地鐵車輛段試車線振動傳播規律

林楚娟 戚月昆 邢 詒 梁常德

(1. 深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司 廣東深圳 518057；2. 深圳市人居環境技術審查中心 廣東深圳 518055)

地鐵車輛段試車線振動傳播規律

林楚娟1戚月昆1邢 詒2梁常德2

(1. 深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司 廣東深圳 518057；2. 深圳市人居環境技術審查中心 廣東深圳 518055)

通過對深圳市已建成運行的前海灣車輛段和橫崗車輛段的試車線在運營過程中產生振動的橫向傳播和上蓋物業的垂向傳播影響進行實地監測，研究試車線在正常運營情況下的振動影響源及傳播情況，結果表明，試車線振動在水平方向上的傳播，均隨著距離的增加而呈不斷下降趨勢，距離越近，衰減速率越快，距離越遠，衰減越慢；振動在垂直方向上的影響分布，整體上均是隨著樓層的增加而呈現下降趨勢。

車輛段；試車線；振動傳播規律；前海灣車輛段；橫崗車輛段；深圳

1 研究背景

近年來，隨著深圳經濟的迅速發展，城市軌道交通的建設在方便大眾的同時，也帶來了一系列的問題，振動影響就是其中之一。隨著地鐵和車輛段上蓋物業的建設，地鐵及車輛段的運營帶來的振動影響范圍和涉及面將更加廣泛。據統計，深圳目前在建和擬建設的5個車輛段上蓋物業建設項目規劃總建筑面積達到290多萬m2，居住人口將達到9萬多人，而未來規劃建設的地鐵線路還有11條(其中正在實施的有7條)，這些線路也勢必要同步考慮進行車輛段及上蓋物業的建設。未來建成后，車輛段及地鐵站的上蓋物業總建筑面積將達到1 000萬m2，其居住和服務人口數量龐大，這些居民的生活質量會受到振動的影響，這種影響如果不能得到有效解決，造成的居民投訴及居民對政府公信力的質疑也將成為深圳市人居環境委員會及政府相關部門面臨的一個難題。

在地鐵車輛段內，振動的影響源主要發生在試車線試車時和列車進出正線與車輛段之間。其中，由于試車線的設計基本上參照正線進行[10]，試車時的行車速度比列車進出車輛段時要快，其振動影響源是不可忽視的。因此，有必要對地鐵車輛段試車線的振動影響規律進行研究，通過實測分析等方法，探討試車線在正常運營情況下的振動影響源及傳播情況。

2 監測方案

2.1 監測對象基本情況

深圳市橫崗車輛段：車型均為B型，車輛長度為118.28 m，6輛編組。車輛段上方為上蓋大平臺(平臺高12.3 m)，平臺之上為架空車庫(層高5.6 m)，架空車庫之上為住宅的架空花園，架空花園之上為住宅。上蓋結構類型為現澆鋼筋混凝土框支剪力墻結構，安全等級為二級，車輛段建筑與上蓋物業之間無特殊減振結構。試車線位于車輛段(全封閉的鋼筋砼建筑)內，其頂部局部設置天窗。

深圳市前海灣車輛段：車型均為A型，車輛長度為140 m，6輛編組。車輛段(0～9 m)上方為上蓋大平臺，平臺之上為上蓋物業汽車停車庫及商業(9～16 m)，再往上為架空層，之后為住宅。上蓋結構類型為現澆鋼筋混凝土框支剪力墻結構，車輛段建筑與上蓋物業之間無特殊減振結構。試車線位于車輛段(半封閉的鋼筋砼建筑)內，其頂部局部設置天窗。

2.2 橫向傳播規律監測方案

根據前海灣車輛段和橫崗車輛段試車線現場的條件，分別在前海灣車輛段和橫崗車輛段的中間位置(速度較高處)，設定一個與試車線相垂直的橫斷面，在前海灣車輛段，測點與試車線外軌道中心線的距離分別為3.0 m、10 m、30 m和60 m，在橫崗車輛段距離分別為2.5 m、10 m、20 m、30 m和60 m。橫斷面測點均位于車輛段內，測點之間均為開闊的混凝土硬化地面。當列車經過時，試車線產生的振動均隨著地基及其相互連接的混凝土地面向車輛段內橫向傳播。詳見圖1、2中試車線與橫向測點的相對位置關系。

2.3 縱向傳播規律監測方案

距離前海灣車輛段試車線上蓋上方最近的建筑物為18B棟，共26層住宅，本次擬在18B棟的1～5、7、9、11、13、15、19、23、26層室內進行垂直衰減斷面的振動影響監測；距離橫崗車輛段試車線上蓋最近的建筑物為5棟，共有13層，由于2層的現場限制，無法進入室內檢測，因此，本次監測擬在5棟的1、3、4、5、7、9、11、13層的室內設垂直衰減斷面進行振動監測。

垂直監測點均位于住宅樓室內，在豎向的同一根樁基柱子旁0.2 m處，試車線列車經過時產生的振動，通過橫向和豎向兩個方向一起傳播到達住宅室內。圖1、2也表示出試車線與垂向測點的相對位置關系。

