成都市域快轨减振措施效果分析

谢玉梅，贺玉龙，徐 鸿，程宇杰，周文祥

（1.西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 611756；2.中铁二院工程集团有限责任公司生态环境设计研究院，成都 610031）

1 研究背景

截至2022 年年底，我国内地累计运营城市轨道交通线路10 287.45 km，成都市城市轨道交通运营线路长度达652.04 km[1]。与此同时，环境振动污染日益突出，已经对沿线人们的日常生活造成了诸多不便，投诉事件时有发生。

目前，多位学者对地铁环境振动开展了研究。韦凯等[2]利用室内试验与模拟探讨规范中减振垫浮置板轨道减振效果评价的合理性。曾飞[3]分析了适用于市域铁路的减振措施。韩艺翚[4]通过实测对比了地铁5 种减振措施的减振效果。于坤宏[5]通过对多个城际铁路的环评预测值和实测值对比分析得知，城际铁路的振动源强偏低。金浩[6]探究了新型隔振材料—橡胶混凝土面支撑浮置板轨道的动力特性。Zhang[7]分别实测南昌地铁1 号线和上海地铁11 号线，研究了地铁隧道的列车振动特性。陈俊豪[8]通过实测时速130 km/h 的城际铁路的隧道钢轨、道床板和隧道壁振动，分析得出振动能量在各个位置的主要频段。

市域快轨的运行速度远高于地铁的运行速度，但现阶段对于市域快轨减振措施的减振效果研究较少。本文选取成都新建市域快轨18 号线某圆形盾构隧道，对不同减振措施的振动加速度进行现场测试，分析不同减振措施的减振效果，以期为今后市域快轨的减振措施选型提供借鉴。

2 现场测试

2.1 测试条件

成都市域快轨18 号线车辆全长188.42 m，宽3 000 mm，高3 842 mm，8A 编组，时速达到140 km/h，列车的受电方式为AC25 kV。18 号线参数如表1 所示。

表1 成都市域快轨18 号线参数Table 1 Parameters of Chengdu Metro Line 18

隧道结构为圆形盾构隧道，内径7.5 m，外径8.3 m，管片厚度0.4 m，直线段地下线。隧道所处地层为富水砂卵石层与泥岩。

2.2 测试仪器

采用8 通道信号采集仪INV3060A，采集列车通过隧道壁时的垂向振动加速度，传感器选用压电式加速度传感器，型号为LC0115T，量程为1 g，灵敏度5 000 mV/g，频率范围为0.1～1 500 Hz(±10%)。

2.3 测试断面

现场共测试6 个断面，分别是双层非线性减振扣件(简称“双非扣件”)、减振垫浮置板、钢弹簧浮置板及各自对应的普通道床。测试断面线路条件基本相同且距离相近，均为直线段圆形盾构隧道。轨道参数如表2 所示。

表2 轨道参数Table 2 Orbital parameters

2.4 测点布置

每个断面测试隧道壁的垂向振动加速度，测点位于距离轨顶面1.5 m 的隧道壁上。每一组普通道床与减振措施断面同区间同步进行测试，测试采集全天数据，选取10 组代表性数据，以减少随机误差，现场测试如图1 所示。测试按照标准进行[9-15]。

图1 现场测试Figure 1 Field test

2.5 评价指标

评价量为单次列车通过时间内的最大Z振级(VLZmax)，减振效果评价量为减振轨道与普通整体道床对比段隧道壁VLZmax的差值ΔVLZmax。

为对不同测点数据进行整合分析，利用《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》(HJ453—2018)[10]中的经验公式进行修正。由于在测试过程中，选取条件相似的路段同区间同步进行测试，故轴重、簧下质量、轮轨条件、隧道形式、距离衰减、建筑物类型和行车密度均一致，故列车振动修正公式计算如式(1)所示。

