宁杭城际铁路列车运行引起的地面振动现场测试

王婷婷 毛昆明* 王小燕

(金陵科技学院建筑工程学院,江苏 南京 211169)

宁杭城际铁路列车运行引起的地面振动现场测试

王婷婷 毛昆明* 王小燕

(金陵科技学院建筑工程学院,江苏 南京 211169)

对宁杭城际铁路列车运行引起的高架桥段地面振动竖向加速度进行了现场测试，分析了振动特征及其传播的衰减规律，结果表明：地面振动峰值速度和加速度随着离高架桥距离的增大而减小，20 m以内时地面振动衰减幅度较大；地面振动峰值随列车时速的提高而增大；靠近桥墩处的地表振动主要是由列车周期性的轮轴力作用而激发，远离桥墩处的地表振动主要是从靠近桥墩处的地表振动波传播而来，受轮轴力作用的影响程度轻。

列车，高架桥，地面振动，现场测试

随着列车运行速度的提高，列车轮群对线路的激励强度增大，激振频率提高，列车运行振动对周围居民、建筑物以及精密仪器的不利影响增大，这一现象已引起了国内外学者的广泛关注[1-6]。

宁杭高速铁路(又称宁杭高铁、宁杭客运专线)北起南京，南至杭州，全长248.963 km，正线桥梁比63%，正线隧道比11%。该项目为客运专线，双线，采用先进的CRH380A型列车，设计速度达到350 km/h。

对宁杭高速铁路列车运行引起的地面振动进行了现场测试，得到了一些数据，可以为实际工程提供参考，并对数据作了三维的分析，提供了一种新的研究思路。

1 测试方案

测试地点为南京市江宁区天景山公寓春秀苑。穿过该村的宁杭城际铁路高架桥段，桥墩高度约24 m、桥跨约41 m，此处地势平坦宽敞。采用东华测试仪测量地面振动的竖向加速度，采样间隔为1 ms。在垂直于高架桥方向布置10个速度检波器，每隔10 m布置1个。

2 地面振动测试结果与分析

2.1 不同车速情况下各测点地面振动加速度峰值

不同车速和车厢情况下各测点处地面振动加速度峰值见表1。

表1 不同车速情况下各测点地面振动加速度峰值

可以看出：1)随着离桥墩距离的增大，列车运行引起的地面振动强度逐渐衰减，20 m以内的衰减幅度较快，20 m以外的衰减幅度较平缓，并出现了振动反弹区；2)地面振动强度随列车车速的提高而增大。

2.2 地面竖向振动加速度的三维时空变化特征

列车运行振动是通过土体向外传播从而进一步诱发邻近建(构)筑物二次振动的，所以弄清振动在土体中的传播机理对于降低环境噪声具有指导意义。一般分析只能孤立地分析离高架桥不同距离处地表振动的时程曲线、频谱特性等，这种“跳跃式”的分析只能反映地表某几点的振动特征，无法体现振动波在地基介质中的连续性传播特征。因此对测试数据进行了三维分析，研究了高速列车通过高架桥时引起的地表振动三维时空变化特征及频谱特性，为进一步研究高速列车运行引起的环境振动提供了一种新的思路。

图1为列车通过高架桥时地表竖向振动加速度的三维时空变化特征图。X轴为各测点距高架桥的距离；Y轴为列车运行的时间；Z轴为地表竖向振动加速度。XZ平面表示不同的点在同一时刻的竖向加速度值，YZ平面表示同一点在不同时刻的竖向加速度值。为了更清晰地描绘地表竖向振动加速度三维时空变化特征，给出了两种不同视角的三维图像。

可以看出，离桥墩较近处(约10 m以内)，随着9组转向架依次跨过高架桥，地表竖向振动加速度出现了9组明显的周期性峰值，可以认为靠近桥墩处的地表振动主要是由列车周期性的轮轴力作用而激发的。随着离桥墩距离的增加，由于振动波能量的扩散以及土体阻尼对振动波能量的吸收，使轮轴力产生的地表竖向振动加速度的周期性峰值不再明显，取而代之的是一条条波浪状的条纹，呈现出显著的振动波在土介质中传播的波动特性，说明远离桥墩处的地表振动主要是从靠近桥墩处的地表振动波传播而来，受轮轴力作用的影响程度轻。

3 结论与展望

1)列车运行引起的地面振动强度随着离高架桥距离的增大而减小，20 m以内衰减幅度较大；振动强度随列车时速的提高而增大。

2)靠近桥墩处的地表振动主要是由列车周期性的轮轴力作用而激发，远离桥墩处的地表振动主要是从靠近桥墩处的地表振动波传播而来，受轮轴力作用的影响程度轻。

[1] 高广运,李志毅,冯世进,等.秦—沈铁路列车运行引起的地面振动实测与分析[J].岩土力学,2007,28(9):1817-1822.

[2] 陈建国,夏 禾,肖军华，等.列车运行对周围地面振动影响的试验研究[J].岩土力学,2008,29(11):3113-3118.

[3] 韦红亮,雷晓燕,吕绍棣.列车引发地面振动的现场测试及数值分析[J].环境污染与防治,2008,30(9):17-22.

[4] 葛 勇,张希黔,肖正直，等.无碴轨列车运行引起的环境振动影响评价[J].环境工程学报,2010,4(1):235-240.

[5] Takemiya, H. Substructure simulation of inhomogeneous track and layered ground dynamic interaction under train passage[J]. Journal of Engineering Mechanics,2005,131(7):699-711.

Site tests for ground concussion caused by Nanjing-Hangzhou Inter-city Railway trains

Wang Tingting Mao Kunming* Wang Xiaoyan

(ArchitecturalEngineeringCollege,JinlingInstituteofTechnology,Nanjing211169,China)

The paper undertakes the site measurement for the vertical acceleration of ground vibration at the viaduct bridges caused by Nanjing-Hangzhou Inter-city Railway trains, analyzes the vibration law and its attenuation laws of its transmission, proves by the result that peak velocity and acceleration of the ground vibration reduces along with its distance from the viaducts, and the attenuation ranges of the vibration within 20 meters is bigger; indicates the ground vibration peak increases with the improved train speed, points out the ground vibration near the piers can be activated by the periodic wheelset force and the ground vibration far away from the piers can be transmitted by the ground vibration wave near the piers with little influence by the wheelset.

train, viaduct, ground vibration, site test

2015-05-29

王婷婷(1993- ),女，在读本科生

毛昆明(1985- )，男，博士，讲师

1009-6825(2015)22-0153-02

U491.93

A