張磊磊,柴 博

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 機(jī)環(huán)院,天津 300308）

0 引言

目前，國外關(guān)于地鐵車輛段上蓋物業(yè)振動(dòng)的研究主要集中于采用工程措施來改變結(jié)構(gòu)本身的自振頻率和結(jié)構(gòu)剛度，以此抑制振動(dòng)的擴(kuò)散傳播，從而達(dá)到減振降噪的目的。一些學(xué)者也通過有限元或?qū)嶒?yàn)?zāi)M分析得到列車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)傳播規(guī)律。相比國外，國內(nèi)對(duì)城市軌道交通車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)研究起步較晚，但近年來取得了快速發(fā)展。2012年，林君城對(duì)地鐵車輛段上蓋物業(yè)可行性進(jìn)行分析，闡述了將地鐵車輛段與上蓋物業(yè)有機(jī)結(jié)合起來，對(duì)合理節(jié)約用地、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[1]。為了評(píng)估地鐵車輛段對(duì)上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響程度，鄒林志等以車輛段內(nèi)列車進(jìn)出道岔段對(duì)地面及上蓋物業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)影響作為研究對(duì)象，分析得到道岔段斷面處的振動(dòng)均大于與之相對(duì)應(yīng)的直線段斷面處地面振動(dòng)[2]；隨后，程保青等研究了地鐵車輛段咽喉區(qū)振動(dòng)對(duì)上層物業(yè)的振動(dòng)影響，通過建立軌道-地基土-上蓋建筑有限元模型，仿真驗(yàn)證了咽喉區(qū)對(duì)高層建筑的振動(dòng)影響程度更大，上蓋建筑物內(nèi)的最大振級(jí)會(huì)隨離地平臺(tái)高度的增加而增大[3]；呂文婷根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了地下車輛段上層物業(yè)各樓層的振動(dòng)傳播規(guī)律以及測試特點(diǎn)，并利用有限元軟件建立車輛段上蓋物業(yè)模型進(jìn)行預(yù)測分析，得到整體建筑物的振動(dòng)情況滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4]。董光輝分析了上蓋物業(yè)地鐵采用不同軌道類型時(shí)，列車出入車輛段引起對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響程度，并通過有限元仿真得出浮置板結(jié)構(gòu)碎石道床可以明顯地降低對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響，為地鐵上蓋物業(yè)道床的選取提供了重要參考[5]。

該文以地鐵車輛段庫內(nèi)地面振動(dòng)為研究對(duì)象，通過對(duì)試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)做時(shí)域、頻域分析處理，得到車輛段庫內(nèi)檢查坑地面測點(diǎn)沿水平順軌方向、水平垂軌方向的振動(dòng)變化規(guī)律及傳播特性，為今后城市中同類地鐵上蓋物業(yè)的開發(fā)建設(shè)提供參考。

1 地鐵車輛段庫內(nèi)振動(dòng)響應(yīng)測試

該次研究選取某城市軌道交通上蓋物業(yè)車輛段，主體包括三部分，其中地面層為地鐵停車場，二層為汽車停車場，最上層為上蓋物業(yè)（在建），總建設(shè)面積約8萬m2。該次測試庫內(nèi)線為立柱式檢查坑整體道床、50 kg/m鋼軌。

1.1 測試儀器

該次測試采用丹麥的B&K多通道振動(dòng)噪聲測試系統(tǒng)，選用1臺(tái)筆記本電腦、4個(gè)振動(dòng)傳感器、移動(dòng)電源及若干數(shù)據(jù)線等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析。

