地铁车辆段试车线振动传播规律

林楚娟 戚月昆 邢 诒 梁常德

(1. 深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司 广东深圳 518057；2. 深圳市人居环境技术审查中心 广东深圳 518055)

地铁车辆段试车线振动传播规律

林楚娟1戚月昆1邢 诒2梁常德2

(1. 深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司 广东深圳 518057；2. 深圳市人居环境技术审查中心 广东深圳 518055)

通过对深圳市已建成运行的前海湾车辆段和横岗车辆段的试车线在运营过程中产生振动的横向传播和上盖物业的垂向传播影响进行实地监测，研究试车线在正常运营情况下的振动影响源及传播情况，结果表明，试车线振动在水平方向上的传播，均随着距离的增加而呈不断下降趋势，距离越近，衰减速率越快，距离越远，衰减越慢；振动在垂直方向上的影响分布，整体上均是随着楼层的增加而呈现下降趋势。

车辆段；试车线；振动传播规律；前海湾车辆段；横岗车辆段；深圳

1 研究背景

近年来，随着深圳经济的迅速发展，城市轨道交通的建设在方便大众的同时，也带来了一系列的问题，振动影响就是其中之一。随着地铁和车辆段上盖物业的建设，地铁及车辆段的运营带来的振动影响范围和涉及面将更加广泛。据统计，深圳目前在建和拟建设的5个车辆段上盖物业建设项目规划总建筑面积达到290多万m2，居住人口将达到9万多人，而未来规划建设的地铁线路还有11条(其中正在实施的有7条)，这些线路也势必要同步考虑进行车辆段及上盖物业的建设。未来建成后，车辆段及地铁站的上盖物业总建筑面积将达到1 000万m2，其居住和服务人口数量庞大，这些居民的生活质量会受到振动的影响，这种影响如果不能得到有效解决，造成的居民投诉及居民对政府公信力的质疑也将成为深圳市人居环境委员会及政府相关部门面临的一个难题。

在地铁车辆段内，振动的影响源主要发生在试车线试车时和列车进出正线与车辆段之间。其中，由于试车线的设计基本上参照正线进行[10]，试车时的行车速度比列车进出车辆段时要快，其振动影响源是不可忽视的。因此，有必要对地铁车辆段试车线的振动影响规律进行研究，通过实测分析等方法，探讨试车线在正常运营情况下的振动影响源及传播情况。

2 监测方案

2.1 监测对象基本情况

深圳市横岗车辆段：车型均为B型，车辆长度为118.28 m，6辆编组。车辆段上方为上盖大平台(平台高12.3 m)，平台之上为架空车库(层高5.6 m)，架空车库之上为住宅的架空花园，架空花园之上为住宅。上盖结构类型为现浇钢筋混凝土框支剪力墙结构，安全等级为二级，车辆段建筑与上盖物业之间无特殊减振结构。试车线位于车辆段(全封闭的钢筋砼建筑)内，其顶部局部设置天窗。

深圳市前海湾车辆段：车型均为A型，车辆长度为140 m，6辆编组。车辆段(0～9 m)上方为上盖大平台，平台之上为上盖物业汽车停车库及商业(9～16 m)，再往上为架空层，之后为住宅。上盖结构类型为现浇钢筋混凝土框支剪力墙结构，车辆段建筑与上盖物业之间无特殊减振结构。试车线位于车辆段(半封闭的钢筋砼建筑)内，其顶部局部设置天窗。

2.2 横向传播规律监测方案

根据前海湾车辆段和横岗车辆段试车线现场的条件，分别在前海湾车辆段和横岗车辆段的中间位置(速度较高处)，设定一个与试车线相垂直的横断面，在前海湾车辆段，测点与试车线外轨道中心线的距离分别为3.0 m、10 m、30 m和60 m，在横岗车辆段距离分别为2.5 m、10 m、20 m、30 m和60 m。横断面测点均位于车辆段内，测点之间均为开阔的混凝土硬化地面。当列车经过时，试车线产生的振动均随着地基及其相互连接的混凝土地面向车辆段内横向传播。详见图1、2中试车线与横向测点的相对位置关系。

2.3 纵向传播规律监测方案

距离前海湾车辆段试车线上盖上方最近的建筑物为18B栋，共26层住宅，本次拟在18B栋的1～5、7、9、11、13、15、19、23、26层室内进行垂直衰减断面的振动影响监测；距离横岗车辆段试车线上盖最近的建筑物为5栋，共有13层，由于2层的现场限制，无法进入室内检测，因此，本次监测拟在5栋的1、3、4、5、7、9、11、13层的室内设垂直衰减断面进行振动监测。

