地鐵停車場上蓋結構車致振動試驗研究

中圖分類號：U231 文獻標志碼：A文章編號：1006-0316（2025）06-0040-07

doi ： 10.3969/j.issn.1006-0316.2025.06.006

Experimental Study on Train-Induced Vibration in Over-Track Structures of a Metro Depot

DONG Bonan1，CHENDilai2，LIU Wei1，F(xiàn)U Junfeng'，LONG Hui1 （1. Zhuzhou Times New Material Technology Co.，Ltd.， Zhuzhou 412007， China;

2.School of Railway Transportation，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418， China）

Abstract ∵ To investigate the vibration issues inan operational metro depot’s structure，this study systematically examines the transmission characteristics of train-induced vibrations and their impact on the structure through field measurement and data analysis. Vibration monitoring points were arranged in both the depot area and the over-track area，with synchronous data collction of vibration responses from rails，track beds， structural columns，and on-track slab under different train speeds （ 10-25km/h . The time-frequency joint analysis revealed a strong correlation between the dominant 53Hz frequency component and the P2 mode. The study identified the attenuation pattrns of vibration transmission along the structure： the vibration transmission loss from the track bed to structural columns was notably insufficient below 50Hz ，allowing low-frequency vibrations to travel long distances through the structure. The evaluation based on the GB/T1Oo70-88 indicated that when trains operated at 15km/h ，themaximum Z-vibrationlevel on thecoverreached 75dB ，exceeding thenighttime limit for residential areas by 8dB . The parametric analysis showed that when the train speed was reduced by more than half， the maximum vibrationaccelerations of rails，track beds，structural columns beneath the cover， and columns above the cover decreased by 50% ， 55% ， 45% ，and 60% ，respectively，and themaximum Z-vibration level of the building structure was reduced by 5～6 dB.These findings provide critical insights for vibration control in existing metro depots.

Key words ∵ metro ; over-track structure ; train-induced vibration ;P2 resonance ; transmission characteristics

隨著我國城市化進程的加速推進，土地資源集約化利用已成為建設資源節(jié)約型社會的核心議題。地鐵停車場作為占地面積大、功能單一的軌道交通設施，其立體空間開發(fā)逐漸受到重視。國際經(jīng)驗表明，實施上蓋物業(yè)開發(fā)不僅能提升土地復合利用率，還可通過物業(yè)收益反哺地鐵建設資金。自前北京、深圳等城市已形成較成熟的地鐵上蓋開發(fā)模式，但振動及二次結構噪聲仍是制約其發(fā)展的關鍵技術瓶頸[1-4]。

針對地鐵運營對上蓋建筑的影響研究，現(xiàn)有成果主要采用現(xiàn)場測試與數(shù)值模擬相結合的方法。在振動傳播規(guī)律方面，智國梁等[1通過高架物業(yè)案例驗證了車致振動波的傳遞特性及減振措施有效性。王玉龍[5建立的土一結構耦合模型揭示了上蓋建筑以豎向振動為主的響應特征。趙思佳針對地鐵上蓋建筑振動及二次結構噪聲問題，建立阻抗模型和樓板振動預測模型，并將預測結果和現(xiàn)場實測結果進行對比，結果表明該預測模型具有較高的精度和效率。該結論與許暮迪等7基于舒適度模型的研究形成互證。振動頻段研究方面，馬乾瑛等8提出的多頻段耦合模型表明 5～20Hz 低頻振動占總能量的 70% ，許煒萍等9則發(fā)現(xiàn)建筑固有頻段（40～90Hz） 易引發(fā)局部共振。關于振動空間分布，謝偉平等[10]通過多車輛段試驗證實咽喉區(qū)振動強度較停車庫高 8～12dB ，鄒超等[11]則建立了列車速度與水平振動的正相關模型。馬開強等[12]提出基于1/3倍頻程加速度級的振動評價體系，為定量分析不同頻段的振動響應提供了依據(jù)。在振動控制技術領域，學者們提出了多元化解決方案。周穎等[13采用厚層橡膠支座實現(xiàn)特定頻段振級降低 6dB 智國梁等[14通過結構優(yōu)化結合阻尼器使中高頻振動衰減68.4% 。張宇明等[15]建議通過空間布局優(yōu)化規(guī)避敏感區(qū)域。結構體系選擇方面，宋衛(wèi)華等[16]對比框架與框剪體系，提出后者在剛度與振動控制間的平衡優(yōu)勢。此外，汪益敏等[17基于咽喉區(qū)振動擴散特性提出的“空間避讓 + 屏障隔離”策略，為工程實踐提供了重要參考。

