张建鹏

(苏州轨道交通有限公司，江苏苏州 215000)

1 概述

随着地铁建设的大力发展，一些负面影响也相继产生。其中，由地铁列车运行引发的建筑环境振动问题尤为显著。地铁隧道一般埋深都相对较浅，列车运行时将使轨道结构发生振动，该振动将通过轨道传递给隧道支护结构，并通过隧道支护结构以外的岩土介质传播到建筑基础，激发建筑物振动，使建筑物内的居民处于一种环境振动中，建筑环境振动的主要频率在0 Hz～200 Hz之间。

因此，减小轨道交通的振动和降低振动水平，尤其是减小环境振动敏感区(医院、学校、实验室、音乐厅和精密仪器工业区)的环境振动，是保证及提高沿线居民的生活、工作和学习质量的必要手段，也是保证轨道交通可持续发展的关键措施之一。

本文对某城市地铁线路钢弹簧浮置板轨道在列车荷载作用下的动力特性和减振效果进行现场实测，并对实测数据进行统计分析。

2 浮置板轨道的应用现状

浮置板轨道结构自1965年在德国首次使用以来，已经在多个国家和地区得到了应用并取得了良好的效果。德国GERB公司将该技术带入中国之后，北京、上海、广州、深圳、南京、成都等地先后都在振动和噪声敏感地段铺设了钢弹簧浮置板并安全运营，苏州、杭州、西安、武汉、哈尔滨、天津、重庆等在建线路也都在振动和噪声敏感地段铺设有钢弹簧浮置板。

目前我国针对钢弹簧浮置板轨道的减振效果和减振特性的现场实测研究还微乎其微，为了掌握钢弹簧浮置板轨道的减振特性及规律，本文在现场实测的基础上，通过数据分析的手段将钢弹簧浮置板顶升前后的减振效果进行了对比，为城市轨道交通减振降噪、浮置板轨道结构设计等方面的工作提供技术参考。

3 现场实测概况

某城市地铁线路采用地下线单圆盾构敷设，线路埋深12 m，在XDK29+080～XDK29+250地段从正下方穿越某医院，考虑到该医院为振动敏感点，因此该地段轨道结构采用德国隔而固公司设计并制造的钢弹簧浮置板，为中档固体阻尼隔振器，垂向刚度为7.5 kN/mm，浮置板厚度为325 mm，浮置板固有频率为11 Hz。

3.1 测试仪器

测试仪器主要有891压电加速度传感器，DH5920振动测试系统、NI数据信号采集板、笔记本电脑和电荷放大器等等。

3.2 测试情况

3.2.1 测试方案

由于该地铁线在测试时尚处于施工阶段，外部荷载仅有施工运料列车荷载，但此次测试重点在于分析和评估钢弹簧浮置板轨道的减振效果和特性，因此以施工运料列车荷载作为激振源可满足分析要求。

测试时分别在道床、隧道壁和地面建筑楼面布置传感器，拾取在钢弹簧顶升前后条件下，列车经过时各测点的动力响应，然后根据所拾取的信号对比分析钢弹簧浮置板的减振效果和特性，现场实测共分两次进行，第一次现场测试时间为2009年6月29号，测试钢弹簧顶升前各测点的动力响应;第二次现场测试时间为2009年9月16号，测试钢弹簧顶升后各测点的动力响应。

3.2.2 测试内容

在进行现场实测中，主要工作是比较钢弹簧未顶升时与钢弹簧顶升后对道床、隧道壁及地面建筑的减振效果。因此，主要测试工作是进行振动衰减效果和规律的测试，主要测试内容为：

1)列车荷载作用下道床表面的垂向振动加速度;

2)列车荷载作用下隧道壁的横向、垂向振动速度、加速度;

3)地表建筑物内部楼板面的横向、垂向振动速度、加速度。

3.2.3 测点布置

对隧道及地面建筑物进行测点布置。

1)隧道内测点布置。选取钢弹簧浮置板中线为测试断面，在浮置板以上1.5 m处的隧道壁上布置4个测点，拾取列车经过时隧道壁上的横向、垂向振动速度、加速度信号;其测试断面及测点布置见图1。