式中，VLZmax为修正后的VLZmax，dB；VLZ0max为列车运行振动源强，dB；CV为振动修正，按式(2)计算。

式中，V为列车通过减振断面的运行速度，km/h；V0为源强的列车参考速度，km/h。

3 测试结果分析

3.1 市域快轨振动源强

本次测试成都市域快轨18 号线市域A 型车的振动源强为69.6 dB(列车运行速度96 km/h)，大大低于环评阶段采用的源强87.2 dB(列车运行速度60 km/h)，也低于成都市目前A 型车和B 型车的实测振动源强，见表3。

表3 成都市轨道交通地下线典型振动源强Table 3 Typical vibration source intensities of Chengdu rail transit underground lines

出现这种现象的原因主要有：①该市域快轨轨面静态平顺度参照高铁标准执行CPIII 标准，轨面的平顺度远超一般的地铁线路；②此线刚投入运营，轮轨条件好，不存在钢轨波磨现象；③此线的盾构隧道比其他地铁线路的隧道内径大，成都地铁其他线路盾构隧道内径5.4 m，而18号线盾构隧道内径7.5 m；④此线的盾构隧道管片更厚，18 号线管片厚度0.4 m，其他线路管片厚度0.3 m，属于重型隧道结构，有利于减振。

3.2 双非扣件与普通道床段结果分析

选取10 组代表性直线段圆形盾构隧道数据进行分析，以消除随机干扰。双非扣件段与普通道床段隧道壁典型时域曲线分别如图2、图3 所示。

杏子就去了公社卫生院，这回不是她一个人，招财找支书扯了个谎，说公社里要开会，也去了，不过没有同行，杏子走前头，他走后头。还是那位眼镜医生，怎么又来了，哪里不舒服吗？杏子摇摇头，说我不想生，想打掉。眼镜医生问，带单位证明了吗？杏子又摇摇头。眼镜医生说，不论是刮宫还是引产，都得有单位证明的，你快回去开一个吧！

图2 双非扣件段隧道壁典型时域曲线Figure 2 Typical time-domain curve of double-layer nonlinear vibration reduction fastener

图3 普通道床段隧道壁典型时域曲线Figure 3 Typical time-domain curve of ordinary integral ballast bed

由图2～3 可知，直线段双非扣件测试断面和普通道床测试断面的隧道壁垂向振动加速度峰值分别为0.236 m/s2和0.256 m/s2，有效值分别为0.040 1 m/s2和0.045 8 m/s2。

双非扣件段与普通道床段隧道壁典型1/3 倍频程曲线如图4 所示。

图4 双非扣件与普通道床段隧道壁1/3 倍频程Figure 4 Double-layer nonlinear fastener and ordinary integral ballast bed, one-third octave

由图4 可知，双非扣件段和普通道床段隧道壁测点的垂向加速度频谱峰值主要分布在50～63 Hz。双非扣件的减振范围为5～40 Hz 和80～200 Hz；在6.3～25 Hz 和63～125 Hz 减振效果明显；在12.5 Hz减振效果最好，达到了17.3 dB。但是在1～5 Hz 存在振动放大现象。

双非扣件段隧道壁的VLZmax为63.4 dB，普通道床段隧道壁的VLZ0max为69.6 dB。普通道床段列车运行速度为96 km/h，双非扣件段列车运行速度为109 km/h。由式(2)，普通道床段的速度修正量为1.1 dB，修正后普通道床段的VLZmax为70.7 dB，因此，双非扣件的减振效果为7.3 dB。

3.3 减振垫浮置板与普通道床段结果分析

减振垫浮置板与普通道床段典型时域曲线分别如图5、图6 所示。减振垫浮置板和普通道床测点的隧道壁垂向振动加速度峰值分别为0.014 6 m/s2、0.261 m/s2，有效值分别为0.002 89 m/s2、0.051 6 m/s2。

图5 减振垫浮置板段隧道壁典型时域曲线Figure 5 Typical time-domain curve of shock-absorbing pad-floating plate

