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成都市域快轨减振措施效果分析

城市轨道交通网CCRM

2025-02-07

本文发布已获得《都市快轨交通》授权

原文发表于《都市快轨交通》

第 37 卷第 1 期 2024 年 2 月

如有转载请联系版权方，标明出处

谢玉梅1，贺玉龙1，徐鸿2，程宇杰1，周文祥1

摘要:为评价市域快轨的减振效果，以成都市域快轨18号线某圆形盾构隧道为例，选取了线路条件基本相同的相近断面，对双层非线性减振扣件、减振垫浮置板、钢弹簧浮置板3种减振措施及对应普通道床断面进行现场测试，研究市域快轨减振措施的减振效果。通过对实测数据进行时域、频域和1/3倍频程分析，得到不同减振措施和普通断面的隧道壁最大Z振级(VLZmax)，并对比得到不同减振措施的减振效果；通过对测点的隧道壁振动加速度级及地面振动进行1/3倍频程分析，得到振动的传播衰减情况。结果表明：3种减振措施都有减振效果，双层非线性减振扣件减振效果为7.3dB，减振垫浮置板的减振效果为16.2dB，钢弹簧浮置板的减振效果最好，达到了19.7dB。关键词:市域快轨；减振措施；减振效果；1/3倍频程；双层非线性减振扣件；减振垫浮置板；钢弹簧浮置板中图分类号:U239.5；X839文献标志码:A文章编号:1672-6073(2024)01-0120-07

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10287.45km，成都市城市轨道交通运营线路长度达652.04km[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130km/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188.42m，宽3000mm，高3842mm，8A编组，时速达到140km/h，列车的受电方式为AC25kV。18号线参数如表1所示。

隧道结构为圆形盾构隧道，内径7.5m，外径8.3m，管片厚度0.4m，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1g，灵敏度5000mV/g，频率范围为0.1～1500Hz(±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。

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1.5m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]。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。VLZmax=VLZ0max+CV(1)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。CV=20lgV/V0(2)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69.6dB(列车运行速度96km/h)，大大低于环评阶段采用的源强87.2dB(列车运行速度60km/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。

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5.4m，而18号线盾构隧道内径7.5m；④此线的盾构隧道管片更厚，18号线管片厚度0.4m，其他线路管片厚度0.3m，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。

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0.236m/s2和0.256m/s2，有效值分别为0.0401m/s2和0.0458m/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。

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50～63Hz。双非扣件的减振范围为5～40Hz和80～200Hz；在6.3～25Hz和63～125Hz减振效果明显；在12.5Hz减振效果最好，达到了17.3dB。但是在1～5Hz存在振动放大现象。双非扣件段隧道壁的VLZmax为63.4dB，普通道床段隧道壁的VLZ0max为69.6dB。普通道床段列车运行速度为96km/h，双非扣件段列车运行速度为109km/h。由式(2)，普通道床段的速度修正量为1.1dB，修正后普通道床段的VLZmax为70.7dB，因此，双非扣件的减振效果为7.3dB。

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0.0146m/s2、0.261m/s2，有效值分别为0.00289m/s2、0.0516m/s2。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63Hz附近。减振垫浮置板道床的减振范围为31.5～200Hz；在160Hz减振效果最好，达30dB。但是在1～5Hz有振动放大的效果。普通道床段的列车运行速度为106km/h，减振垫浮置板段的列车运行速度为107km/h。减振垫浮置板段隧道壁的VLZmax为49.9dB，普通道床段隧道壁的VLZ0max为66.0dB。由式(2)，普通道床段的速度修正值为0.1dB，普通道床速度修正后的VLzmax为66.1dB。减振垫浮置板的减振效果为16.2dB。

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0.0102m/s2、0.333m/s2，有效值分别为0.00201m/s2、0.0729m/s2。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50～63Hz。钢弹簧浮置板在5～200Hz范围均有减振效果；在20～200Hz范围减振效果明显，在63Hz减振效果最好，达到了25dB。钢弹簧浮置板的固有频率为4Hz，在1～5Hz有振动放大的现象。钢弹簧浮置板的隧道壁的VLZmax为44.7dB，普通道床的隧道壁的VLZ0max为62.0dB。普通道床的运行速度为103km/h，钢弹簧浮置板的运行速度为139km/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2.4dB，修正后普通道床速度VLZmax为64.4dB，钢弹簧浮置板的减振效果为19.7dB。综上所述，不同减振措施实际减振效果如表4所示。

4地面环境振动测试

地面环境振动测点现场如图11所示。

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30m，普通道床段埋深24m。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50～63Hz。双非扣件段地面振动的减振范围为8～25Hz、50～160Hz；在50～160Hz的减振效果明显，在63Hz减振效果最好，达到了20dB。但是在2～3Hz、32～45Hz有振动放大现象。双非扣件段地面振动的VLZmax为47dB，普通道床段地面振动的VLZmax为53dB。经计算，埋深修正量影响较小，故不考虑埋深影响。

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24m，普通道床段埋深21m。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。

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40～50Hz。减振垫浮置板在6～60Hz、125～200Hz范围均有减振效果，其中在6～60Hz范围减振效果明显，在24Hz减振效果最好，达到了19dB。在1～3Hz有振动放大的现象。减振垫浮置板的地面VLZmax为44dB，普通道床的地面VLZmax为54.5dB。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24m，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47m，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。

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50Hz附近。钢弹簧浮置板的减振范围为2～10Hz，在10～80Hz减振垫浮置板的VLZmax大于普通道床，但在1～2Hz有振动放大的效果。钢弹簧浮置板的地面VLZmax为43dB，普通道床的地面VLZmax为42dB。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7.5m范围内：CD=–81g[β(H–1.25)](3)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–6.04dB，普通道床段的距离衰减CD为–8.47dB。修正后，钢弹簧浮置板段地面VLZmax为49.04dB，普通道床段地面VLZmax为50.47dB。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15dB，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69.6dB，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7.3dB，在6.3～25Hz和63～125Hz的减振效果明显；减振垫浮置板道床的减振效果为16.2dB，在31.5～200Hz的减振效果明显；钢弹簧浮置板的减振效果为19.7dB，在20～200Hz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。

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