垂直监测点均位于住宅楼室内，在竖向的同一根桩基柱子旁0.2 m处，试车线列车经过时产生的振动，通过横向和竖向两个方向一起传播到达住宅室内。图1、2也表示出试车线与垂向测点的相对位置关系。

图1 前海湾车辆段试车线与上盖物业之间的位置关系及振动测点位置

图2 横岗车辆段试车线与上盖物业之间的位置关系及振动测点位置

2.4 测定因子和时段

监测试车线列车车头到达测点和车尾离开测点的时间段内的振动值，包括VLZ，max和VLZ10。

2.5 测定仪器

采用杭州爱华仪器有限公司生产的AWA6256B+型振动测定仪和AWA14400型加速度传感器，量程为48～158 dB，精度级别为Ⅱ级。

3 试车线振动横向传播实测分析

3.1 试车线振动横向传播规律

测定结果见图3。从测定结果可以看出，前海湾车辆段试车线在试车过程中5次列车通过时的VLZ，max平均值和横岗车辆段试车线在试车过程中4次列车通过时的VLZ，max平均值，均随着距离的增加而呈不断下降趋势，距离越近，衰减速率越快;距离越远，衰减速率越慢。在30 m范围内，振动VLZ，max平均值随着试车线轨道与测点距离的增加而急剧下降，在距离超过30 m后，振动的衰减缓慢，基本上处于平稳状态。总体来说，本次监测的振动在水平方向的传播遵循递减规律，这与目前国内外的研究成果基本相同。

图3 试车线振动影响横向传播规律

在距离外轨道同样是10 m处，横岗车辆段VLZ，max的平均值比前海湾的高出6.3 dB。在20 m范围内，横岗车辆段的振动源衰减比前海湾车辆段的快；在距离20 m处，其振动影响基本上一致；而在超过20 m处，横岗车辆段的振动影响值比前海湾的低。到了同样距离外轨道是30 m处时，横岗车辆段VLZ,max的平均值比前海湾的低5.5 dB，这说明在距离试车线外轨道30 m范围内，横岗车辆段的VLZ，max平均值随距离衰减比前海湾车辆段的更快，其经过距离的传播后影响更小。

在20 m范围内，横岗车辆段的振动值均比前海湾车辆段的高。根据监测数据可知，横岗车辆段在距离试车线(最高速段)10 m处的振动值为70.7 dB，超过昼间标准(70 dB)0.7 dB，而在距离试车线20 m处的振动值为61.8 dB，达标；前海湾车辆段在距离试车线(非最高速段)10 m处的振动值可以满足昼间标准要求。在距离外轨道30 m处，两个车辆段的VLZ，max平均值均低于60 dB，在振动影响的可接受范围内。

3.2 横断面振动传播途径及影响因素

4 试车线振动纵向传播实测分析

4.1 试车线振动纵向传播规律

测定结果见图4。

图4 试车线振动影响纵向传播规律

从前海湾车辆段试车线的振动影响监测可知，前海湾车辆段试车线在试车过程中的振动影响(列车通过时的VLZ，max平均值)，在1～3层随着楼层的增加而不断上升，在4层突然出现下降，到5层又上升，然后呈现直线下降趋势。从监测数据看，VLZ,max平均值在52.9～66.5 dB之间，最高值出现在第3层，最低值出现在第26层。

根据试车时对横岗车辆段横断面的振动影响监测可知，横岗车辆段试车线在试车过程中的振动影响(列车通过时的VLZ，max平均值)，在1～4层均随着楼层的增加而呈不断上升趋势，在第5层突然下降，然后在第6层又上升，然后一直呈直线下降趋势。VLZ，max平均值在47.8～57 dB之间，其中，最高值出现在第4层，最小值出现在最高的第13层。

从对两个车辆段的上盖物业受到试车线振动影响的实测数据分析可以看出，在试车线试车的过程中，其上盖物业建筑物受到的振动在垂直方向上的影响分布，存在相对一致的趋势，总体上均是随着楼层的增加而呈现下降趋势。

