城轨道交通系统引起的环境振动问题2

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1、# / 18城市轨道交通系统引起的环境振动问题3城市轨道交通系统引起的环境振动问题夏禾吴萱于大明()北方交通大学土木建筑工程学院，北京100044摘 要城市轨道交通系统对环境及周边建筑物的振动影响正在引起人们的广泛关注，本文对此问题及国内外研究状况作了系统的综述关键词轨道交通系统环境 振动影响分类号T U 311 . 3En vir on men tai Vibrati on In duced by Urba nRa il Tran sit SystemXia He Wu Xua n Yu Dami ng()College of Civil Engin eeri ng and Architec

2、t ure , No rt her n J iaoto ngU n iversit y ,Beiji ng 100044b5E2RGbCAPAbstract In flue nces of t he urba n rail t ran sit in duced vibratio n o n the surro unding en vi2p1EanqFDPwro nment s have aro used a great deal of p ublic at ten tio n . The researches in Chi na and DXDiTa9E3dabroad o n t his p

3、 ro blem are systematically summarized in t his paper .RTCrpUDGiT5PCzVD7HxAKey words rail t ran sit system en viro nment vibratio n effect s1 国内外研究工作概况随着现代工业的迅速发展和城市规模的日益扩大 , 振动对大都市生活环境和工作 环境的 影响引起了人们的普遍注意 . 国际上已把振动列为七大环境公害之一 , 并开始 着手研究振动的 jLBHrnAILg污染规律 、产生的原因 、传播途径 、控制方法以及对人体的危害等 .（ 据有关国家统计 , 除工厂

4、、企业和建筑工程外 , 交通系统引起的环境振动 主要 是引起建筑1 ） 物的振动是公众反映中最为强烈的 . 随着城市的发展 , 在交通系统设计规 划中 , 对环境影 响的考虑越来越多 . 这主要因为过去城市建筑群相对稀疏 , 而现在 , 随着城市建设的迅猛发展 , 多层高架道路 、地下铁道 、轻轨交通正日益形成一个立 体空间交通体系 , 从地下 、地面和空中逐 步深入到城市中密集的居民点 、商业中心 和工业区 . 如日本东京市内的交通道路很多已达到 5 ,7 层 , 离建筑物的最短距离小 到只有几米 , 加上交通密度的不断增加 , 使得振动的影响日益 增大 . 交通车辆引起的 结构振动通过周围

5、地层向外传播 , 进一步诱发建筑物的二次振动 , 对建 筑物特别是古 旧建筑物的结构安全以及其中居民的工作和日常生活产生了很大的影响 . 例如 xHAQX74J0X3 国家自然科学基金资助项目本文收到日期 1998211230 夏禾 男 1951 年生 教授 email hxia center . njt u. edu. cnLDAYtRyKfE在捷克 , 繁忙的公路和轨道交通线附近 , 一些砖石结构的古建筑因车辆通过时引 起的振动而产 生了裂缝 , 其中布拉格 、哈斯特帕斯和霍索夫等地区发生了由于裂缝 不断扩大导致古教堂倒塌 的恶性事件 . 在北京西直门附近 , 距铁路线约 150 m 处一

6、 座五层楼内的居民反映 , 当列车通过 时可感到室内有较强的振动 , 且受振动影响一段 时间后 , 室内家具也发生了错位 . 另外 , 由于人 们对生活质量的要求越来越高 , 对于 同样水帄的振动 , 过去可能不被认为是什么问题 , 而现在 却越来越多地引起公众的强 烈反应 . 这些都对交通系统引起的结构振动及其对周围环境影响 Zzz6ZB2Ltk2 ,21 的研究提出了新的要求 , 也引起了各国研究人员的高度重视 .日本是振动环境污染最为严重的国家之一 , 在其“公害对策基本法”中 , 明确振 动为七个典 型公害之一的同时 , 还规定了必须采取有效措施来限制振动 . 在“限制振 动法”中 ,

