劉 娟 董連成 胡新福

(1.黑龍江科技學(xué)院研究生學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027;2.黑龍江科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程加快，人口日益上升，多數(shù)城市的交通狀況已不能滿足要求。舒適、快捷、環(huán)保、安全、運量大的城市軌道交通受到廣大市民的青睞，但城市軌道交通不可避免的帶來諸多問題，已經(jīng)引起了社會的廣泛關(guān)注。

如何減少城市軌道交通帶來的振動引起國內(nèi)外科研設(shè)計者的重視。日本青木一郎和K·Hayakawa研究了鐵路交通引發(fā)的振動是怎么產(chǎn)生以及振動波在地下和地面?zhèn)鞑ヒ?guī)律等。國內(nèi)采用簡單的預(yù)測方法建立經(jīng)驗公式，評價交通對環(huán)境振動響應(yīng)。但評價和預(yù)測環(huán)境振動的系統(tǒng)理論和定量方法未完全成熟，設(shè)計與施工不能有條不紊地進(jìn)行，人們生活質(zhì)量受到不可忽視的影響。因而，城市軌道交通成為亟待解決的重要課題。

1 環(huán)境振動傳播規(guī)律

論文選擇列車振動的傳播展開研究，為工程設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，對各種減振措施的研究可為有關(guān)的試驗研究或?qū)嶋H工程應(yīng)用提供參考，對軌道的合理設(shè)計、安全評估以及環(huán)境降噪，具有顯著的工程應(yīng)用價值。

本節(jié)以振動加速度級(或振級)作為環(huán)境振動評價指標(biāo)，環(huán)境振動總功率W可由各振動源功率疊加得到，環(huán)境振動的功率W與加速度有效值ar之間的關(guān)系為:

其中，F(xiàn)為振子受的力;vr為振子運動速度;m為振子質(zhì)量;ω為振子振動的頻率。

忽略ω的影響，設(shè)軌道交通引起的振級為VL，n為振源個數(shù)，則振級與功率之間關(guān)系為:

整理得:

研究已表明，振動波在土中傳播時，在較近處衰減較快，而在遠(yuǎn)處衰減較慢。這與實測結(jié)果是相符的，與前人已有的研究結(jié)論也吻合。

2 城市交通軌道在土層傳播數(shù)值模擬

此節(jié)考慮影響城軌交通產(chǎn)生的環(huán)境振動的關(guān)鍵因子，借助現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬兩種手段，構(gòu)建合理模型。振動衰減是由幾何阻尼和材料阻尼共同作用造成。

2.1 軌道振動土層傳播

選定哈市一場地，對場地土體的分層見表1。

表1 場地資料

觀測列車運行速度為45 km/h～65 km/h，基于最小二乘準(zhǔn)則，用統(tǒng)計回歸方法擬合土層振動水平衰減公式。研究表明，振動在土中的傳播與土體參數(shù)有較大關(guān)系，其中容重、泊松比和阻尼對曲線的影響不大，剪切波速度對曲線的影響最為顯著。

2.2 建立振動衰減公式

結(jié)合前人對振動傳播衰減規(guī)律的研究，提出如下表示垂向加最大速度V隨距軌道中心線距離r而變化的環(huán)境振動衰減經(jīng)驗公式:

其中，λ1，λ2，λ3分別表示加速度幅值系數(shù)、幾何阻尼的系數(shù)、材料阻尼的系數(shù)，均與土體的性質(zhì)有關(guān)。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定各系數(shù)，最小二乘準(zhǔn)則下進(jìn)行擬合得到環(huán)境振動衰減經(jīng)驗公式為:

采用二次多項式擬合出的環(huán)境振動衰減經(jīng)驗公式和不同土體、不同距離振級預(yù)測公式為:

兩個環(huán)境振動衰減經(jīng)驗公式都較好地表達(dá)出環(huán)境振動的傳播規(guī)律。

場地:對2個觀測點，比較模擬記錄與實際記錄的時程。圖1，圖2展示了1號點和2號點觀測記錄與模擬記錄的對比，其中圖1為觀測到的場地加速度記錄，圖2為模擬加速度記錄，圖3，圖4為1號點和2號點記錄的傅氏譜對比。

從上述圖像分析得出，計算得到的加速度記錄與實際觀測記錄亦大體上相似，模擬記錄與實際觀測記錄在波形上是大體相似的;從傅氏譜的對比看出在4 Hz以下的部分有一定的差別，在3.2 Hz以上較為接近;在11.8 Hz處譜幅值達(dá)到最高，之后開始下降，驗證了模擬方法的可行性。為比較土層參數(shù)的敏感性，在SPSS環(huán)境下對參數(shù)敏感性分析，計算結(jié)果表明:在參數(shù)改變程度相同的情況下，剪切波速度的影響最大，厚度次之，說明局部場地條件對波動的影響較大。

3 軌道交通振動應(yīng)用建議

在模擬傳播振動時，論文結(jié)合工程的特點和環(huán)境基礎(chǔ)，提出如下技術(shù)措施:1)使用高彈性軌下墊層;2)采用減振型基礎(chǔ);3)高架線路上的車輛應(yīng)增設(shè)裙板及車底設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu);4)優(yōu)化高架線路聲屏障的設(shè)置和形式;5)加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)管理，減小輪軌沖擊作用，進(jìn)而降低振動噪聲對環(huán)境的影響。

4 結(jié)語

完成的工作:分析了場地數(shù)據(jù)，利用SPSS，采用模型進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，建立振動衰減公式，模擬軌道交通振動傳播，為保證軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，提供工程價值。

下一步擬研究的方向:借鑒國外新技術(shù)，結(jié)合新材料、軌道等領(lǐng)域內(nèi)成熟的減振技術(shù)。今后工作的方向:低、高頻振動的控制是城市交通振動控制研究的新方向，值得進(jìn)一步研究;研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高等減振系統(tǒng)、高效聲屏障產(chǎn)品，提高我國軌道的減振技術(shù)水平，為我國減振控制貢獻(xiàn)力量。

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[3] 崔高航，陶夏新，陳憲麥.城軌交通沿線地面環(huán)境振動衰減實測分析[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，24(1):39-43.

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