城市道路交通环境振动源强的实测与特性分析

城市道路交通环境振动源强的实测与特性分析

邢茂聪,徐少光,朱美

身份证号：371102199307223537  身份证号：370126198302096810  身份证号：370306198309063021

摘要:道路交通振动是车辆行驶时通过车轮给地面一个变动的接地压力，从而引起周边地表的振动，受路面的平整状态、车辆行驶速度及轴重、道路结构等因素影响。道路车辆荷载引起的振动主要以竖向为主，不同方向的振动能量控制频段差异较大，且在距离地铁隧道中心线一定范围内，大型车辆引起的振动对沿线居民的影响要强于地铁列车。但目前的研究多集中于汽车荷载对路面及地下结构的振动影响，缺乏对道路交通横穿或下穿建筑物引起环境振动的分析和评估。

关键词：道路交通；源强特性；现场测试；振动响应

引言

城际铁路的强振动和噪声源主要指原铁道部发布的铁米[2010] 44，环境影响评价、噪声值获取和控制原则建议(2010年修订)，但本文件主要针对振动和噪声源强的开放段，目前没有针对离线振动源的测量要求和建议，城际铁路振动源的值主要是hj453-2018， 环境保护部发布的，并使用半经验公式来预测振动，这些公式显示了类似电路的强振动源和经验公式来预测建筑物的实际振动。

1.分析方法

根据测试过程中的实时摄像，将采集的振动信号进行截取，分别得到小汽车、小货车、大货车、公交车四种车型在20km/h、50km/h、70km/h三种速度下引起桥墩的振动响应，并依据振动加速度、1/3倍频程振动加速度等指标分析车辆荷载振动的特性。由于GB10070-88《城市区域环境振动标准》和GB/T50335-2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》在评价环境振动时，考虑的频率范围为1~80Hz，且道路交通车辆荷载引起的振动以低频为主，所以本文选取0~100Hz的频率范围对振动作处理分析。考虑到道路车流的复杂性，分析混合车流引起的环境振动应包含充足的车辆样本，所以根据车流量和车型比，截取100s车流引起的振动信号进行分析。

2.既有线源强取值

根据环境准则，振动源测试应准确无误，并且符合以下规则：(1)测试振动源时，列车参考速度应在估计截面设计速度的75% ~ 125%；(2)在模拟测量时，所选电路应符合相同的流道类型(压载或压载)，即用于直线段类型的正常紧固件， 列车类型和路基类型应与研究线路相同或相似，研究线路中的振动源(或在地铁模式下创建的高速线路)的吸力值和环境评价指令存在问题，如试验列车速度与试验断面为反射桥的设计速度之间的差异，车辆试验与试验线路之间的差异很大，这些问题很容易造成源与实际线路之间的大偏差，振动预测不准确等。

3.监测方案

１）监测物理量。根据ＨＪ４５３—２０１８《环境影响评价技术导则城市轨道交通》，地铁运行的振动源强ＳＶＬｚ０，ｍａｘ为列车通过时段内区间隧道轨顶上方１．０～１．５ｍ处隧道壁的最大Ｚ振级强弱值。地铁运行产生的振动环境影响ＳＶＬｚ，ｍａｘ为列车通过时段内，距外轨中心不同距离处地面测点的最大Ｚ振级值。２）监测断面。选择未采取减振措施的断面作为振动环境影响距离衰减的监测断面；制定振动源强监测实施方案并报送地铁运营部门，向运营部门申请在区间隧道开展振动源强监测；调查隧道断面形式、里程标记、电源设置、线路情况和列车运行速度等信息。３）监测设备。监测设备主要为数据采集仪和加速度传感器：数据采集系统采用Ｂ＆Ｋ公司ＬＡＮ⁃ＸＩ系列的３０５０⁃Ａ型数据采集仪，其输入频率范围为０～５１．２ｋＨｚ；试验采用Ｂ＆Ｋ４５１３Ｂ型、Ｂ＆Ｋ４５３３⁃Ｂ型加速度传感器。４）监测点位。振动源强监测点位于区间隧道轨顶上方１．３５ｍ处的隧道壁。在振动源强监测点的地面位置布设振动环境影响距离衰减监测断面，监测点位分别距外轨中心线５ｍ、１０ｍ、２０ｍ、３０ｍ、４０ｍ处。