圖1 前海灣車輛段試車線與上蓋物業之間的位置關系及振動測點位置

圖2 橫崗車輛段試車線與上蓋物業之間的位置關系及振動測點位置

2.4 測定因子和時段

監測試車線列車車頭到達測點和車尾離開測點的時間段內的振動值，包括VLZ，max和VLZ10。

2.5 測定儀器

采用杭州愛華儀器有限公司生產的AWA6256B+型振動測定儀和AWA14400型加速度傳感器，量程為48～158 dB，精度級別為Ⅱ級。

3 試車線振動橫向傳播實測分析

3.1 試車線振動橫向傳播規律

測定結果見圖3。從測定結果可以看出，前海灣車輛段試車線在試車過程中5次列車通過時的VLZ，max平均值和橫崗車輛段試車線在試車過程中4次列車通過時的VLZ，max平均值，均隨著距離的增加而呈不斷下降趨勢，距離越近，衰減速率越快;距離越遠，衰減速率越慢。在30 m范圍內，振動VLZ，max平均值隨著試車線軌道與測點距離的增加而急劇下降，在距離超過30 m后，振動的衰減緩慢，基本上處于平穩狀態。總體來說，本次監測的振動在水平方向的傳播遵循遞減規律，這與目前國內外的研究成果基本相同。

圖3 試車線振動影響橫向傳播規律

在距離外軌道同樣是10 m處，橫崗車輛段VLZ，max的平均值比前海灣的高出6.3 dB。在20 m范圍內，橫崗車輛段的振動源衰減比前海灣車輛段的快；在距離20 m處，其振動影響基本上一致；而在超過20 m處，橫崗車輛段的振動影響值比前海灣的低。到了同樣距離外軌道是30 m處時，橫崗車輛段VLZ,max的平均值比前海灣的低5.5 dB，這說明在距離試車線外軌道30 m范圍內，橫崗車輛段的VLZ，max平均值隨距離衰減比前海灣車輛段的更快，其經過距離的傳播后影響更小。

在20 m范圍內，橫崗車輛段的振動值均比前海灣車輛段的高。根據監測數據可知，橫崗車輛段在距離試車線(最高速段)10 m處的振動值為70.7 dB，超過晝間標準(70 dB)0.7 dB，而在距離試車線20 m處的振動值為61.8 dB，達標；前海灣車輛段在距離試車線(非最高速段)10 m處的振動值可以滿足晝間標準要求。在距離外軌道30 m處，兩個車輛段的VLZ，max平均值均低于60 dB，在振動影響的可接受范圍內。

3.2 橫斷面振動傳播途徑及影響因素

4 試車線振動縱向傳播實測分析

4.1 試車線振動縱向傳播規律

測定結果見圖4。

圖4 試車線振動影響縱向傳播規律

從前海灣車輛段試車線的振動影響監測可知，前海灣車輛段試車線在試車過程中的振動影響(列車通過時的VLZ，max平均值)，在1～3層隨著樓層的增加而不斷上升，在4層突然出現下降，到5層又上升，然后呈現直線下降趨勢。從監測數據看，VLZ,max平均值在52.9～66.5 dB之間，最高值出現在第3層，最低值出現在第26層。

根據試車時對橫崗車輛段橫斷面的振動影響監測可知，橫崗車輛段試車線在試車過程中的振動影響(列車通過時的VLZ，max平均值)，在1～4層均隨著樓層的增加而呈不斷上升趨勢，在第5層突然下降，然后在第6層又上升，然后一直呈直線下降趨勢。VLZ，max平均值在47.8～57 dB之間，其中，最高值出現在第4層，最小值出現在最高的第13層。

從對兩個車輛段的上蓋物業受到試車線振動影響的實測數據分析可以看出，在試車線試車的過程中，其上蓋物業建筑物受到的振動在垂直方向上的影響分布，存在相對一致的趨勢，總體上均是隨著樓層的增加而呈現下降趨勢。

本次研究結果與謝達文等[11]的樓層最大振動速度隨樓層增加而增加的動態模擬結果不同，主要原因一個是模擬，一個是實測，而且模擬的條件、對象與本次實際監測中的條件、對象不同。事實上，目前國內外關于振動在垂直方向上的傳播規律研究方面，存在著不同的結論。有的監測研究表明，軌道交通引起的建筑物結構振動隨樓層的增加呈現相應的衰減趨勢，與本次監測研究結果比較相近；有的研究認為[12]，建筑物豎向振動隨樓層的增加有小幅度增加，但變化不大；還有的研究表明，在同一頻率地鐵振動荷載影響下，4層高度的同一建筑物樓層振動基本相同，上層振動比下層振動僅有小幅度上升；有的研究認為[13]，建筑物層數較低時，結構振動響應隨樓層單調增加,當建筑物層數較高時，樓層的速度和加速度與樓層的高度并不成線性變化。不同的研究存在著不同的結論，這是因為軌道交通列車引起的建筑物振動，其振級的大小不僅與建筑物高度有關，還與建筑物的結構形式、基礎類型以及與鐵路的距離等有密切的關系。

