浅析地铁车站合建变电站三维隔振设计

浅析地铁车站合建变电站三维隔振设计

王连锋

深圳供电规划设计院有限公司广东省深圳市粤海路7号518054

摘要：深圳经济建设快速发展，带来了电力需求的迅猛增长，然而深圳可建设用地日益紧张，严重制约着电网的建设与发展。为破解深圳电网建设困局，供电局与政府相关部门积极探索新型变电站建设模式——地铁车站合建变电站，变电站与地铁车站联合建设，集约利用土地，解决电网建设用地难问题。本文针对地铁车站合建变电站所遇的振动问题进行分析。

关键词：地铁车站合建变电站；振动分析；三维隔振设计

1工程概况

110kV红树湾二变电站位于广东省深圳市南山区，变电站正下方为红树湾南地铁车站，红树湾南地铁站为地铁9号、11号线换乘站，变电站结构与车站结构为一整体。由于轨道交通线路从建筑下方穿过，地铁列车运行时产生较大振动，影响变电站设备的正常生产运行，拟在地铁站厅层以上，首层结构以下设置隔震层，采用三维隔震减振技术进行地铁振动及地震震动控制。

2地铁车辆振动

由于轨道交通线路从建筑正下方穿过，地铁列车运行时产生较大振动。为了得到列车运行时地铁站厅的实际振动情况，进行现场振动测试，单车运行下振动中心频率为69.579.1dB，双车车运行下振动中心频率为79.1dB，三车运行下振动中心频率为78.7dB，振动主频在20～100Hz。

3变电站地铁振动分析

采用SAP2000有限元分析模型，根据现场测试结果，对变电站结构及设备进行地铁振动影响分析。变电站位于地铁线路垂直上方，振动控制标准采用昼间75dB，夜间72dB进行控制。

3.1变电站结构地铁振动分析

在单线双车运行下，非隔振结构各楼层向振动为81.5～87.4dB，振动均值为84.5dB；根据1/3倍频程数据可知，在高频区段部分楼层振动超出规范限值。

3.2变电站设备地铁振动分析

在单线双车运行下，变电站设备竖向振动VLz值为81.5dB；根据1/3倍频程数据可知，在高频区段部分楼层振动超出规范限值。

综上所述，在不在用隔振处理情况下，变电站结构及设备地铁振动均超出规范限值。

4三维隔振设计

4.1结构隔振基本原理

隔振是振动控制的主要方法之一，该方法通过在振源与被隔物体之间设置隔振装置来减少振动向上部结构的传递量，使结构的振动得以有效隔离。隔振作用是减小振源和被隔物体之间的动态耦合，从而减少不良振动传递给保护物体。

4.2三维隔振设计

鉴于红树湾二变电站的重要性，本项目拟采用三维隔震减振，一方面水平减小地震作用，另一方面竖向减小地铁振动，使其保护变电站结构及内部设备的安全性。

在地铁站厅和上部变电站结构的转换层处布置三维隔震减振层，在框架柱上设置三维隔震减振橡胶支座，三维隔震减振橡胶支座具有较小的竖向刚度，可有效隔离地铁振动的传播，同时具有水平隔震和竖向隔振的双重功效。

5三维隔振结构地铁振动分析

5.1变电站结构地铁振动对比分析

在单线双车运行下，隔振结构各楼层竖向振动为66.3～69.6dB，振动均值为68.2dB，相比原结构减少了16.3dB。

5.2变电站设备地铁振动对比分析

在单线双车运行下，变电站设备竖向振动VLz值为66.3dB；相比于非隔振结构减小15.2dB。

综上所述，采用三维隔振设计后，变电站结构及设备竖向振动均大幅减少，满足规范限值要求。

6三维隔振结构地震响应分析

设防地震作用下隔震结构上部结构的水平向加速度减震系数为0.340~0.549，最大减震率为66%，层间剪力减震系数为0.430~0.603，最大减震率为57%，层间位移减震系数为0.397~0.495，最大减震率为60.3%。隔震层最大水平位移为47.79mm，上部结构层间位移角最大值为1/571，结构仍处于弹性状态。

7结论

通过采取三维隔振设计，变电站结构及设备竖向振动均大幅减少，满足规范限值要求。同时改善结构地震作用下动力响应，结构处于弹性状态。三维隔振设计有效解决了地体车辆运行振动对变电站的影响，使得地铁上方变电站这种新型变电站建设模式的推广成为可能，较好的解决了城市中心发展与电网建设之间的突出矛盾，必将产生巨大的社会和经济效益。

参考文献

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[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016修订）

[3]《城市轨道交通引起的建筑物振动与二次辐射噪声限值及其振动方法标准》JGJ/T170-2009

[4]《城市区域环境振动标准》GB100070-88

[5]《建筑隔震橡胶支座》JG118-2000

[6]《建筑工程容许振动标准》GB50868-2013

[7]《动力机器基础设计规范》GB50040

[8]《220~500kV变电所设计技术规程》DL/T5218-2005

[9]《隔振设计规范》GB50463-2008

作者简介

王连锋（1979-），本科，工程师，一级注册结构工程师，从事电网设计工作。