地铁曲线段地面环境振动传播特性研究

杨梦琦 贺玉龙 蔡思奇

摘要：为研究地铁地下线曲线段地面环境振动传播特性，选取成都地铁10号线某曲线段作为研究对象，通过实测地表振动的方式，分别对比曲线段内/外径及同一侧水平、垂直两向振动传播情况。结果表明：随着距离的增加内径无论在垂向或水平向振动加速度上相较外径更大，而内外径两向振动加速度优势频率稳定分布在75～100 Hz。同时在振动加速度级对比中，垂向与水平向振动加速度级在内外径均呈现较为相近。

关键词：振动与波； 曲线段； 地铁

中图分类号：U231.96文献标志码：A

0引言

随着城市轨道交通建设的不断发展，地铁在带给市民出行便利的同时也存在一系列的噪声振动问题。国内外的诸多学者针对地铁运行产生环境振动的特性与影响已开展了较多的研究，如黄强、刘维宁等［1-2］针对地铁列车引起的地面振动进行了实测与衰减特性分析，马蒙、宗刚及郑鑫等［3-4］就地铁引起振动衰减过程中的振动放大现象进行了实测与机理分析，总体而言研究多针对于直线段情况。而对于曲线段的研究相对较少，袁扬、张逸静等［6-7］在研究曲线段地面环境振动时，均发现在近场区域水平向环境振动有效值要远大于垂向。

而针对曲线段的实测研究多关注于内径或外径单向的振动衰减情况，对两侧的振动衰减对比研究相对较少。本文通过对成都地铁10号线某曲线段内外径环境振动进行实测，以分析其传播特性及内外径振动的差异性。

1现场测试概况

现场测试选取成都地铁10号线一期华兴站至金花站天府芙蓉园内某曲线段，曲线段半径为500 m。地铁10号线运营车辆为6编组A型车，全长约140 m，通过实测列车通过测试点的运行速度约为90 km/h。为避免周围环境产生的干扰，测试选择于夜间开展。现场测点布置如图1所示。

以两条轨道的中心线、曲线段中心线交点为原点（即0 m处），垂直于曲线切线分别向内外径布置测点，分别在距原点5 m、10 m、15 m、20 m、25 m处布置，每处测点测试水平（x）与垂直（y）两向的振动数值。

测试采用东方振动和噪声技术研究所INV3062-C1（S）24位智能数据采集系统，垂向和水平向941B型拾振器（H、V），采样频率1 024 Hz。

2内外径地面振动衰减特性分析

为确保内外径测点测试结果具有可对比意义，在内径测点选取车辆内线运行（列车下行至金花）、而在外径测点则选取车辆外线运行（列车上行至华兴）的数值进行分析。同时为减少测试时的误差情况，内外径测点测试至少选取10趟有效数据进行取平均值计算。由于篇幅所限，于图2中仅在内外径各测点数据中选择一组典型振动时程曲线。

内外径各测点的振动加速度有效值与峰值分贝如表1、表2所示。

通过表1、表2内数据可以观察到，随着测点距中心点距离的增加，两向振动加速度峰值与有效值均整体呈现衰减的趋势，但无论在内外径测点均存在不同程度的振动放大现象。其中外径测点的振动加速度在垂向上呈现随着距离增加持续衰减的情况，而水平向上在15 m和25 m处出现了振动放大现象，与前一点对比分别放大了18.4%和141%，而针对内径测点可以发现，垂向与水平向均存在着振动放大现象，其中在20 m处振动放大现象最为明显与前一点相比垂向放大31.7%，水平向则放大92.37%。

对比内外径测点两向间振动加速度有效值可以发现，除外径20 m点外其余测点水平向有效值均大于垂向有效值，且发生振动放大现象时水平向有效值的增幅也比垂向更大。而内外径测点振动加速度有效值对比情况则显示，在水平与垂直方向上随着距离的增加，内径测点振动加速度较外径测点相对较大。其中在水平向相差相对垂向而言较小；而在垂向方面，近场时内外径测点数值相差不大、随着距离增加内径测点逐渐显示出优势。

如图3所示的是5～25 m內外径测点两向振动加速度的中心频率对比。

可以发现内外径测点两向振动加速度的优势频率范围基本集中在75～100 Hz，而在振动放大最显著的测点，除优势频率的振动加速度急剧放大外，位于频率200 Hz处的振动加速度同样有明显的增长情况。

3内外径测点两向地面振动加速度级对比分析

地面振动加速度级反映的是客观振动幅值的大小，根据三分之一倍频程换算而来。图4列出内外径测点5 m、15 m和25 m的两向振动加速度级对比。通过内外径测点两向地面振动加速度级的对比分析，内外径在各个测点上垂向与水平向加速度振级大小基本相同，而相同距离测点的三分之一倍频程各中心频率的加速度级也呈相同分布趋势。

从图4可以观察到，不管在近场还是远场，水平向加速度振级与垂向的差距均较小，且在振动放大现象出现的测点，水平向相较垂向加速度振级甚至更大，因此在研究地铁振动传播所造成的影响时应统筹考虑多向振动所共同造成的影响。

4结束语

通过对成都地铁十号线曲线段内外径地面振动的实测分析，可以初步得到结论：

（1）随着距离的增加地面振动在内外径两向上整体呈现衰减的趋势，但在内外径测点均存在明显的振动放大区，振动

放大现象在水平向振动中表现得尤为明显。

（2）对比内外径测点两向振动加速度可以发现随着距离的增加，不管在垂向还是水平向、内径测点相较外径测点振动加速度都有一定的优势。

（3）从频域分析结果来看，随着距离的增加在该曲线段振动加速度反映出的优势频率基本维持在75～100 Hz。

（4）通过未计权振动加速度级分析，内外径测点在两向振动加速度级上差距不大。不管在内外径，水平向与垂向相比差距同样较小，振动放大现象出现时水平振动加速度级在多个中心频率相较垂向甚至更大。因此在研究地铁振动传播所造成的影响时应统筹考虑多向振动所共同造成的影响。

参考文献

［1］黄强，姚湘静，黄宏伟，等.地铁运行时轨道-隧道-地层振动实测与分析［J］.振动.测试与诊断，2018，38（2）：260-265+416.

［2］刘维宁，杜林林，刘卫丰.地铁列车曲线运行振动源强特性分析［J］.铁道学报，2019，41（7）：26-33.

［3］马蒙，刘维宁，王文斌.轨道交通地表振动局部放大现象成因分析［J］.工程力学，2013，30（4）：275-280+309.

［4］宗刚，张永红，任晓崧.地铁致地表振动局部放大现象实测与机理分析［J］.振动与冲击，2017，36（9）：247-252.

［5］郑鑫，陶夏新，王福彤，等.轨道交通地面振动衰减关系中局部放大现象形成机理研究［J］.振动与冲击，2014，33（3）：35-40.

［6］袁扬，刘维宁，刘卫丰.基于现场测试的曲线段地铁地面振动传播规律［J］.中国铁道科学，2012，33（4）：133-138.

［7］张逸静，陈甦，王占生.城市轨道交通引起的地面振动传播研究［J］.防灾减灾工程学报，2017，37（3）：388-395.

［作者简介］杨梦琦（1994—），女，硕士，助理工程师，研究方向为环境噪声与振动控制。