綜上所述，學者們圍繞振動測試、振動預測與振動控制對地鐵上蓋建筑車致振動開展了大量研究，但較少考慮雙線共址的情況。因此，為更深入地了解雙線共址上蓋建筑振動傳遞特性，本文以成都某營運中的地鐵停車場為研究對象，通過實測獲得鋼軌、道床、結構柱及蓋上的振動數(shù)據(jù)，對比車輛進出庫時建筑物振動差異性。進一步從時、頻域兩個維度上，對建筑內(nèi)豎向振動傳播和衰減規(guī)律進行分析。并依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[18-19]，評估該工程的振動響應。

1現(xiàn)場實測

1.1 場地

某營運地鐵停車場為雙線共址地面停車場，總占地面積554畝，已實施上蓋開發(fā)，計劃建設41棟住宅，形成TOD（Transit-OrientedDevelopment，以公共交通為導向的開發(fā)）綜合開發(fā)項目?；谕愴椖拷?jīng)驗，蓋下軌道列車運營可能引發(fā)蓋上建筑室內(nèi)振動及二次結構噪聲超標問題，因此本文通過上蓋建筑振動現(xiàn)場測試，來評估列車振動的影響。

1.2測點布置

該停車場設有轉(zhuǎn)換層，停車場存在蓋上蓋下兩個區(qū)域。蓋下為停車場運用庫，負責地鐵日常運營維保工作；蓋上轉(zhuǎn)換層是為后續(xù)TOD建設進行施工預留。通過對停車場現(xiàn)場踏勘作業(yè)，在振動敏感區(qū)設置測點，包括鋼軌垂向振動、道床振動、蓋下立柱振動及蓋上立柱振動

4個測點，其空間分布如圖1所示。

為消除車輛因素帶來的試驗誤差，本次測試采用單組服役狀態(tài)良好的6節(jié)編組B型車在股道上來回行車。試驗共采集數(shù)據(jù)16組，車速為 10～20km/h 在鋼軌、道床、蓋下結構柱、蓋上結構柱處布置PCB加速度傳感器，并采用INV3062C8采集儀及DASP軟件進行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場測點布置如圖2所示。

2環(huán)境振動評價指標

全身振動不同頻率計權因子修正后得到振動加速度級，又稱計權振動加速度級，其中按垂直方向計權因子修正后的振級即為Z振級。具體計算為：

2.1 Z振級

式中： V_L 為計權振動加速度級； a₀ 為基準加速度，取值和振動加速度級中的基準加速度一致；a_ms^′ 為頻率計權振動加速度的均方根值； V_Lz 為Z 振級； L_i 為每個頻率的振動加速度級； a_i 為各頻帶的計權因子。

不同地段Z振級限值如表1所示。

2.2分頻最大振級

按照JGJ/T 170-2009^[18] 關于鐵路測量評價量的規(guī)定，在 4～200Hz 頻率范圍內(nèi)采用1/3倍頻程中心頻率上按不同頻率計權因子修正后的最大振動加速度級作為評價量，簡稱分頻最大振級。不同測試環(huán)境分頻最大振級限值如表2所示。

3測試結果分析與評價

3.1進出庫振動響應對比分析

根據(jù)JGJ/T 170-2009^[18] 和 GB/T 10071-88^[19] ，對列車進出庫（出庫速度約 25kmh ，入庫速度約 引起的結構振動響應開展測試。進出庫時結構振動響應如圖3、圖4所示?？梢钥闯?，車速對振動加速度影響顯著。出庫工況下，鋼軌、道床、蓋下結構柱及蓋上結構柱的最大振動加速度較入庫工況分別降低50% 55% 、 45% 和 60% ，表明車速是振動傳遞的關鍵控制因素。