1.2 測點(diǎn)布置

該文主要研究列車進(jìn)出地鐵車輛段時(shí)，車輛段庫內(nèi)檢查坑沿水平順軌方向、水平垂軌方向的地面測點(diǎn)，在鉛錘向振動(dòng)加速度的變化規(guī)律及特點(diǎn)。為更直觀描述出各斷面的振動(dòng)變化規(guī)律，這里采用對(duì)比測試分析法，分別在地鐵車輛段庫內(nèi)端部、庫內(nèi)中部設(shè)置2處監(jiān)測斷面，共布設(shè)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。該次試驗(yàn)運(yùn)行地鐵A型車，采用8節(jié)編組，并且根據(jù)試驗(yàn)測試要求，車輛試驗(yàn)運(yùn)行車速需與運(yùn)營車速保持一致。為了消除測試誤差，選取振動(dòng)波形完整的、信噪比高的、無明顯畸變的4組有效振動(dòng)測試數(shù)據(jù)，并且各組有效數(shù)據(jù)截取列車完全通過測點(diǎn)時(shí)所需要的時(shí)長，分析庫內(nèi)地面沿順軌、垂軌方向在鉛錘向的振動(dòng)變化規(guī)律。具體測點(diǎn)布置如圖2所示，其中測點(diǎn)1位于車輛段庫內(nèi)端部靠近輪軌0.5 m處，測點(diǎn)2位于車輛段庫內(nèi)端部距近軌3.5 m樁基外側(cè)墻壁處，測點(diǎn)3位于車輛段庫內(nèi)中部靠近輪軌0.5 m處，測點(diǎn)4位于車輛段庫內(nèi)中部距近軌3.5 m樁基外側(cè)墻壁處。

2 地鐵車輛段庫內(nèi)測試數(shù)據(jù)及分析

通過對(duì)試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、FFT處理，得到各測點(diǎn)的時(shí)域波形圖以及1/3倍頻程曲線，分析各斷面測點(diǎn)鉛錘向振動(dòng)加速度沿順軌方向、垂軌方向的變化規(guī)律。

2.1 時(shí)域指標(biāo)分析

在時(shí)域信號(hào)分析時(shí)，可以反映出振動(dòng)信號(hào)的原始波形，得到振動(dòng)幅值隨時(shí)間變化關(guān)系。

車輛段端面兩個(gè)測點(diǎn)（軌旁0.5 m處和樁基側(cè)墻處）的振動(dòng)加速度響應(yīng)基本一致，車輛段中部兩個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)的變化規(guī)律也具有很好的一致性，并且車輛段中部振動(dòng)響應(yīng)較端部存在時(shí)間的滯后性，這與實(shí)際監(jiān)測相符，表明了采集的數(shù)據(jù)是良好的。

2.2 頻域指標(biāo)分析

上文已對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析，但是無法直觀反映振動(dòng)加速度沿水平順軌方向、水平垂軌方向的變化規(guī)律，因此經(jīng)過傅里葉變換得到振動(dòng)頻譜，分析各斷面測點(diǎn)在相同頻帶內(nèi)的振動(dòng)加速度、加速度級(jí)的頻率特性變化規(guī)律。

根據(jù)《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009）[6]的評(píng)價(jià)要求，對(duì)測試數(shù)據(jù)做1/3倍頻程分析后，按標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Z計(jì)權(quán)因子進(jìn)行修正，取頻率計(jì)權(quán)范圍為4~200 Hz，得到各1/3倍頻程中心頻率上的分頻最大振級(jí)，見下式：

式中，VLi——中心頻率fi頻帶處加速度振級(jí)；VLmax——分頻振級(jí)最大值（dB）；αii——各個(gè)頻帶的計(jì)權(quán)因子。

2.2.1 順軌方向振動(dòng)響應(yīng)分析

如圖1（a）所示，輪軌軌旁0.5 m處測點(diǎn)1和測點(diǎn)3的振動(dòng)加速度隨頻率的變化趨勢(shì)基本一致。在1~12.5 Hz頻帶處庫內(nèi)端部測點(diǎn)的振動(dòng)加速度略大于中部測點(diǎn)，隨著頻率的逐漸增加，庫內(nèi)端部和中部各測點(diǎn)的振動(dòng)加速度響應(yīng)變化規(guī)律基本吻合。庫內(nèi)輪軌端部0.5 m處的1/3倍頻程中心頻率對(duì)應(yīng)的最大振級(jí)為57.3 dB，中部0.5 m處為57.9 dB，其主振頻率范圍均在20~63 Hz之間。根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析得出，列車進(jìn)出地下車輛段時(shí)沿水平順軌方向在低頻時(shí)存在差異，但隨著頻率的增加差異減小，趨于吻合。