本次研究结果与谢达文等[11]的楼层最大振动速度随楼层增加而增加的动态模拟结果不同，主要原因一个是模拟，一个是实测，而且模拟的条件、对象与本次实际监测中的条件、对象不同。事实上，目前国内外关于振动在垂直方向上的传播规律研究方面，存在着不同的结论。有的监测研究表明，轨道交通引起的建筑物结构振动随楼层的增加呈现相应的衰减趋势，与本次监测研究结果比较相近；有的研究认为[12]，建筑物竖向振动随楼层的增加有小幅度增加，但变化不大；还有的研究表明，在同一频率地铁振动荷载影响下，4层高度的同一建筑物楼层振动基本相同，上层振动比下层振动仅有小幅度上升；有的研究认为[13]，建筑物层数较低时，结构振动响应随楼层单调增加,当建筑物层数较高时，楼层的速度和加速度与楼层的高度并不成线性变化。不同的研究存在着不同的结论，这是因为轨道交通列车引起的建筑物振动，其振级的大小不仅与建筑物高度有关，还与建筑物的结构形式、基础类型以及与铁路的距离等有密切的关系。

4.2 车辆段上盖物业受到振动影响的对比

两个车辆段试车线振动垂向如图5所示。

图5 两个车辆段试车线振动垂向

从前面的源强测定可以看出，横岗车辆段试车线的振动源强比前海湾车辆段的要高，但是从监测数据看，在上盖平台同样楼层上，前海湾上盖物业18B栋测得的VLZ，max平均值比横岗车辆段上盖物业5栋测得的VLZ，max平均值要高。这主要是由于测点与试车线的水平位置不同造成的。前海湾试车线垂直测点就在试车线旁边相应桩基对应的垂向位置上，距离试车线的外轨道中心线水平距离只有2 m，18B栋由于距离试车线比较近，测点就在试车线上方振动最不利处，受到来自试车线的振动影响相对较大；而横岗车辆段的纵向测点5栋上盖物业距离试车线的水平距离较远，大约53 m，因此其上盖物业受到来自试车线的振动影响相对较小。从监测数据看，两个车辆段的试车线产生的振动Z振级，经过垂直衰减后，在上盖物业测定的VLZ，max平均值均低于67 dB，满足GB 10070—88《城市区域环境振动标准》(简称“振动标准”)中的2类标准。

4.3 试车线振动向上盖物业垂向传播的影响

从监测现场看，两个车辆段试车线的布置基本上相似，均在接近上盖边缘的下方，采用的均是有砟道床，均是通过柱体和上盖体与上盖物业进行连接，但是连接结构、连接方式、隔层高度、同样楼层与试车线的相对高差等均存在不同，这使得其在传播的过程中对振动的削弱效果不同，从而直接影响到VLZ，max平均值。

5 结语

5.1 振动的水平传播

车辆段内列车经过时，其产生的振动影响在水平方向上的传播，均随着距离的增加而呈不断下降的趋势，距离越近，衰减速率越快，距离越远，衰减速率越慢；在30 m范围内，振动VLZ，max平均值随着试车线轨道与测点距离的增加而急剧下降，在距离超过30 m处，振动的衰减缓慢，基本上处于平稳状态。在距离试车线外轨道30 m处，VLZ，max平均值低于“振动标准”中的2类标准值。

5.2 振动的垂向传播

在试车线试车的过程中对上盖物业振动影响的实测可知，振动在垂直方向上的影响分布，整体上均是随着楼层的增加而呈现不断下降趋势。

采取一定的减振隔振措施后，列检库的振动源经过上盖结构的传播到达上盖平台时，其振动影响均得到一定的衰减。车辆段的试车线产生的振动Z振级，经过垂直衰减后，在上盖物业测定的VLZ，max平均值均低于67 dB，可以满足“振动标准”中的2类标准。

根据GB/T 50355—2005《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》，住宅建筑(含商住楼)对1/3倍频程中心频率为1～80 Hz的室内铅垂向振动加速度级宜在67～90 dB。本次在两个车辆段的上盖物业室内的监测结果均低于67 dB，而且本次选取的测点为振动最不利位置的上盖建筑，因此，这两个车辆段目前已经采取的减振措施可以满足要求，无需再另外增加减振措施。

[2] 魏鹏勃.城市轨道交通引起的环境振动预测与评估[D].北京：北京交通大学，2009.

[3] 文强.地铁列车引起的自由场地振动规律及对周围建筑物影响研究[D].北京:北京交通大学，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.

(编辑：王艳菊)

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，硕士，工程师，从事环境影响评价和环境保护相关的课题研究，linchujuan@126.com

U231.96

A

1672-6073(2015)05-0077-05