軌道交通系統(tǒng)對周圍環(huán)境的振動影響_工程管理

1、軌道交通系統(tǒng)對周圍環(huán)境的振動影響隨著我國人民生活水平的提高，軌道交通系統(tǒng)對四周環(huán)境及接近建筑物的振動影響越來越引起人們的關注，并且隨著我國城市輕軌交通系統(tǒng)的興建，使環(huán)境振動污染的問題更加突出。本文對此問題進行了系統(tǒng)的綜述，并提出了削減建筑物振動的措施。一、引言在歐美等西方發(fā)達國家，軌道交通系統(tǒng)引起的振動對四周環(huán)境的影響早已引起人們的留意，并且把振動列為七大環(huán)境公害之一【1】。而在我國，隨著 經濟 的 進展 和人們生活水平的提高，振動問題也引起了一些專家學者的留意。振動試驗表明，振動對于居住在鐵路線四周的居民的影響特別大，并且危害人們的身心健康，當振動加速度達65dB時，對睡覺有稍微影響;振動加

2、速度達到69dB時，全部輕睡的人將被驚醒;振動加速度達到74dB時，除酣睡的人，一般狀況下，其他人將驚醒【2】。鐵道部勞動衛(wèi)生 討論 所通過對我國幾個典型城市的鐵路環(huán)境振動的現場實測，考察了鐵路沿線居民區(qū)受列車運行引起的環(huán)境振動污染現狀，測試結果表明，離軌道中心線30m之內區(qū)域的振級大部分接近80dB。這樣高的振級將極大地影響鐵路沿線居民的日常生活及身心健康。因此，著手討論振動污染 規(guī)律 、振動產生的緣由、振動傳播途徑及掌握 方法 具有特別重要的意義。在我國，隨著 現代 化的進行，交通系統(tǒng)大規(guī)模進展的趨勢極為快速。由于城市軌道交通系統(tǒng)(包括地下鐵道和城市高架輕軌)具有運量大、速度快、平安牢靠、

3、對環(huán)境污染少、不占用一般道路等優(yōu)點，已成為解決城市交通擁擠和削減污染的一種有效手段。國內已經擁有和正在建設的地下鐵道系統(tǒng)的城市越來越多，而且不少城市還在籌建輕軌交通系統(tǒng)。近年來在城市交通系統(tǒng)建設中，對于振動可能影響環(huán)境和周邊建筑物內居民生活和工作的問題也進行了猜測。如擬議中的西直門至頤和園輕軌快速交通系統(tǒng)可能對四周文化和科研機構產生的振動和噪聲影響、地鐵南北中軸線可能對故宮等古建筑的振動影響。為此，北京市地鐵總公司、北京市城建設計院、北京市環(huán)境愛護局、北方交通高校、鐵道部 科學 討論院等單位已經開頭結合北京、上海等一些大城市修建地鐵、輕軌交通系統(tǒng)時車輛引起的環(huán)境振動的工程實際進行討論，發(fā)表了有

4、關地鐵、輕軌車輛作用下隧道及高架橋梁的振動、振動波的傳播及其對四周環(huán)境和建筑物影響的初步討論成果。二、振動的產生及傳播規(guī)律軌道交通系統(tǒng)振動對環(huán)境和周邊建筑物的影響一般通過以下方式進行：由運行列車對軌道的沖擊作用產生振動，并通過結構(隧道基礎和襯砌或橋梁的墩臺及其基礎)傳遞到四周的地層，進而通過土介質向四周傳播，進一步誘發(fā)四周地下結構以及建筑物(包括其結構和室內家具)的二次振動和噪聲，從而對建筑物的結構平安以及建筑物內的人們的工作和生活產生了很大的影響。軌道交通系統(tǒng)的振動主要由以下幾個方面產生：(1)列車以肯定的速度運行時，對軌道的重力加載產生的沖擊;(2)列車在軌道上運行時，輪軌相互作用產生的

