目前正在研究的轨道交通环境振动问题

在《中国科学·技术科学》2016年46卷中，刘维宁教授等发表综述文章《我国城市轨道交通环境振动影响的研究现况》，指出目前正在研究的轨道交通环境振动问题。这里摘录如下：

随着我国城市轨道交通的大规模建设，由此引发的交通环境振动问题已得到业内学者的广泛关注。目前正在研究的问题主要包括如下8个方面。

1）列车振源特性。现场测试和模拟计算是获取列车振源特性的两种主要手段。此工作从20世纪90年代即开始，通过地铁区间隧道振动测试及各种软件，发展出了各类为研究列车环境振动影响的车轨耦合模型。现在的难点是如何在振源计算模型中反应车辆及轨道养护维修对振源特性的影响，如何反应列车质量在计算模型中的影响。对于这两方面的忽视已经极大的影响到环境振动评价的精准度。

2）振动波在地层与建筑结构中的传播特性。其中包括振动波在不同埋深条件下随距离的传播范围和衰减梯度，以及振动在建筑结构中的传播与衰减。通过对不同地铁线路（包括直线段、曲线段、车辆段）进行现场测试与分析得出：由于不同线路所处地质条件、车辆轨道型式等因素的差异，地表响应量值也不同。但总体上，直线地段的地表响应以竖向振动为主，而曲线地段表现为以水平振动为主。响应频率成分在50~80Hz占优势，振动能量总体上随距离衰减，但特定范围存在局部放大。振动在建筑结构中的传播规律研究主要包括振动随楼层增加的变化规律、同一楼层振动分布规律、地铁与建筑物合建问题、以及近年来逐渐凸显的地铁车辆段上盖物业振动问题。

3）结构辐射噪声。由交通环境振动引发的结构噪声是另一类复杂的问题。这类问题分两个方面，1）行车引起桥梁结构振动产生噪声，经由空气介质传播增加了周边的声环境污染；2）列车振动引发的建筑结构振动在室内造成的二次噪声影响。对于结构辐射噪声的研究主要包括对建筑物二次噪声相关标准及评价量的研究；建立预测模型、测试以及对噪声传播规律和降噪技术的研究等。

4）预测方法。工程中目前常见的振动环境响应预测方法包括参数法（含解析法、数值法）、经验法和半经验法。在工程可行性研究阶段，环评预测以经验法或半经验法为主，其简单便捷但精度有限。在项目初步设计与施工图设计阶段，线路及振动敏感目标往往有较大的调整，因此基于工程可行性的环评报告经验预测，其预测精度常常难以保证，需要依靠数值法结合实测校准进行建模分析，这一方法虽可提高预测精度但耗时较长。理想的环境振动影响预测不仅要具备较高的预测精度，同时也要兼顾经济与效率。在这一方向的研究上，结合轨道交通的整体规划、设计与施工周期，作者团队提出了分区、分类、分阶段进行动态预测及环评的理论与方法（图1），以及敏感目标的敏感度定义及其分级方法：环境振动“敏感度”S由承振能力T与激扰强度Q之间的接近程度描述。

这样一来，可按照工程项目进展及预测精度分类为初步预测、确认预测和精准预测三大类别，分别对应于工程可行性研究、方案设计和施工图设计三个工程建设阶段。初步预测方法包括经验法及半经验法，确认预测方法包括经过实测校准的参数法，精准预测方法则为实测传递函数列预测法。各类预测方法的工作成本也存在差异（表1）。

图1 轨道交通环境振动分区、分类、分阶段动态预测方法

表1 预测方法分类表

5）标准与评价。轨道交通振动环境影响的评价量与评价限值因敏感目标的类别存在较大差异。表2总结了国内城市轨道交通振动环境影响评价中各标准使用的评价量及适用范围。这些标准包括国家标准、行业标准和地方标准，其中评价城市区域与敏感建筑所使用的指标描述方式，以列车通过时间的最大Z振级为主。

表2 国内轨道交通影响评价常用标准

6）轨道试验测试技术。振动试验测试主要包括了现场测试和实验室测试。现场测试和实验室测试时，用于轨道减振试验的激励振源除运行列车外，还包括脉冲激励、扫频激励和随机激励。

7）减振技术。城市轨道交通减振工程现阶段主要采用轨道减振措施，按照产品减振效果划分为中等减振、高等减振和特殊减振。对于轨道减振措施的研究，主要集中在对扣件、轨枕、道床减振以及浮置板轨道的研究。除轨道减振技术外，传播路径减振、建筑物隔振的工程实施案例相对较少。

8）与轨道减振相关的钢轨异常波磨问题。伴随着轨道减振措施使用量的大幅增加，钢轨异常波磨也在全国各地不同线路上相继出现。许多学者通过理论、测试等方式，对钢轨异常波磨的产生、发展以及治理进行了研究。

参考文献

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