地鐵曲線段地面環境振動傳播特性研究

楊夢琦 賀玉龍 蔡思奇

摘要：為研究地鐵地下線曲線段地面環境振動傳播特性，選取成都地鐵10號線某曲線段作為研究對象，通過實測地表振動的方式，分別對比曲線段內/外徑及同一側水平、垂直兩向振動傳播情況。結果表明：隨著距離的增加內徑無論在垂向或水平向振動加速度上相較外徑更大，而內外徑兩向振動加速度優勢頻率穩定分布在75～100 Hz。同時在振動加速度級對比中，垂向與水平向振動加速度級在內外徑均呈現較為相近。

關鍵詞：振動與波； 曲線段； 地鐵

中圖分類號：U231.96文獻標志碼：A

0引言

隨著城市軌道交通建設的不斷發展，地鐵在帶給市民出行便利的同時也存在一系列的噪聲振動問題。國內外的諸多學者針對地鐵運行產生環境振動的特性與影響已開展了較多的研究，如黃強、劉維寧等［1-2］針對地鐵列車引起的地面振動進行了實測與衰減特性分析，馬蒙、宗剛及鄭鑫等［3-4］就地鐵引起振動衰減過程中的振動放大現象進行了實測與機理分析，總體而言研究多針對于直線段情況。而對于曲線段的研究相對較少，袁揚、張逸靜等［6-7］在研究曲線段地面環境振動時，均發現在近場區域水平向環境振動有效值要遠大于垂向。

而針對曲線段的實測研究多關注于內徑或外徑單向的振動衰減情況，對兩側的振動衰減對比研究相對較少。本文通過對成都地鐵10號線某曲線段內外徑環境振動進行實測，以分析其傳播特性及內外徑振動的差異性。

1現場測試概況

現場測試選取成都地鐵10號線一期華興站至金花站天府芙蓉園內某曲線段，曲線段半徑為500 m。地鐵10號線運營車輛為6編組A型車，全長約140 m，通過實測列車通過測試點的運行速度約為90 km/h。為避免周圍環境產生的干擾，測試選擇于夜間開展。現場測點布置如圖1所示。

以兩條軌道的中心線、曲線段中心線交點為原點（即0 m處），垂直于曲線切線分別向內外徑布置測點，分別在距原點5 m、10 m、15 m、20 m、25 m處布置，每處測點測試水平（x）與垂直（y）兩向的振動數值。

測試采用東方振動和噪聲技術研究所INV3062-C1（S）24位智能數據采集系統，垂向和水平向941B型拾振器（H、V），采樣頻率1 024 Hz。

2內外徑地面振動衰減特性分析

為確保內外徑測點測試結果具有可對比意義，在內徑測點選取車輛內線運行（列車下行至金花）、而在外徑測點則選取車輛外線運行（列車上行至華興）的數值進行分析。同時為減少測試時的誤差情況，內外徑測點測試至少選取10趟有效數據進行取平均值計算。由于篇幅所限，于圖2中僅在內外徑各測點數據中選擇一組典型振動時程曲線。

內外徑各測點的振動加速度有效值與峰值分貝如表1、表2所示。

通過表1、表2內數據可以觀察到，隨著測點距中心點距離的增加，兩向振動加速度峰值與有效值均整體呈現衰減的趨勢，但無論在內外徑測點均存在不同程度的振動放大現象。其中外徑測點的振動加速度在垂向上呈現隨著距離增加持續衰減的情況，而水平向上在15 m和25 m處出現了振動放大現象，與前一點對比分別放大了18.4%和141%，而針對內徑測點可以發現，垂向與水平向均存在著振動放大現象，其中在20 m處振動放大現象最為明顯與前一點相比垂向放大31.7%，水平向則放大92.37%。

