机评价模型,建立了相应的模糊隶属度与概率分布形式,提出了基于烦恼率模型的振动舒适度评价方法.应用Matlab/Simulink软件建立了4自由度半车振动的仿真模型,得到了车身加速度在受到路面随机激励时的烦恼率模型.并且与传统的1/3倍频程分析对比法中的疲劳-效率降低界限进行比较,验证所提出的方法的正确性.基于烦恼率模型的振动舒适度评价方法,可以进一步对振动引起的不满人数进行定量评估.     

地铁运行振动对邻近民国建筑的影响

以南京地铁1号线某区段邻近民国建筑为研究对象,现场实测地铁运行通过时引起的地面振动加速度,分析振动响应在时域和频域内的传播规律,并以Z振级为评价指标,评估地铁运行振动对邻近民国建筑的影响。测试结果表明:地铁运行引起的地面振动以竖向为主,振动量随与地铁线路距离增大呈波浪式衰减,在近场区域某一距离处达到最大值,在远场区域逐渐衰减并趋于稳定;地铁运行引发的振动响应主要集中在50～80 Hz,且对应的分频振级衰减较快;地铁附近部分区域Z振级已超过环境控制标准。研究成果对地铁线路邻近民国建筑的保护提供了一定的参考,同时有助于研究地铁运行振动对沿线周边环境的影响。     

全地形车平顺性客观评价

为弥补目前国内外全地形车舒适性评价方法的空缺,研究分析了全地形车的实际振动特点,依据ISO2631、ISO5349标准,提出了全地形车客观评价方法.该方法利用三轴向总加权加速度均方根值评价全地形车手把处和座位处的振动.对几款全地形车进行了道路试验和台架试验,二者的试验结果比较吻合,说明该评价方法能够很好的反映振动对人体的影响.     

地裂缝场地下地铁振动荷载传播特性试验研究

为了研究地裂缝场地下地铁列车振动荷载在围岩土体中的传播规律及其对隧道结构的影响,以西安地铁为工程背景,采用1∶20的几何相似比,开展了地铁隧道与地裂缝30°斜交的围岩动力响应物理模型试验,测试分析了在不同频率和不同振源位置下,围岩加速度及隧道应变的变化规律.结果表明:地铁列车振动荷载的频率为20 Hz时,围岩的振动响应最为明显;当振动频率大于40 Hz时,随着频率的增加,围岩振动响应变化不明显.地裂缝对列车振动荷载的传播有一定的影响,当振动位于上盘时,随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,在地裂缝处衰减更明显;当振动位于下盘时,同样随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,但穿越地裂缝进入上盘后,振动几乎没有衰减,即上盘对振动有一定的放大作用.研究结果可为研究地铁运营安全及地面建筑的防振减振控制提供参考.     

地铁隧道列车振动特性试验研究

为获取隧道内列车荷载的振动特性,对某地铁区间隧道进行了试车试验.分析了扣件类型、列车运行速度等因素对荷载特性的影响;基于隧道断面的实测结果分析了其振动传播规律.结果表明:当地铁列车以60km/h通过时,实测振动源强均值为70.41dB;沿隧道断面的振动幅值逐渐减小,且荷载的高频分量逐渐衰减,钢轨竖向加速度最大,且以100Hz以上的高频分量为主;道床顶面和隧道基底的振动量值接近,且远大于隧道侧壁;随着车速增加,各测点的竖向分频振级逐渐增大,且低频段的振级增加更为显著,但车速的增加并未改变荷载的主频段,且随着车速增加,道床与隧道侧壁之间的振动传递损失增大;扣件类型对荷载的分频振级有较大影响.     

地铁振动衰减特性研究

首先建立隧道-土体有限元模型,分析了1～80 Hz的振动在距隧道中心170 m范围内振动速度和加速度的衰减特性.将轮轨动力耦合分析获得的不同地铁轨道作用在道床上的动荷载作为有限元分析模型中的作用力,计算分析了不同轨道结构地段的地表振动传播特性,结果表明:在50 m范围内浮置板减振效果明显,在50 m以上轨道减振形式对地面振动影响不明显.     

