1广州地铁集团有限公司建设事业总部 广东广州 510380；
2华南理工大学土木与交通学院 广东广州 510641
摘要：国内很多城市的地铁车辆段已规划和实施上盖物业开发，为了分析评价地铁车辆段列车运行造成的环境振动影响，通过对广州地铁某车辆段试车线临近地面及建筑物振动进行了现场实测，并将实测结果与我国环境振动标准进行对比和分析，获得地铁车辆段试车线引发的地面振动以及临近建筑结构物振动传播规律，为上盖物业开发的地铁车辆段减振设计提供技术支持和参考依据。
关键词：地铁；车辆段；试车线；地面振动；建筑物振动；测试
有北京、上海、广州、深圳、杭州、长沙 本文基于广州地铁某车辆段试车线 等城市地铁工程建设中在规划和实施地铁 列车运行诱发的振动实测，通过振动时 车辆段上盖物业的开发和建设[1-3]。但 域和频域分析，获得地铁车辆段试车线 是，地铁车辆段来往车辆频繁，列车运行 引发的地面振动以及临近建筑结构物振 产生振动激励，经由轨道、地基、建筑结 动传播规律，评价地铁车辆段列车运行 构传播至平台上方居住小区，容易给上部 对环境的振动影响，为上盖物业开发的地铁车辆段减振设计提供技术支持和参考依据。
1 试验概况
试验现场所在广州某车辆段占地面积369600m2，主要建（构）筑物包括：检修 库、试车线、调车库、变电所、停车列检 棚、下穿隧道、转运办公楼等。场地地基 土为三角洲相淤泥、淤泥质土以及中细砂 层，采用深层搅拌桩以及塑料排水板堆载 预压法对大面积软基进行了加固处理[4]。
试车线主要用于对新车和检修后的列车进 行系统调试和性能测试，工作状态下列车 运行速度可以达到60km/h，比车辆段其 它区域的列车运行速度高5~10倍。根据 已有的地铁列车环境振动试验研究成果报 道，列车运行引起的环境振动强度随列车 运行速度增加而增大[5-8]，本次试验测试 地点选择在试车线临近区域，共设置两个 试验断面如图1所示。其中，断面1为水 平测试断面，位于与试车线轨道方向垂直 的水泥混凝土路面上，设置了5个测点，与试车线轨道的水平距离 D分别为 6m、12m、18m、28m、38m如图 2（a）所示。断面2为竖直测试断面，位于试车线临近 的检修库厂房结构内，结合厂房结构和现 场测试条件，断面2设置的5个试验测点 分布如图2（b）所示，测点L1、L2、L3分别位于检修库内的地面、室内平台以及顶 层平台上，这3个测点处于同一个竖直断 面上，该断面与试车线轨道的水平距离D为20m；试验测点L4、L5分别位于检修 库二层和三层办公室楼层，该竖直断面与 试车线轨道的水平距离D为30m，竖直方 向试验断面上测点L1~L5与地面的垂直距 离 H分 别 为 0m、9.5m、14.5m、5.5m、9.5m。每个测点均布置2个测振仪，同时测量列车在试车线上运行时引起的竖向和 垂直轨道水平向的振动加速度。
本次测试采用INV306DF型智能信号 采集处理分析仪、941型放大器、991B型超低频测振仪、DASP数据采集和分析软 件进行信号采集和记录，采样频率为410Hz。试验列车荷载为广州地铁运行的 空载B型列车，编组为6辆，总长120m。
每个试验断面至少记录10组数据，根据 数据波形完整、无明显畸变和信噪比高、无工频干扰或工频干扰不严重的选取原 则，选取8个有效车次进行时域分析、频 域分析、三分之一倍频程振动加速度级分 析和振级分析，得到地铁车辆段试车线引 发的地面振动以及临近建筑结构物振动传 播规律。
2 试验结果与分析
2.1试车线临近的地面振动 当试车线列车通过时，实测得到地面
水平和竖向振动加速度时程数据共计12组，选取8组有效车次测试数据进行编辑 滤波，得到地面各测点2个方向上的加速度时程图，进一步对时程数据进行快速傅 里叶变换得到振动频谱，并且根据试验记 录的地铁列车引起的振动持续时间以及列 车的长度，可以反推得到列车通过试验断 面时的速度。表1列出了各有效测次获得 的各测点水平与竖向振动加速度峰值以及 车速，结果反映，试车线列车在不同车速 条件下运行引发的地面振动中，竖向振动 加速度峰值明显大于水平振动加速度峰 值。
为了减小采样时间对振动加速度峰值 拾取具有不确定性带来的样本离散程度，用有效值作为统计量，分析振动加速度有 效值随振源距离变化的规律。时域内振动 加速度有效值定义为[9]：
式中，XRMS为振动加速度有效值，cm!s-2；x（t）为加速度时程函数，cm!s-2；
T为采样时间，s。各测次的竖向振动加 速度有效值及所有测次有效值的平均值与 试车线轨道距离的关系曲线如图3所示，竖向振动加速度有效值呈现随距离增大而
快速衰减的特点，在离振源6m~12m范围 内，振动加速度的衰减最为明显，衰减幅 度近 50%，12m~38m范围内，衰减速率 逐渐变缓，并趋于稳定。
图4是第5测次各测点的竖向振动加 速度频谱曲线，对实测的振动加速度数据 进行傅里叶变换，得到1/3倍频程中心频 率上的振动加速度级[10]，中心频率最大值 取为80Hz，图5是该测次距轨道不同距离 测点处的振动加速度级随频率的变化情 况，表2是地面竖向振动加速度的响应频 带和振动峰值所在的频率。结果反映：
（1）地面振动加速度的响应频带宽度 和振动峰值随着与试车线轨道距离的增加 而减小，靠近振源的测点S1处列车运行 引发的地面竖向振动加速度级最大达到了91.2dB，在距离试车线轨道38m的测点S5处，振动发生了明显的衰减，最大振 动加速度级降低为66.4dB，相比距离轨道6m处，加速级减小了约20dB；
（2）振动峰值出现在频率25Hz~40Hz
