地鐵車輛段試車線振動傳播規(guī)律

林楚娟 戚月昆 邢 詒 梁常德

(1. 深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司 廣東深圳 518057；2. 深圳市人居環(huán)境技術(shù)審查中心 廣東深圳 518055)

地鐵車輛段試車線振動傳播規(guī)律

林楚娟1戚月昆1邢 詒2梁常德2

(1. 深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司 廣東深圳 518057；2. 深圳市人居環(huán)境技術(shù)審查中心 廣東深圳 518055)

通過對深圳市已建成運(yùn)行的前海灣車輛段和橫崗車輛段的試車線在運(yùn)營過程中產(chǎn)生振動的橫向傳播和上蓋物業(yè)的垂向傳播影響進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測，研究試車線在正常運(yùn)營情況下的振動影響源及傳播情況，結(jié)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(yuǎn)，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(xiàn)下降趨勢。

車輛段；試車線；振動傳播規(guī)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(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市軌道交通的建設(shè)在方便大眾的同時(shí)，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(yè)的建設(shè)，地鐵及車輛段的運(yùn)營帶來的振動影響范圍和涉及面將更加廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，深圳目前在建和擬建設(shè)的5個(gè)車輛段上蓋物業(yè)建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃總建筑面積達(dá)到290多萬m2，居住人口將達(dá)到9萬多人，而未來規(guī)劃建設(shè)的地鐵線路還有11條(其中正在實(shí)施的有7條)，這些線路也勢必要同步考慮進(jìn)行車輛段及上蓋物業(yè)的建設(shè)。未來建成后，車輛段及地鐵站的上蓋物業(yè)總建筑面積將達(dá)到1 000萬m2，其居住和服務(wù)人口數(shù)量龐大，這些居民的生活質(zhì)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(zhì)疑也將成為深圳市人居環(huán)境委員會及政府相關(guān)部門面臨的一個(gè)難題。

在地鐵車輛段內(nèi)，振動的影響源主要發(fā)生在試車線試車時(shí)和列車進(jìn)出正線與車輛段之間。其中，由于試車線的設(shè)計(jì)基本上參照正線進(jìn)行[10]，試車時(shí)的行車速度比列車進(jìn)出車輛段時(shí)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(guī)律進(jìn)行研究，通過實(shí)測分析等方法，探討試車線在正常運(yùn)營情況下的振動影響源及傳播情況。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)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(jié)構(gòu)類型為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，安全等級為二級，車輛段建筑與上蓋物業(yè)之間無特殊減振結(jié)構(gòu)。試車線位于車輛段(全封閉的鋼筋砼建筑)內(nèi)，其頂部局部設(shè)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(yè)汽車停車庫及商業(yè)(9～16 m)，再往上為架空層，之后為住宅。上蓋結(jié)構(gòu)類型為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，車輛段建筑與上蓋物業(yè)之間無特殊減振結(jié)構(gòu)。試車線位于車輛段(半封閉的鋼筋砼建筑)內(nèi)，其頂部局部設(shè)置天窗。

2.2 橫向傳播規(guī)律監(jiān)測方案

根據(jù)前海灣車輛段和橫崗車輛段試車線現(xiàn)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(shè)定一個(gè)與試車線相垂直的橫斷面，在前海灣車輛段，測點(diǎn)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(diǎn)均位于車輛段內(nèi)，測點(diǎn)之間均為開闊的混凝土硬化地面。當(dāng)列車經(jīng)過時(shí)，試車線產(chǎn)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(nèi)橫向傳播。詳見圖1、2中試車線與橫向測點(diǎn)的相對位置關(guān)系。

2.3 縱向傳播規(guī)律監(jiān)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(nèi)進(jìn)行垂直衰減斷面的振動影響監(jiān)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(xiàn)場限制，無法進(jìn)入室內(nèi)檢測，因此，本次監(jiān)測擬在5棟的1、3、4、5、7、9、11、13層的室內(nèi)設(shè)垂直衰減斷面進(jìn)行振動監(jiān)測。

垂直監(jiān)測點(diǎn)均位于住宅樓室內(nèi)，在豎向的同一根樁基柱子旁0.2 m處，試車線列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的振動，通過橫向和豎向兩個(gè)方向一起傳播到達(dá)住宅室內(nèi)。圖1、2也表示出試車線與垂向測點(diǎn)的相對位置關(guān)系。

圖1 前海灣車輛段試車線與上蓋物業(yè)之間的位置關(guān)系及振動測點(diǎn)位置

圖2 橫崗車輛段試車線與上蓋物業(yè)之間的位置關(guān)系及振動測點(diǎn)位置

2.4 測定因子和時(shí)段

監(jiān)測試車線列車車頭到達(dá)測點(diǎn)和車尾離開測點(diǎn)的時(shí)間段內(nèi)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(chǎn)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(shí)測分析

3.1 試車線振動橫向傳播規(guī)律

測定結(jié)果見圖3。從測定結(jié)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(shí)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(shí)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(yuǎn)，衰減速率越慢。在30 m范圍內(nèi)，振動VLZ，max平均值隨著試車線軌道與測點(diǎn)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(wěn)狀態(tài)。總體來說，本次監(jiān)測的振動在水平方向的傳播遵循遞減規(guī)律，這與目前國內(nèi)外的研究成果基本相同。

圖3 試車線振動影響橫向傳播規(guī)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(nèi)，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(shí)，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(nèi)，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(jīng)過距離的傳播后影響更小。