圖1 順軌方向振動(dòng)及分頻最大振級(jí)圖

如圖1（b）所示，對(duì)于庫內(nèi)樁基外側(cè)墻壁3.5 m處測點(diǎn)2和測點(diǎn)4的振動(dòng)響應(yīng)，與軌旁0.5 m處的變化規(guī)律保持一致，從而計(jì)算得到在庫內(nèi)端部3.5 m處1/3倍頻程中心頻率對(duì)應(yīng)的最大振級(jí)為44.1 dB，中部3.5 m處為48.3 dB，主振頻率范圍均在10~63 Hz之間。另外，除個(gè)別頻率點(diǎn)處的最大振級(jí)出現(xiàn)突變外，兩測點(diǎn)的最大振級(jí)變化規(guī)律基本相同，這與輪軌0.5 m處的變化規(guī)律保持一致。

2.2.2 垂軌方向振動(dòng)響應(yīng)分析

從圖2（a）可以看出，地下車輛段端部測點(diǎn)1、測點(diǎn)2振動(dòng)加速度響應(yīng)和最大振級(jí)在1~20 Hz倍頻程內(nèi)基本吻合。由于水平垂軌方向存在距離衰減，經(jīng)地面?zhèn)鬟f到測點(diǎn)2時(shí)的振動(dòng)能量減小，因此隨著頻率的增加振動(dòng)響應(yīng)逐漸減弱，這是因?yàn)榈皖l信號(hào)傳遞中不易衰減，但是隨頻率的增大，高頻能量衰減得更快、更明顯，振動(dòng)加速度響應(yīng)也相應(yīng)減弱。根據(jù)試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，庫內(nèi)端部處的主振頻率范圍在 20~63 Hz之間，并且振級(jí)總體呈現(xiàn)出衰減的趨勢(shì)，除個(gè)別頻率點(diǎn)處，兩測點(diǎn)的頻率特性變化規(guī)律也基本一致。

圖2 垂軌方向振動(dòng)分頻最大振級(jí)圖

如圖2（b）所示，車輛段庫內(nèi)中部振動(dòng)加速度及分頻最大振級(jí)變化規(guī)律與端部垂軌方向的變化規(guī)律一致，即中部斷面各測點(diǎn)沿水平垂軌方向振動(dòng)響應(yīng)逐漸衰減，但衰減的幅度與頻率的高低有關(guān)。

3 結(jié)論

該文以地鐵車輛段庫內(nèi)檢查坑地面振動(dòng)為研究對(duì)象，通過對(duì)現(xiàn)場試驗(yàn)測試，數(shù)據(jù)分析處理得到庫內(nèi)各斷面測點(diǎn)在時(shí)域、頻域下的變化規(guī)律及特點(diǎn)，主要結(jié)論如下：

（1）順軌方向振動(dòng)響應(yīng)關(guān)系：車輛段庫內(nèi)輪軌和樁基處各測點(diǎn)沿水平順軌方向振動(dòng)響應(yīng)在低頻時(shí)存在差異，隨頻率的增加差異逐漸減小，趨于吻合。

（2）垂軌方向振動(dòng)響應(yīng)關(guān)系：車輛段庫內(nèi)端部和中部各測點(diǎn)沿水平垂軌方向振動(dòng)響應(yīng)逐漸衰減，但衰減的幅度與頻率的高低有關(guān)。