图6 普通道床段隧道壁典型时域曲线Figure 6 Typical time-domain curve of ordinary integral ballast bed

减振垫浮置板段与普通道床段隧道壁典型1/3 倍频程曲线如图7 所示。减振垫浮置板段和普通道床段隧道壁的垂向加速度频谱峰值主要分布在63 Hz 附近。减振垫浮置板道床的减振范围为31.5～200 Hz；在160 Hz 减振效果最好，达30 dB。但是在1～5 Hz 有振动放大的效果。

图7 减振垫浮置板与普通道床段隧道壁1/3 倍频程Figure 7 One-third octave band between floating plate of vibration damping pad and ordinary integral track bed

普通道床段的列车运行速度为106 km/h，减振垫浮置板段的列车运行速度为107 km/h。减振垫浮置板段隧道壁的VLZmax为49.9 dB，普通道床段隧道壁的VLZ0max为66.0 dB。由式(2)，普通道床段的速度修正值为0.1 dB，普通道床速度修正后的VLzmax为66.1 dB。减振垫浮置板的减振效果为16.2 dB。

3.4 钢弹簧浮置板与普通道床段结果分析

钢弹簧浮置板与普通道床段隧道壁典型时域曲线分别如图8、图9 所示，钢弹簧浮置板测试断面和普通道床测试断面的隧道壁垂向振动加速度峰值分别为0.010 2 m/s2、0.333 m/s2，有效值分别为0.002 01 m/s2、0.072 9 m/s2。

图8 钢弹簧浮置板段隧道壁典型时域曲线Figure 8 Typical time-domain curve of steel spring floating plate

钢弹簧浮置板段与普通道床段隧道壁典型1/3 倍频程曲线如图10 所示，钢弹簧浮置板段和普通道床段测点的垂向加速度频谱峰值主要分布在50～63 Hz。钢弹簧浮置板在5～200 Hz 范围均有减振效果；在20～200 Hz 范围减振效果明显，在63 Hz 减振效果最好，达到了25 dB。钢弹簧浮置板的固有频率为4 Hz，在1～5 Hz 有振动放大的现象。

图10 钢弹簧浮置板与普通道床段1/3 倍频程Figure 10 Steel spring floating plate and ordinary integral ballast bed, one-third octave

钢弹簧浮置板的隧道壁的VLZmax为44.7 dB，普通道床的隧道壁的VLZ0max为62.0 dB。普通道床的运行速度为103 km/h，钢弹簧浮置板的运行速度为139 km/h。由于此处的测点相距较远，且列车处于加速阶段，故速度相差较远，所以需要进行速度修正。由式(2)，普通道床的速度修正值为2.4 dB，修正后普通道床速度VLZmax为64.4 dB，钢弹簧浮置板的减振效果为19.7 dB。

综上所述，不同减振措施实际减振效果如表4 所示。

表4 不同减振措施的减振效果Table 4 Vibration reduction with vibration reduction measures

4 地面环境振动测试

地面环境振动测点现场如图11 所示。

图11 地面测试现场Figure 11 Ground-test site map

4.1 双非扣件与普通道床段地面振动分析

地面测点条件：富水砂卵石地层，邻近道路，来往车辆多为小汽车；双非扣件段埋深30 m，普通道床段埋深24 m。双非扣件与普通道床段地面测试1/3 倍频程分析如图12 所示，地面双非扣件段测点和普通道床段测点的垂向加速度频谱峰值主要分布在50～63 Hz。双非扣件段地面振动的减振范围为8～25 Hz、50～160 Hz；在50～160 Hz 的减振效果明显，在63 Hz 减振效果最好，达到了20 dB。但是在2～3 Hz、32～45 Hz有振动放大现象。双非扣件段地面振动的VLZmax为47 dB，普通道床段地面振动的VLZmax为53 dB。经计算，埋深修正量影响较小，故不考虑埋深影响。