5、車輪與鋼軌結構的振動;(3)當車輪滾過鋼軌接頭時，輪軌相互作用產生的車輪與鋼軌結構的振動;(4)軌道的不平順和車輪的損傷也是系統(tǒng)振動的振源。對于高架輕軌系統(tǒng)，其影響因素主要有列車速度、車輛重量、橋梁結構類型和基礎類型、跨度、剛度、撓度等，列車與橋梁前相互作用也會加大振動作用。對于地下鐵路，其影響因素主要有列車速度、車輛重量、隧道基礎和襯砌結構類型、軌道類型、是否采納隔振措施等。在 理論 分析 方面，由于國內還沒有建成高架輕軌系統(tǒng)， 文獻差別就小得多;高架橋線路與路基線路相比，環(huán)境振動將大幅度降低。距線路中心線30m處的振動強度可降低510dB。對于地鐵列車的振動效應，除了通過現場實測了解其對四

6、周環(huán)境的振動影響以外，文獻，一般來說，對于低層建筑，特殊是在四層以下，隨著樓層的增高，振動的強度有增大的趨勢。隨著列車速度的提高，四周建筑物內測得的振動有增大的趨勢，尤其樓房內側的振動表現得特殊明顯。而由列車振動引起的沿線地面建筑物的振動，其振級的大小又與建筑物的結構形式、基礎類型以及與地鐵的距離有親密的聯系。對于基礎良好、質量較大的高層鋼筋混凝土建筑，由于其固有頻率低，不易被激勵起較大的振動，因而其振級較自土壤傳來的振級有相當大的衰減，衰減量可達1020dB，因此在距地鐵隧道水平距離32m處，高層建筑物地下室內實測振級不大于60dB，一層以上則測不出地鐵行駛時引起的振動;基礎一般的磚混結構住

7、宅樓可衰減510dB;而基礎較差的建筑，如輕質結構或淺基礎的建筑，則衰減量很少，其振級與土壤振級相近，甚至還會消失室內振動大于室外地面振動的現象。依據實測結果可知，振動強度的分布有以下特點：(1)在振源的頻率分布上，以人體反應比較敏感的低頻為主，其中5060Hz的振動強度較大。(2)在列車速度的影響上，隨行車速度的提高，振動有增大的趨勢。(3)就地面振動隨距離的衰減而言，距軌道中心線越近，同一列車引起的地面振動越大，反之則越小。一般認為，列車運行所產生的地面振動隨距線路距離的增加而有較大的衰減是一般規(guī)律，但是也有文獻得出了不同的結果。文獻和曾分別在橋梁(京沈線灤河橋，跨度32m上承式鋼板梁橋，

8、橋墩高810m，車速5080km小)和線路四周(京廣線，車速 25110km/h)測試了列車通過時地面振動加速度隨距離的變化規(guī)律。G為振級，為各測點加速度與路基處加速度的比值?？梢园l(fā)覺地面振動分別在距橋墩60m左右處和距線路40m左右處消失了加速度的反彈增大。這一測試結果是與理論計算的結果相吻合的。隨距離增大而振動強度減弱的規(guī)律也適用于沿線建筑，由于列車引起的地面水平方向振動在傳導過程中的衰減要快于垂直方向的振動，因而沿線建筑物內的垂直方向的振動將大于水平方向的振動。實測結果表明：建筑物的水平振動一般約小于垂直振動10dB，因此在評價建筑物受軌道交通系統(tǒng)影響時，可以垂直方向的振動為主。三、 計

9、算報動的理論方注當振動接收點與波源距離小于列車1/長度，且接收點遠至足以產生遠域時，由列車所形成的振動荷載幾何上可以模擬成諧和線荷載波源。在豎向諧和線荷載作用于彈性半空間狀況下，振動能量呈圓柱狀集中，振幅衰減速率較點波源作用下為沒(點波源作用下，能量呈球狀集中)，R波由二維波成了類似一維的波，在地表面上并不衰減，而遠域的體波(P波和S波)，其振幅在地表面下將反比于接收點與線荷載距離的平方(呈衰減)。上述波傳問題在波源下的解都是把地基上看作勻稱、各向同性的彈性半空間，這種地基上模型是對實際地基上的抱負化。但是它給出了在點波源或線波源作用下體波、面波衰減的一些基本特征。四、減振隔振措施 交通 荷載