在20 m范圍內(nèi)，橫崗車輛段的振動值均比前海灣車輛段的高。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)(70 dB)0.7 dB，而在距離試車線20 m處的振動值為61.8 dB，達(dá)標(biāo)；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(biāo)準(zhǔn)要求。在距離外軌道30 m處，兩個(gè)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(nèi)。

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(shí)測分析

4.1 試車線振動縱向傳播規(guī)律

測定結(jié)果見圖4。

圖4 試車線振動影響縱向傳播規(guī)律

從前海灣車輛段試車線的振動影響監(jiān)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(shí)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(xiàn)下降，到5層又上升，然后呈現(xiàn)直線下降趨勢。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，VLZ,max平均值在52.9～66.5 dB之間，最高值出現(xiàn)在第3層，最低值出現(xiàn)在第26層。

根據(jù)試車時(shí)對橫崗車輛段橫斷面的振動影響監(jiān)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(shí)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(xiàn)在第4層，最小值出現(xiàn)在最高的第13層。

從對兩個(gè)車輛段的上蓋物業(yè)受到試車線振動影響的實(shí)測數(shù)據(jù)分析可以看出，在試車線試車的過程中，其上蓋物業(yè)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(xiàn)下降趨勢。

本次研究結(jié)果與謝達(dá)文等[11]的樓層最大振動速度隨樓層增加而增加的動態(tài)模擬結(jié)果不同，主要原因一個(gè)是模擬，一個(gè)是實(shí)測，而且模擬的條件、對象與本次實(shí)際監(jiān)測中的條件、對象不同。事實(shí)上，目前國內(nèi)外關(guān)于振動在垂直方向上的傳播規(guī)律研究方面，存在著不同的結(jié)論。有的監(jiān)測研究表明，軌道交通引起的建筑物結(jié)構(gòu)振動隨樓層的增加呈現(xiàn)相應(yīng)的衰減趨勢，與本次監(jiān)測研究結(jié)果比較相近；有的研究認(rèn)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(rèn)為[13]，建筑物層數(shù)較低時(shí)，結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)隨樓層單調(diào)增加,當(dāng)建筑物層數(shù)較高時(shí)，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(jié)論，這是因?yàn)檐壍澜煌熊囈鸬慕ㄖ镎駝樱湔窦壍拇笮〔粌H與建筑物高度有關(guān)，還與建筑物的結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)類型以及與鐵路的距離等有密切的關(guān)系。

4.2 車輛段上蓋物業(yè)受到振動影響的對比

兩個(gè)車輛段試車線振動垂向如圖5所示。

圖5 兩個(gè)車輛段試車線振動垂向

從前面的源強(qiáng)測定可以看出，橫崗車輛段試車線的振動源強(qiáng)比前海灣車輛段的要高，但是從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，在上蓋平臺同樣樓層上，前海灣上蓋物業(yè)18B棟測得的VLZ，max平均值比橫崗車輛段上蓋物業(yè)5棟測得的VLZ，max平均值要高。這主要是由于測點(diǎn)與試車線的水平位置不同造成的。前海灣試車線垂直測點(diǎn)就在試車線旁邊相應(yīng)樁基對應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)5棟上蓋物業(yè)距離試車線的水平距離較遠(yuǎn)，大約53 m，因此其上蓋物業(yè)受到來自試車線的振動影響相對較小。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，兩個(gè)車輛段的試車線產(chǎn)生的振動Z振級，經(jīng)過垂直衰減后，在上蓋物業(yè)測定的VLZ，max平均值均低于67 dB，滿足GB 10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》(簡稱“振動標(biāo)準(zhǔn)”)中的2類標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 試車線振動向上蓋物業(yè)垂向傳播的影響

從監(jiān)測現(xiàn)場看，兩個(gè)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(yè)進(jìn)行連接，但是連接結(jié)構(gòu)、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(jié)語

5.1 振動的水平傳播

車輛段內(nèi)列車經(jīng)過時(shí)，其產(chǎn)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(yuǎn)，衰減速率越慢；在30 m范圍內(nèi)，振動VLZ，max平均值隨著試車線軌道與測點(diǎn)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(wěn)狀態(tài)。在距離試車線外軌道30 m處，VLZ，max平均值低于“振動標(biāo)準(zhǔn)”中的2類標(biāo)準(zhǔn)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(yè)振動影響的實(shí)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(xiàn)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(jīng)過上蓋結(jié)構(gòu)的傳播到達(dá)上蓋平臺時(shí)，其振動影響均得到一定的衰減。車輛段的試車線產(chǎn)生的振動Z振級，經(jīng)過垂直衰減后，在上蓋物業(yè)測定的VLZ，max平均值均低于67 dB，可以滿足“振動標(biāo)準(zhǔn)”中的2類標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)GB/T 50355—2005《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》，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(nèi)鉛垂向振動加速度級宜在67～90 dB。本次在兩個(gè)車輛段的上蓋物業(yè)室內(nèi)的監(jiān)測結(jié)果均低于67 dB，而且本次選取的測點(diǎn)為振動最不利位置的上蓋建筑，因此，這兩個(gè)車輛段目前已經(jīng)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(huán)境振動預(yù)測與評估[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

[3] 文強(qiáng).地鐵列車引起的自由場地振動規(guī)律及對周圍建筑物影響研究[D].北京:北京交通大學(xué)，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(huán)境影響評價(jià)和環(huán)境保護(hù)相關(guān)的課題研究，linchujuan@126.com

U231.96

A

1672-6073(2015)05-0077-05