依據(jù) GB/T 10070-88^[20] 對蓋上振動進行評估，結果如圖5所示。可以看出，當列車出庫時，蓋上振動存在超限情況，其中相鄰股道最大超限 8dB ，超限時間約占整個出庫階段的80% 左右；間隔4根股道后，依然存在2dB的超限量。進一步分析發(fā)現(xiàn)，振動從蓋下建筑傳遞到蓋上結構時存在放大現(xiàn)象。這是因為蓋上結構柱處于無約束狀態(tài)，預測后期施工完工后振動情況會發(fā)生改變。

為驗證該區(qū)域振動超標情況，對該測點進行多次相同工況下的重復測試，得到表3。

可以看出，振動能量從鋼軌傳遞至道床衰減了 97.0% ，從蓋下立柱傳遞至蓋上立柱，增加了 18‰ 蓋上區(qū)域平均Z振級為 ，超過標準限值 8dB 。反映出，盡管振動在結構傳遞中大幅衰減，但蓋上結構振動仍需通過專項減振措施進行控制。

3.2結構振動傳遞特性分析

分析結構振動頻域特性及傳遞特性，如圖6所示?？梢钥闯?，該停車場車致振動主頻集中在 53Hz 附近，該現(xiàn)象與P2共振模態(tài)密切相關。因此，降低蓋上結構振動響應的關鍵在于有效抑制P2共振問題。結合構件振動衰減特性曲線可知，鋼軌至道床的振動衰減率在 50～ 70Hz 頻帶內(nèi)最弱（對應P2共振主頻區(qū)），需通過優(yōu)化扣件系統(tǒng)設計 （如調(diào)整剛度或增加阻導致低頻振動沿結構長距離傳播，可能引發(fā)二次輻射噪聲問題。

統(tǒng)計列車出庫時，蓋上、蓋下結構分頻振動特性，如圖7所示?？梢钥闯?， 0～12.5Hz 頻段，蓋下結構振動明顯大于蓋上結構；超過50Hz 頻段，蓋下結構振動明顯小于蓋上結構。10A股道最大超限頻帶中心頻率為 50Hz 其余頻帶超限不明顯，后續(xù)治理措施應著重關注該頻帶減振能力。14A股道最大超限頻帶中心頻率為 63Hz ，推測可能是因為兩條股道扣件剛度不同導致。

輛進出庫工況下建筑結構的振動差異特征，并利用時頻域分析技術揭示了豎向振動在建筑構件間的傳播路徑及衰減規(guī)律。研究表明：

（1）列車運行速度由 25km/h 降低至10kmAA 時，測點振動響應峰值減小約 50% ，建筑物結構振動最大Z振級減少 5～6dB 。

（2）車輛出庫工況下，蓋上測點振動平均超限8dB；由于蓋上結構柱處于無約束狀態(tài)，與蓋下振動相比，蓋上振動測點存在振動放大現(xiàn)象。

4結論

（3）停車場車致振動主頻集中在 53Hz 附近，該現(xiàn)象與P2共振模態(tài)密切相關；需通過優(yōu)化扣件系統(tǒng)設計提升該頻段的隔振性能。

本研究以成都某地鐵停車場運營期振動特性為切入點，通過現(xiàn)場實測獲取鋼軌、道床、結構柱及蓋板的振動響應數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對比了車

（4）道床至結構柱的振動衰減能力在50Hz 以下低頻段明顯不足，導致低頻振動沿結構長距離傳播，可能引發(fā)二次輻射噪聲問題。

70 F 72 dBZ 70 73dBZ6 8 62dBZ電P/ 50 蓋下 蓋上 P/ 50 蓋下 蓋上4030 4030 T20 2010 100 453802122245680202 0 453812622540506802020三分之一倍頻程/Hz 三分之一倍頻程/Hz（a）10A股道第一次出庫 （b）10A股道第二次出庫70A A A 上 75dBZ 電PP/ 65040 30 上 69 BZ20 20 小S10 100 568 02022200880888 0 453810 es三分之一倍頻程/Hz 三分之一倍頻程/Hz（c）10A股道第三次出庫 （d）14A股道第一次入庫

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