10、所引起的地面振動，常常會 影響 鄰近的結構物，或對鄰近振動敏感的精密儀表、設備等有不行忽視的影響，也時常干擾鄰近居民的生產與生活環(huán)境，因而對地面振動防止對策的 討論 已經成為一個特別重要的環(huán)境和工程問題。 應用 屏障是防止和減輕地面振動的有效措施，對該問題的討論始于本世紀40年月。一般而言，振動的有效隔阻可由河渠、橡膠墊層、板樁墻以及樁等屏障來截斷、散射、繞射各種應力波而達成。屏障又可以分為連續(xù)屏障和非連續(xù)屏障。連續(xù)屏障是指屏障是連續(xù)的整體，如開口溝渠，用泥漿、鋸屑和沙子等填充的溝或混凝土剛性墻等;非連續(xù)屏障措屏障由間斷的屏障單體構成.如圓柱行排孔和排樁等。一般所討論的振動屏障問題，可以分成兩

11、大類，一為主動隔振，又稱(近場)樂觀隔振，即利用間接或圍繞振動的障壁，以削減由振動源放射出來的波能。由于主動隔振法的屏壁接近波源，所以其主要用于阻隔體波(P波和S波)。另一類為被動隔振，又稱(遠場)消極隔振，即在高振源較遠處作屏障，隔開振動，使之無法降低振動的地點。被動隔振法由于障蔽遠離振動源，所以主要用來阻隔面波(R波)。屏障隔振的原理是建立在波能的反射、散射和衍射的基礎上，實質上是彈性波和存在于均質彈性介質(屏障)間的相互作用結果。屏障對波的散射效應打算其隔振效果。由于R波的散射是一個特別簡單的過程，所以理論解多限于體波，并以SH液討論最多，但仍限于幾種規(guī)章屏障。關于振動屏障的問題，已有許

12、多人做過討論，如Woods曾提出有關利用明渠產生主動陽振的現場調查報告。 Pao等曾利用解析的 方法 討論波在圓形及拋物線型障壁的折射問題，其中解析的方法由于閉和型的解不易獲得，而使其解僅限于簡潔的幾何外形和在特珠的抱負條件下。近年來，又有很多學者利用有限元協(xié)作特別的人工邊界討論了彈性基礎對降低交通振動的效用，利用有限元與邊界元或無限元的雜交法，討論交通的隔振問題。高廣運等首次提出了地面連續(xù)和非連續(xù)屏障隔振的概念，指出非連續(xù)排樁屏障的散射效應打算隔振效果，而屏障的衍射效應打算其影響范圍。為防止振動表面波的傳播，在地表實行挖溝、筑墻等措施也能取得肯定效果。有三種隔離模式：彈性基礎、明溝和充填式溝

13、渠。討論結果表明：彈性基礎對較高頻率的隔振效果好，但由于彈性基礎的存在，軌道上的最大低頻速度和加速度會被放大，所以無論是對于運行列車的平穩(wěn)性還是對四周環(huán)境的隔振來說，彈性基礎并不是很抱負的方法;對于明溝和充填式溝渠而言，一般來說，減振溝越深，其有效隔振頻率的下限就越低，減振效果越好。溝的寬度與隔振效果無關。對阻隔列車引起的振動而言，明溝在三種方式中是最好的，它可以完全切斷振動波的傳播，只要溝的深度足夠，就可以獲得抱負的隔振效果。但在實際應用上，明溝有穩(wěn)定性的問題，須設置支撐構架使其保持穩(wěn)定。對于低頻振動，上述三種隔振措施所引起的效果都不大，對于高頻振動，如高速列車運行所引起的振動，上述三種隔振措施的效果都可以，但以明溝的隔振效果為最佳。五、結論