4.2 車輛段上蓋物業受到振動影響的對比

兩個車輛段試車線振動垂向如圖5所示。

圖5 兩個車輛段試車線振動垂向

從前面的源強測定可以看出，橫崗車輛段試車線的振動源強比前海灣車輛段的要高，但是從監測數據看，在上蓋平臺同樣樓層上，前海灣上蓋物業18B棟測得的VLZ，max平均值比橫崗車輛段上蓋物業5棟測得的VLZ，max平均值要高。這主要是由于測點與試車線的水平位置不同造成的。前海灣試車線垂直測點就在試車線旁邊相應樁基對應的垂向位置上，距離試車線的外軌道中心線水平距離只有2 m，18B棟由于距離試車線比較近，測點就在試車線上方振動最不利處，受到來自試車線的振動影響相對較大；而橫崗車輛段的縱向測點5棟上蓋物業距離試車線的水平距離較遠，大約53 m，因此其上蓋物業受到來自試車線的振動影響相對較小。從監測數據看，兩個車輛段的試車線產生的振動Z振級，經過垂直衰減后，在上蓋物業測定的VLZ，max平均值均低于67 dB，滿足GB 10070—88《城市區域環境振動標準》(簡稱“振動標準”)中的2類標準。

4.3 試車線振動向上蓋物業垂向傳播的影響

從監測現場看，兩個車輛段試車線的布置基本上相似，均在接近上蓋邊緣的下方，采用的均是有砟道床，均是通過柱體和上蓋體與上蓋物業進行連接，但是連接結構、連接方式、隔層高度、同樣樓層與試車線的相對高差等均存在不同，這使得其在傳播的過程中對振動的削弱效果不同，從而直接影響到VLZ，max平均值。

5 結語

5.1 振動的水平傳播

車輛段內列車經過時，其產生的振動影響在水平方向上的傳播，均隨著距離的增加而呈不斷下降的趨勢，距離越近，衰減速率越快，距離越遠，衰減速率越慢；在30 m范圍內，振動VLZ，max平均值隨著試車線軌道與測點距離的增加而急劇下降，在距離超過30 m處，振動的衰減緩慢，基本上處于平穩狀態。在距離試車線外軌道30 m處，VLZ，max平均值低于“振動標準”中的2類標準值。

5.2 振動的垂向傳播

在試車線試車的過程中對上蓋物業振動影響的實測可知，振動在垂直方向上的影響分布，整體上均是隨著樓層的增加而呈現不斷下降趨勢。

采取一定的減振隔振措施后，列檢庫的振動源經過上蓋結構的傳播到達上蓋平臺時，其振動影響均得到一定的衰減。車輛段的試車線產生的振動Z振級，經過垂直衰減后，在上蓋物業測定的VLZ，max平均值均低于67 dB，可以滿足“振動標準”中的2類標準。

根據GB/T 50355—2005《住宅建筑室內振動限值及其測量方法標準》，住宅建筑(含商住樓)對1/3倍頻程中心頻率為1～80 Hz的室內鉛垂向振動加速度級宜在67～90 dB。本次在兩個車輛段的上蓋物業室內的監測結果均低于67 dB，而且本次選取的測點為振動最不利位置的上蓋建筑，因此，這兩個車輛段目前已經采取的減振措施可以滿足要求，無需再另外增加減振措施。

[2] 魏鵬勃.城市軌道交通引起的環境振動預測與評估[D].北京：北京交通大學，2009.

[3] 文強.地鐵列車引起的自由場地振動規律及對周圍建筑物影響研究[D].北京:北京交通大學，2008.

[5] Kojiro FUJII，Yasushi TAKEI.Propagation properties of train-induced vibration from tunnels[J].QR of RTRI，2005,46(3):9.

[7] U.S.Department of Transportation Federal Railroad Administration (FRA)， High-speed ground transportation noise and vibration impact assessment[R].Report No.DOT/FRA/ORD-12/15, Sept，2012.

(編輯：王艷菊)

Propagation Law of Vibration from Test Line in Metro Depot

Lin Chujuan1Qi Yuekun1Xing Yi2Liang Changde2

(1.Shenzhen IER Environmental Protection Engineering Technology Co., Ltd., Shenzhen 518057;2.The Technology Review Center of Shenzhen Habitation and Environment, Shenzhen 518055)

Qianhaiwan and Henggang metro depots in Shenzhen are taken as examples for research in this paper. The horizontal and vertical vibration propagation influences from the test line when it is in operation are measured and analyzed to get the propagation influence factors and propagation law. The results show that the horizontal vibration propagation from the test line is declining along with the increase of distance. The closer the distance is, the faster the vibration attenuates, and the farther the distance is, the slower the decay rate is. While the vertical vibration propagation from the test line shows an overall downward trend when the floor number increases.

depot;test line ; propagation law of vibration; Qianhaiwan metro depot ; Henggang metro depot; Shenzhen

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.05.018

2014-10-14

2014-11-10

林楚娟，女，碩士，工程師，從事環境影響評價和環境保護相關的課題研究，linchujuan@126.com

U231.96

A

1672-6073(2015)05-0077-05