2)地面建筑室内测点布置。在某医院室内地面布置1个测点，安装4个传感器，拾取列车经过时楼板的竖向、横向振动速度、加速度。测点布置见图2。

图1 隧道壁测点布置

图2 地面测点布置

4 数据分析

4.1 时域统计分析

由于现场测试条件的限制，在测试时各测点不同物理量不能实现完全同步测量，因此不同物理信号之间的开始时刻也不相同，且第一测试时荷载为空载运料车的机车部分，而第二测试时候，荷载为空载的运料列车，编组为1机车+3节平运料车。

由表1，表2可以看出，浮置板顶升后，隧道壁和地面建筑的振动幅值均大幅减小。

表1 钢弹簧顶升前后隧道壁振动幅值大小对比分析

表2 钢弹簧顶升前后地面建筑振动幅值大小对比分析

4.2 三分之一倍频分析

图3为钢弹簧支顶前后地面建筑横向振动速度有效值三分之一倍频图，其表明钢弹簧支顶后轨道板振动水平在整个分析频率范围内均发生减小，变化大小分别为0.23 dB，2.04 dB，3.35 dB，0.1 dB，2.85 dB，3.32 dB，3.95 dB，4.71 dB，1.98 dB，7.89 dB，10.38 dB，17.19，9.88 dB，11.02 dB，8.45 dB和16.96 dB。

图3 地面建筑横向振动速度有效值1/3倍频图

4.3 振级分析

为分析浮置板轨道结构对环境振动水平幅值的影响，对钢弹簧顶升前后建筑室内垂向振动加速度信号进行计算振级，然后进行对比分析，评价方法主要参考GB 10070-88城市区域环境振动控制标准和JGJ/T 170-2009城市轨道交通建筑室内环境振动及二次辐射噪声测量及限值标准，结果如表3所示。

表3 振级统计分析表

由表3可以看出，在没有采用浮置板轨道之前，在列车荷载作用下，隧道壁最大VLz可达84.47 dB，VLzmax，10为79.39 dB，地面建筑最大VLz可达75.98，VLzmax，10为70.90 dB，由于该建筑为医院，属于GB 10070-88城市区域环境振动控制标准规定中的特殊住宅区(振动限值为65 dB)，因此，在没有采用减振措施的条件下，列车引起该建筑的振动已经超出国家标准，必须采取减振措施;采用浮置板轨道之后，在列车荷载作用下，隧道壁最大VLz为67.84 dB，VLzmax，10为62.82 dB，地面建筑最大 VLz为61.84，VLzmax，10为57.80 dB。

由此表明，在该处浮置板轨道的减振效果为14 dB～17 dB，使得该医院的振动水平满足标准要求。

5 结语

通过以上分析，可以得出以下结论：

1)浮置板轨道对隧道壁具有良好的减振效果，在幅值上可以减小横向加速度70%左右，减小垂向加速度80%，减小横向速度70%左右，减小垂向速度70%左右。

2)浮置板轨道对地面建筑具有良好的减振效果，在幅值上可以减小横向加速度70%左右，减小垂向加速度80%，减小横向速度70%左右，减小垂向速度70%左右。

3)列车荷载作用下，浮置板轨道对隧道壁及地面建筑的减振效果良好，Z振级可达14 dB～17 dB。

4)在未顶升的状态下，轨道车通过该地段时的地面振动超标，而顶升后地面振动达标，对于今后的线路选线设计及轨道结构形式的确定均具有指导意义，同时对于地铁施工阶段的扰民问题，也提供了新的解决方案。

［1］ G.P.Wilson，H.J.Saurenman and J.T.Nelson.CONTROL OF GROUND-BORNE NOISE AND VIBRATION.Journal of sound and vibration，1983，87(2)：20-22.

［2］ 唐一科.振动分析及其应用［M］.重庆：重庆大学出版社，1993.

［3］ 王朝阳，尹学军，张宝才，等.钢弹簧浮置板隔振道床在北京城铁敏感路段的应用［J］.铁道建筑(城铁专刊)，2003(1)：72-73.