之间，峰值所在频率随着与振源距离的增 大而逐渐减小，高频振动分量在地面衰减 的速度较快，低频振动成分沿地面传播的 距离较远；
（3）试验范围内地面竖向振动的响应
频带宽度为 10Hz~120Hz，其中，10Hz~60Hz频率成分较其余频段拥有显著的振动频谱幅值，为试车线列车引起临近地面振动的主要频率成分。
2.2试车线临近建筑物的振动 当列车在试车线正常工作运行时，沿试验断面2实测得到17组试车线临近建筑 物的振动数据，选取有效测次进行分析，图6是各测点典型的竖向振动加速度时程 曲线和频谱曲线。图7是距轨道不同距离 测点处的振动加速度级随中心频率的变化 情况，表3是各楼层测点竖向振动加速度 的响应频带和振动峰值所在的频率。
测点L1、L2、L3与试车线轨道的水平距离为20m，试验结果显示，建筑物地面第一层测点L1处的竖向最大振动加速度级为76.2dB，建筑物顶层大平台的测点L3处的竖向最大振动加速度级与之相比减小了约10dB；建筑物楼板振动主要频 率范围是5Hz~60Hz，分频最大振动加速 度级所在频率为20Hz~25Hz，振动沿楼层 向上传播主要为低频成分，高频振动随楼 层高度增加明显衰减。
测点L4、L5所在位置与试车线轨道 的水平距离为30m，检修库内部呈非平层 对称结构，L4处于L1与L2的中间夹层位 置，距离地面高度为5.5m，L5与L2距离 地面的高度相同，均为9.5m。试验测试 结果显示：建筑物中间夹层（L4）的振 动强度最小，建筑层高和夹层结构设计对 振动向上传播有较明显的影响；同一层高 条件下L5的竖向最大加速度振级相比L2减小了约10dB，建筑结构物内部的振动 强度随与轨道距离增大而减小。
3影响评价
图8是考虑振动不同频率成分对人体健康、舒适与感知的影响，计权分析后得到的地面振动竖向Z振级最大值和平均值随振源距离变化的关系曲线，与现行的 《城市区域环境振动标准》GB10070-88[11]的环境振动限值进行比较，结果显示，如果采用特殊住宅区限值65dB作为环境振 动控制标准，在距离振源35m以外的范围 内，试车线列车运行诱发的地面振动强度 不大，能够满足环境振动控制标准要求；在距离轨道0m~30m范围之内，最大竖向Z振级均超过了 70dB，对环境的影响较 大，未达到我国城市区域环境振动标准的规定。
图9是实测的建筑物振动加速度级按Z计权因子修正后得到各中心频率的振动
加速度级（振级）与JGJ/T170-2009《城 市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪 声限值及测量方法标准》[12]的对比分析 图，图9中的限值为适用于特殊住宅区和 居住、文教区的 0类和 1类区域振动限 值，昼间振级限值为65dB，夜间振级限 值为62dB。从图9中可以看出：与试车线 轨道的水平距离为 20m的室内测点 L1、L2的 分 频 最 大 振 级 分 别 为 67.7dB、70.8dB，均超过了昼间振动限值标准，而位于顶层平台距地面14.5m的测点L3分频 最大振级为60.6dB，满足较严的夜间振动 限值标准。与试车线轨道的水平距离为30m的室内测点L4、L5的分频最大振级 分别为42.9dB、60.5dB，均未超过夜间振 动限值标准规定。因此，增大车辆段试车 线临近建筑物与轨道的距离对于控制列车 引发的建筑物振动有显著的作用，本试验 中线路与建筑物的水平距离大于30m时，建筑物的振动满足我国《城市轨道交通引 起建筑物振动与二次辐射噪声限值及测量 方法标准》的规定。
4 结论
通过对列车运行引起地铁车辆段试车 线临近地面及建筑物振动的现场试验分 析，可以得到以下结论：
（1）当车辆段试车线列车正常工作运 行时，引发的地面竖向振动明显大于水平 振动，各测点实测的最大竖向振动加速度 级达到了66.4dB~91.2dB。
（2）地面振动强度随着与轨道距离的 增大而减小，振动的响应频带宽度为10Hz~120Hz，其中1Hz~60Hz频率成分较其余频段拥有显著的振动频谱幅值，振动 峰值出现在25Hz~40Hz之间。
（3）试车线列车运行引起临近建筑物 振动的实测最大振动加速度级为48.9dB~ 76.2dB，振动在建筑物内传播的主要频率 集中分布在5Hz~60Hz，高频部分衰减明 显大于低频部分，楼板振动的分频最大振 动加速度级所在频率为20Hz~25Hz，建筑 物结构形式与结构层高设计对振动沿结构 物向上的传播有较大影响。
（4）在距离轨道0m~30m范围之内，地面振动与建筑物振动的最大Z振级均超 过了65dB~70dB，未满足我国城市区域环 境振动标准和城市轨道交通引起建筑物振 动限值的规定，有必要设计减振措施减小 地铁列车运行诱发的环境振动影响。
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[11]GB10070-88，城市区域环境振动标准[S].
[12]JGJ/T170-2009，城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及测量方法标准[S].
论文作者:汪朝晖1,何涛1,陈伟强1,汪益敏2,邹超2,陈页
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/10
标签：加速度论文; 地面论文; 列车论文; 距离论文; 建筑物论文; 轨道论文; 车辆论文; 《基层建设》2017年第23期论文;