地铁引发低频振动的隔振效果分析

分析了波阻块(WIB)对地铁荷载引发低频振动的隔振效果.首先建立了列车-隧道-地基的数值计算模型,将地铁移动荷载简化为沿隧道向前的移动荷载列,计算了埋设WIB前后场地地表的振动情况,然后对比分析了WIB的埋深和构造对隔振效果的影响,最后与地下连续墙和隔振沟的隔振效果进行了比较.结果表明,对于地铁运行产生的低频振动,WIB可以使地表振级降低5～12 dB,振动幅值降低60%以上,具有比其他隔振措施更好的隔振效果.     

地铁运行诱发的环境振动数值模拟与模型预测

通过建立列车、轨道、隧道和地基土三维振动仿真模型,分析了列车速度、地基土特性和隧道埋深3个因素对地面环境振动的影响规律,并与部分实测值进行了比较.基于回归分析,提出了多因素影响下的地面环境振动简化预测模型.研究表明:建立的数值模拟方法和预测模型能够较真实地反映地铁运行引起的地面环境振动的实际情况;随着列车速度增加,地面竖向振动加速度增大,且距离地铁线路越远,速度的影响越显著;距离地铁线路越远、地基土的卓越周期越大或隧道埋深越深,地面竖向振动加速度均越小,且地基土的卓越周期越大,振动在地基中的衰减越快.     

软土隧道地铁振动效应现场实测与数值分析

为揭示列车运行软土隧道瞬时响应和长期沉降的影响,以上海地铁9号线某区间隧道为例,采用现场实测和动力有限元方法分析了软土隧道的自由场响应特征,基于经验公式法评估了隧道长期振动沉降.实测结果表明,隧道近处的地层响应以竖向振动为主,振动加速度总体上服从竖向加速度最大、横向加速度次之、纵向加速度最小的规律.隧道周围30 m范围内竖向加速度为0.02 ～0.32 m/s2,横向加速度为0.02 ～0.26 m/s2.竖向加速度在横向上以弧线状向外衰减,隧道斜上方和斜下方地层存在横向加速度放大现象,地层振动主频为0 ～400 Hz.地铁振动引起的土体动偏应力比小于2％,最大超孔压约为1.1 kPa.地铁运行初期隧道振动沉降主要来自土体不排水累积塑性变形,长期振动沉降则主要来自超孔压消散引起的固结沉降.研究软土地层响应特征有利于揭示地铁振动的传播过程.     

基于随机振动理论的桥梁舒适度研究

目的为了更全面地评价桥梁结构人致振动的舒适度,完善人行桥振动评价指标.方法以随机振动理论为基础,通过某人行斜拉桥的现场检测和随机振动分析,提出采用人行桥结构振动响应最大部位的加速度均方根值作为舒适度评价指标,对比现行加速度峰值评价指标和笔者提出的加速度均方根值评价指标的异同.结果当采用结构响应最大处的加速度值评价舒适度时,随机振动理论分析值和现场实测值差异不大.通过安装TMD阻尼器前后对比减振效果,对于加速度峰值,最小减振率为15.69%,最大减振率为41.78%,平均减振率为28.39%;对于加速度均方根值,平均减振率为22.37%,与峰值加速度数据结果相近.结论与加速度峰值评价指标相比,采用加速度均方根值作为舒适度评价指标是基于随机振动理论,考虑了振动响应的整个时间历程,更加全面合理.     

基于局部递归率分析的振动信号非平稳评价

针对土木工程结构环境振动信号非平稳程度评价的问题,提出一种新的基于递归量化分析的评价环境振动信号非平稳程度指标.首先,研究递归图中反映信号非平稳特征的模式,根据递归量化分析中已有的信号非平稳程度评价指标即递归趋势应用于土木工程结构环境振动信号时的不足,将质量损失函数理论引入递归量化分析,分析递归图中局部递归率的变化情况,并以最小局部递归率为基准,提出一个新的衡量信号非平稳程度的指标——递归损失量;然后,以几种典型的非平稳信号为例,分别计算2种非平稳评价指标并进行对比分析,讨论其差异及各自不同的适用条件;最后,将指标用于桥梁结构环境振动信号的非平稳程度评价.计算结果表明:提出的递归损失量比递归趋势更能适应环境振动信号的特点,能够对环境振动信号的非平稳程度进行更客观的评价.     