對比內外徑測點兩向間振動加速度有效值可以發現，除外徑20 m點外其余測點水平向有效值均大于垂向有效值，且發生振動放大現象時水平向有效值的增幅也比垂向更大。而內外徑測點振動加速度有效值對比情況則顯示，在水平與垂直方向上隨著距離的增加，內徑測點振動加速度較外徑測點相對較大。其中在水平向相差相對垂向而言較小；而在垂向方面，近場時內外徑測點數值相差不大、隨著距離增加內徑測點逐漸顯示出優勢。

如圖3所示的是5～25 m內外徑測點兩向振動加速度的中心頻率對比。

可以發現內外徑測點兩向振動加速度的優勢頻率范圍基本集中在75～100 Hz，而在振動放大最顯著的測點，除優勢頻率的振動加速度急劇放大外，位于頻率200 Hz處的振動加速度同樣有明顯的增長情況。

3內外徑測點兩向地面振動加速度級對比分析

地面振動加速度級反映的是客觀振動幅值的大小，根據三分之一倍頻程換算而來。圖4列出內外徑測點5 m、15 m和25 m的兩向振動加速度級對比。通過內外徑測點兩向地面振動加速度級的對比分析，內外徑在各個測點上垂向與水平向加速度振級大小基本相同，而相同距離測點的三分之一倍頻程各中心頻率的加速度級也呈相同分布趨勢。

從圖4可以觀察到，不管在近場還是遠場，水平向加速度振級與垂向的差距均較小，且在振動放大現象出現的測點，水平向相較垂向加速度振級甚至更大，因此在研究地鐵振動傳播所造成的影響時應統籌考慮多向振動所共同造成的影響。

4結束語

通過對成都地鐵十號線曲線段內外徑地面振動的實測分析，可以初步得到結論：

（1）隨著距離的增加地面振動在內外徑兩向上整體呈現衰減的趨勢，但在內外徑測點均存在明顯的振動放大區，振動

放大現象在水平向振動中表現得尤為明顯。

（2）對比內外徑測點兩向振動加速度可以發現隨著距離的增加，不管在垂向還是水平向、內徑測點相較外徑測點振動加速度都有一定的優勢。

（3）從頻域分析結果來看，隨著距離的增加在該曲線段振動加速度反映出的優勢頻率基本維持在75～100 Hz。

（4）通過未計權振動加速度級分析，內外徑測點在兩向振動加速度級上差距不大。不管在內外徑，水平向與垂向相比差距同樣較小，振動放大現象出現時水平振動加速度級在多個中心頻率相較垂向甚至更大。因此在研究地鐵振動傳播所造成的影響時應統籌考慮多向振動所共同造成的影響。

參考文獻

［1］黃強，姚湘靜，黃宏偉，等.地鐵運行時軌道-隧道-地層振動實測與分析［J］.振動.測試與診斷，2018，38（2）：260-265+416.

［2］劉維寧，杜林林，劉衛豐.地鐵列車曲線運行振動源強特性分析［J］.鐵道學報，2019，41（7）：26-33.

［3］馬蒙，劉維寧，王文斌.軌道交通地表振動局部放大現象成因分析［J］.工程力學，2013，30（4）：275-280+309.

［4］宗剛，張永紅，任曉崧.地鐵致地表振動局部放大現象實測與機理分析［J］.振動與沖擊，2017，36（9）：247-252.

［5］鄭鑫，陶夏新，王福彤，等.軌道交通地面振動衰減關系中局部放大現象形成機理研究［J］.振動與沖擊，2014，33（3）：35-40.

［6］袁揚，劉維寧，劉衛豐.基于現場測試的曲線段地鐵地面振動傳播規律［J］.中國鐵道科學，2012，33（4）：133-138.

［7］張逸靜，陳甦，王占生.城市軌道交通引起的地面振動傳播研究［J］.防災減災工程學報，2017，37（3）：388-395.

［作者簡介］楊夢琦（1994—），女，碩士，助理工程師，研究方向為環境噪聲與振動控制。