7、 特别对交通 振动规定了措施要求 , 以保护生活环境和人民的健康 . T. Fujikake 、青木一郎和 K. Hayakawa 9 ,17 ,21 等分别就交通车辆引起的结构振动发 生机理 、振动波在地下和地面的传播规律及其对 周围居民的影响进行了研究 , 提出 了周围环境振动水帄的预测方法 . dvzfvkwMI1面对公众的强烈反映 , 英国铁路管理局研究发展部技术中心对车辆引起的地面振 动进行 了测试 , 主要就行车速度 、激振频率和轨道参数的相关关系以及共振现象进 行了实验研究 . 瑞 rqyn14ZNXI()()士联邦铁路和国际铁路联盟U IC实验研究所O R E共同执行了一项计划

8、，以 A . Zach 和 G. Rutishauser 为首的研究小组研究了地铁列车和隧道结构的振动频 率和加速度特征 , 从改善线 路结构的角度提出了降低地铁列车振动对附近地下及地面 结构振动影响的途径 . 美国 G. P. EmxvxOtOco( ) Wilso n 等针对铁路车辆引起的噪声和振动 , 提出了通过改善道床结构形式 采用浮板式道床和改革车辆转向架构造以减少轮轨接触力的方法 , 降低地铁车辆引起 的噪声和振动的建议 . SixE2yXPq5交通车辆引起的结构和地面振动是城市交通规划中的一个重要问题 , 由其进一步 引发的 周边建筑物振动以及相应的振动控制和减振措施 , 在规划

9、和设计的最初阶段就 应加以考虑 . 为 此 , 德国的 J . Melke 等提出了一种基于脉冲激励和测试分析的诊断测试方法 , 来预测市区铁路 线附近建筑物地面振动水帄 , 并通过不同测点数据的传递 函数分析研究了振动波的传播规律 . F. E. Richart 和 R. D . Woo ds 等则针对隔振 沟和板桩墙等隔振措施进行了实验研究 . 6ewMyirQFL此外 , 西班牙 、捷克等国在这些方面也做了大量的测试 、调查和研究工作 , 通 过对几种不同 场地土的测试结果统计 , 分析了列车引起的地面振动波的传播和衰减特 性 , 并从降低行车速 度 、减轻荷载重量 、提高路面帄整度等方

10、面提出了减少振害的 措施 . kavU42VRUs在国内 , 虽然城市建设起步得较晚 , 但随着现代化的进程 , 交通系统大规模发展 的趋势是 极为迅速的 . 由于轨道交通系统具有运量大 、速度快 、安全可靠 、对环 境污染小 、不占用地面道 路等优点 , 成为缓解城市交通拥挤和减少污染的一种有效 手段 . 目前 , 我国已经拥有或正在建 设地下铁道的城市越来越多 , 不少城市还在筹建 高架轻轨交通系统 . 近年来在城市交通系统建 设中 , 对于振动可能影响环境和周边 建筑物内居民生活和工作的问题也进行了预测 , 如拟议中 的西直门至颐和园轻轨快速 交通系统可能对附近的文化和科研机构产生振动影

11、响 、地铁南北 中轴线可能对故宫 等古建筑产生振动影响 、拟建的京沪高速铁路沪宁段高速列车对苏州虎丘 塔可能产 生振动影响等 . 为此 , 国内不少单位已开始结合北京 、上海 、沈阳等一些大城市修 建地 y6v3ALoS8922 ,43 铁 、轻轨交通系统时车辆引起的环境振动问题进行研究 , 发表了初步的 研究成果 .振动的产生 、传播规律及其对环境的影响 2对我国几个典型城市的调查结果表明 , 交通车辆引起的环境振动水帄较高 . 根据 铁路部门的实测 , 距线路中心线 30 m 附近的振动可达 80 dB . 地铁列车通过时 , 在地面 建筑物上引起振 M2ub6vSTnP动的持续时间大约为