4.地铁列车曲线运行振动源强特性

振源力是指在分析列车运行造成的振动和噪声对环境的影响时，评估模型中指定的物理振动量通常包括轨道加速度或振动载荷、振动加速度、用于研究振动源强特性的阻尼器是试验性的，而模型分析用于研究曲线轨道相互作用时，车辆的动力主要集中在轨道和轨道结构的安全上， 本文利用频域分析函数建立了曲线轨道列车的轮对性能与轨道接触磨损的对比分析模型，并从模型力学的曲线轨道连接原理出发，对曲线轨道振动源的强要素进行了系统的研究，得出了明确的概念； 除了必要的条件外，没有计算误差，本文根据该理论模型进行了高效的计算，得出了地铁曲线运营时强支承特性在尺寸和频率上的变化，主要结论是:(1)列车在曲线轨道上行驶时，竖向支承力大于横断面的垂向力； 侧向支撑力相对于轨道不足/超高值是线性的，并且大于直轨；(2)曲线轨道源的强支撑频率分布是不对称的鞍型，其垂直分布受行驶速度的影响很大，而横断面受行驶速度的影响很大； 曲线半径和道路超高；(3)在评估振动对列车环境的影响时，现有标准中应用的经验修正忽略了轨道在地铁曲线上的垂直水平约束的空间效应，并且地铁曲线源的估计过低；(4)在维修曲线区域列车振动环境时，不能简单地降低运行速度，因为只有在超高速平衡时才能最小化振动源，否则振动源不会发生变化。

5.地铁振动距离衰减预测参数

１）在地质条件为冲击、冲洪积平原区的冲积地层，线路条件为直线段整体道床和圆型隧道断面，列车类型为Ｂ型车６辆编组，运行速度为６５ｋｍ／ｈ的工况条件下，振动源强为７８．８ｄＢ。２）振动环境影响实测值比预测值小约０．８～４．９ｄＢ，距外轨中心线５～１０ｍ范围内，振动环境影响实测衰减比预测衰减大约４．３ｄＢ。３）对振动环境影响实测数据进行幂函数和指数函数一元回归拟合和二次回归拟合，获得的地铁振动距离衰减修正的参数分别为－６．４５８、－０．０７４和４．４１０，可将其用于类似工程项目的振动环境影响预测。地铁振动影响实测值与预测值具有较为明显的区别，因此极有必要进行地铁振动源强及其影响的实测分析。在条件允许的情况下，加长采样时间和多采集数据可以确保实测数据的代表性。此外，对地铁振动距离衰减参数进行修正有助于提高振动环境影响预测的科学性。

结束语

地铁列车运行诱发振动是由车辆轮对和钢轨的相互作用引起的。振动源强的影响因素包括列车参数、轨道结构参数、隧道参数、周围土体阻抗等。不同型号列车的车体、转向架和簧下质量分布不同，列车速度不同，钢轨不平顺和粗糙程度不同，轨道结构阻抗和隧道-土层阻抗特性，都会影响地铁列车振动源强的时域和频率特性。在同一车型工况下，车辆引起的振动加速度峰值随着车速提升近似呈线性增加，且振动能量控制频段有所增加。在同一车速工况下，车辆引起的振动加速度峰值和振动能量控制频段均随着车重的增大而增加。

参考文献

[1]杜林林,兰日清,祖晓臣,伍文科.区域环境振动对某拟建精密实验室选址的影响分析[J].噪声与振动控制,2022,42(02):201-206.

[2]袁新敏,张玉华,左鹏飞,谢伟平.公路交通引起振动的现场测试与分析[J].土工基础,2007(02):73-75.

[3]邹锦华,陈焰华,黄龙田,等.交通荷载作用下市政道路路面振动测试与分析[J].路基工程,2019(05):40-46.

[4]邹锦华,陈伟,陈海斌等.汽车荷载作用下地下结构的现场振动试验研究[J].建筑结构学报,2022,43(05):195-204.

[5]刘卫丰,刘维宁,袁扬等.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[J].铁道学报,2013,35(05):80-84.