地铁振动下基础隔振效应的实测与分析

对地铁附近的装有隔振支座的建筑物进行振动实测,获得了在地铁振动下基础和地下室地面的振动加速度时程记录.先在时域内,分析隔振后加速时程的变化,得到隔振的大致效果,然后计算出相应的傅立叶谱和1/3倍频程谱,可以得到隔振后振动在各个频段上的变化.在此基础上讨论隔振装置对地铁的振动传播的影响.结果表明:地铁运行引起的主要振动分量在45～75Hz,隔振装置对地铁振动水平分量的隔振效果显著,而对垂直分量有放大作用.     

地铁列车引起的振动对西安钟楼的影响

以西安地铁2号线6、号线通过钟楼工程为背景,针对铺设浮置板轨道和采取隔离桩两种减振措施,分6种工况分析了地铁2号线及6号线运营对钟楼结构的振动影响,预测了减振隔振措施的效果,并分别对不同工况进行三维动力有限元数值模拟.结果表明:不采取减振措施时,地铁振动会对钟楼造成影响;采用浮置板轨道对地表振动有明显改善;采用隔离桩对减少地表振动效果并不明显.     

全地域机动平台振动定量评价

以ISO2631,ISO5349等标准为依据,建立了全地域机动平台驾驶舱内振动和平台振动定量评价的方法.并对标杆车和原型车进行了实车道路试验,利用建立的振动定量评价方法对两款车进行了振动定量评价.结果表明标杆车驾驶舱内振动较小,驾驶员感觉轻微不舒适,平台处振动也不大,装备使用良好;而原型车则驾驶舱振动稍大,驾驶员较不舒适,平台处振动也较大,影响装备使用;并分析讨论了标杆车与原型车的差异,为全地域车的开发提供指导.     

地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变特性

目的研究地铁行车荷载作用下隧道周围土体变形特性,为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价提供参考.方法通过室内动三轴试验,探索地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变发展规律,在此基础上,利用数理统计知识计算各因素及因素之间的耦合作用对累积塑性应变的影响率.结果在相同试验条件下,累积塑性应变随围压增大而减小,随固结比增大而减小,随动应力幅值增大而增大,随频率增大而减小,随振动次数增大而增大.结论单因素中动应力幅值对累积塑性应变的影响最大,其次是围压和频率,最后是振动次数;围压与振动次数、频率与振动次数之间的耦合作用对累积塑性应变的影响可忽略不计;因素之间的耦合作用在一定条件下比单因素对累积塑性应变的影响效果要显著.     

地铁隧道施工过程中风险分析与控制

为降低地铁隧道施工过程中的风险,提出了地铁隧道施工过程中风险分析的框架,包括风险识别、分析和评估、风险应对以及风险防范措施等,采用风险矩阵评价准则对风险进行评价,避免了由于风险所发生的概率和风险造成的损失相乘所产生的释怀效应.以南京地铁二号线为例,具体分析了地铁隧道施工过程的风险因素,从成本和工期的角度对每一标段的风险进行了量化,根据量化的结果结合风险评价准则,提出了相应的风险应对措施.为以后的地铁隧道施工过程中的风险分析提供有益的借鉴和参考.     

地铁高架桥上部结构及整体道床振动特性研究

以宁波轨道交通1号线高架桥为例,通过现场试验,从振动加速度级、振动加速度频谱及振动加速度级1/3倍频程等三个方面,对钢轨、道床、顶板、翼缘板、腹板及底板的振动进行对比分析,得到了各部分振动的振动加速度级、卓越频率及振动在整体道床与高架桥梁上部结构的传递规律.结果表明,钢轨的振动加速度级最大,道床、顶板、翼缘板、腹板及底板的振动加速度级相近;道床、顶板、翼缘板、腹板及底板的振动加速度都在低频段40~70 Hz范围内取得卓越频率;道床、顶板、翼缘板、腹板及底板的振动加速度级1/3倍频程曲线都比较相近,振动频谱特性没有发生明显变化.