12、 10 s. 在一条线路上 , 高峰时 , 两个方向 1 h 内可通过 30 对列车或更多 , 振动作用的持续时间可达到总工作时间的 15 %,20 %. 最近在我国某城 市地铁车辆段附近进 行了现场测试 , 结果表明 , 当地铁列车以 15,20 km/ h 的速度通 过时 , 地铁正上方居民住宅的 振动高达 85 dB , 如果列车速度达到正常运行的 70 km/ h 时 , 其振级可能还要大得多 . 可见由 列车运行引起的环境振动已不同程度地影响了 居民的日常生活 . 0YujCfmUCw( 在轨道交通系统中 , 由运行列车对轨道的冲击作用产生振动 , 并通过结构 隧 道基础和衬) 砌或

13、桥梁的墩台及其基础传递到周围的地层 , 进而通过土壤向四周传播 , 诱发 了附近地下结() 构以及建筑物 包括其结构和室内家具的二次振动和噪声 .对于地下铁道 , 其影响因素主要有列车速度 、车辆重量 、隧道基础和衬砌结构 类型 、轨道类 型 、是否采用了隔振措施等 , 此外列车与轨道的动力相互作用也会加 大振动作用 . eUts8ZQVRd有调查表明 , 地铁列车在隧道内高速运行时 , 距轨道水帄距离 1 . 5 m 处 , 振级 帄均值为 81dB ;24 m 处 , 振级帄均值为 71 . 6 dB .这说明随着距轨道水帄距离的增加 , 振级将不断衰减 . 此 外 , 地铁振动影响的范围

14、在很大程度上还取决于列车通过 的速度及隧道的埋深 . 速度越高 , 振 sQsAEJkW5T() 动干扰越强 , 影响范围越大 列车速度每提高一倍 , 隧道和地面的振动增加4,6 dB; 埋深越 大 , 影响范围越小 . GMsIasNXkA文献 25 采用计算机模拟的方法得到地铁列车引起的地面振动随距离的分布 在距隧道中心线 40 m 左右的地面为加速度的局部放大区 ; 对于 1,3 Hz 的低频振动加 速度 , 尽管幅值 大小不同 , 都在 0 、36 、60 m 附近出现了放大区 ; 对于 5,6 Hz 的 中频加速度 , 只有 0 m 和 30 m 二个放大区 , 距离再大时就迅速衰减

15、 ; 对 8 Hz 的 高频加速度则随距离的增加而逐渐衰减 . 北 京曾就地铁列车对环境的振动影响进行过 实测 , 得到了与上述分布规律相同的结果 . TIrRGchYzg对于高架轻轨系统 , 其影响因素主要有列车速度 、车辆重量 、桥梁结构类型和 基础类型 、桥梁跨度 、刚度 、挠度等 , 列车与桥梁的动力相互作用也会加大振动作用 . 目前国内尚无建成的高架轻轨系统 , 无法进行现场测试 . 但文献 22 ,23通过力学计算 、文 献 29 通过对铁路高架桥和路基线路的实测分析 , 求得高架轻轨系 统在列车运行时所引起的 周围地层的振动特性 , 得出了以下结论 : 7EqZcWLZNX()

16、1 轻轨列车振动所引起的地面振动 , 在某一距离范围内 , 随距线路距离的增加 而衰减 , 在() 达一定距离后会出现反弹增大 约在 40,60 m 间, 但总趋势是随距离的增大而 逐渐衰减 .() 2 轻轨系统桥梁的基础类型对地面振动的影响非常大 . 采用桩基时 , 地面振动 的位移 、速 度 、加速度值均比采用帄基时的小许多 , 且桩基时 , 地面振动随距线路 距离的增加而衰减的速 度也较帄基时大 . 甚至由于采用了不同的桥梁基础 , 沿线建筑 不同楼层的振动响应也有所不 同 . 采用浅帄基础时 , 上面楼层的响应比下面楼层的 强烈 , 采用桩基时各楼层的差别就小得多 . lzq7IGf02E() 3 高架桥线路与路基线路相比 , 环境振动将大幅度降低 . 距线路中心线 30 m 处的振动强