图12 双非扣件与普通道床段地面测点1/3 倍频程曲线Figure 12 One-third-octave curve of double-layer nonlinear damping fasteners and ground measuring points of ordinary integral ballast bed

4.2 减振垫浮置板与普通道床段地面振动分析

地面测点条件：富水砂卵石地层，邻近道路，来往车辆多为小汽车；减振垫浮置板断面埋深24 m，普通道床段埋深21 m。减振垫浮置板道床与普通道床段地面振动1/3 倍频程曲线如图13 所示。

图13 减振垫浮置板与普通道床段地面测点1/3 倍频程曲线Figure 13 One-third-octave curve of vibration damping pad floating slab track bed and ordinary integral track bed

由图13 可知，地面减振垫浮置板段测点和普通道床测点地面振动的垂向加速度频谱峰值主要分布在40～50 Hz。减振垫浮置板在6～60 Hz、125～200 Hz范围均有减振效果，其中在6～60 Hz 范围减振效果明显，在24 Hz 减振效果最好，达到了19 dB。在1～3 Hz有振动放大的现象。减振垫浮置板的地面VLZmax为44 dB，普通道床的地面VLZmax为54.5 dB。经计算，埋深修正量影响较小，故不考虑埋深影响。

4.3 钢弹簧浮置板与普通道床段地面振动分析

钢弹簧浮置板断面地面测点条件：泥岩，埋深24 m，邻近道路，来往车辆多为大卡车。普通道床断面地面测点条件：泥岩，埋深47 m，封闭道路，无来往车辆。钢弹簧浮置板与普通道床段地面测点1/3 倍频程如图14 所示。

图14 钢弹簧浮置板与普通道床段地面测点1/3 倍频程Figure 14 One-third-octave curve of steel spring floating plate and common integral track bed

由图14 可知，钢弹簧浮置板段地面测试断面和普通道床段测试断面的垂向加速度频谱峰值主要分布在50 Hz 附近。钢弹簧浮置板的减振范围为2～10 Hz，在10～80 Hz 减振垫浮置板的VLZmax大于普通道床，但在1～2 Hz 有振动放大的效果。钢弹簧浮置板的地面VLZmax为43 dB，普通道床的地面VLZmax为42 dB。

由于两个测点的埋深差距较大，需要进行修正之后再比较，利用《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》经验公式进行埋深修正。地下线线路中心线正上方至两侧7.5 m 范围内：

式中，H为预测点地面至轨顶面的垂直距离，m；β为土层的调整系数，取0.25。

根据式(3)可得，钢弹簧浮置板段的距离衰减CD为–6.04 dB，普通道床段的距离衰减CD为–8.47 dB。修正后，钢弹簧浮置板段地面VLZmax为49.04 dB，普通道床段地面VLZmax为50.47 dB。

考虑埋深影响后，钢弹簧浮置板的VLZmax略小于普通道床的VLZmax。除此之外，钢弹簧浮置板地面测点还受到地面交通影响最终导致地面测点的VLZmax偏大。普通道床在经过地层衰减后，衰减了15 dB，由于埋深大且无环境干扰，故衰减量较大。

5 结论

1) 成都市域快轨18 号线振动源强为69.6 dB，低于成都市目前A 型车和B 型车的实测振动源强。良好的轨面平顺性与轮轨关系、重型隧道结构有利于降低振动源强。

2) 成都市域快轨18 号线双非扣件的减振效果为7.3 dB，在6.3～25 Hz 和63～125 Hz 的减振效果明显；减振垫浮置板道床的减振效果为16.2 dB，在31.5～200 Hz 的减振效果明显；钢弹簧浮置板的减振效果为19.7 dB，在20～200 Hz 的减振效果明显。

3) 减振垫浮置板、双非扣件对地面环境振动也有明显衰减作用，地面测点振动符合标准。