張磊磊,柴 博

（中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司 機(jī)環(huán)院,天津 300308）

0 引言

目前，國外關(guān)于地鐵車輛段上蓋物業(yè)振動的研究主要集中于采用工程措施來改變結(jié)構(gòu)本身的自振頻率和結(jié)構(gòu)剛度，以此抑制振動的擴(kuò)散傳播，從而達(dá)到減振降噪的目的。一些學(xué)者也通過有限元或?qū)嶒災(zāi)M分析得到列車運行時的振動傳播規(guī)律。相比國外，國內(nèi)對城市軌道交通車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)研究起步較晚，但近年來取得了快速發(fā)展。2012年，林君城對地鐵車輛段上蓋物業(yè)可行性進(jìn)行分析，闡述了將地鐵車輛段與上蓋物業(yè)有機(jī)結(jié)合起來，對合理節(jié)約用地、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[1]。為了評估地鐵車輛段對上蓋物業(yè)的振動影響程度，鄒林志等以車輛段內(nèi)列車進(jìn)出道岔段對地面及上蓋物業(yè)產(chǎn)生的振動影響作為研究對象，分析得到道岔段斷面處的振動均大于與之相對應(yīng)的直線段斷面處地面振動[2]；隨后，程保青等研究了地鐵車輛段咽喉區(qū)振動對上層物業(yè)的振動影響，通過建立軌道-地基土-上蓋建筑有限元模型，仿真驗證了咽喉區(qū)對高層建筑的振動影響程度更大，上蓋建筑物內(nèi)的最大振級會隨離地平臺高度的增加而增大[3]；呂文婷根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析了地下車輛段上層物業(yè)各樓層的振動傳播規(guī)律以及測試特點，并利用有限元軟件建立車輛段上蓋物業(yè)模型進(jìn)行預(yù)測分析，得到整體建筑物的振動情況滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4]。董光輝分析了上蓋物業(yè)地鐵采用不同軌道類型時，列車出入車輛段引起對周圍建筑物的振動影響程度，并通過有限元仿真得出浮置板結(jié)構(gòu)碎石道床可以明顯地降低對周圍建筑物的振動影響，為地鐵上蓋物業(yè)道床的選取提供了重要參考[5]。

該文以地鐵車輛段庫內(nèi)地面振動為研究對象，通過對試驗測試數(shù)據(jù)做時域、頻域分析處理，得到車輛段庫內(nèi)檢查坑地面測點沿水平順軌方向、水平垂軌方向的振動變化規(guī)律及傳播特性，為今后城市中同類地鐵上蓋物業(yè)的開發(fā)建設(shè)提供參考。

1 地鐵車輛段庫內(nèi)振動響應(yīng)測試

該次研究選取某城市軌道交通上蓋物業(yè)車輛段，主體包括三部分，其中地面層為地鐵停車場，二層為汽車停車場，最上層為上蓋物業(yè)（在建），總建設(shè)面積約8萬m2。該次測試庫內(nèi)線為立柱式檢查坑整體道床、50 kg/m鋼軌。

1.1 測試儀器

該次測試采用丹麥的B&K多通道振動噪聲測試系統(tǒng)，選用1臺筆記本電腦、4個振動傳感器、移動電源及若干數(shù)據(jù)線等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析。

1.2 測點布置

該文主要研究列車進(jìn)出地鐵車輛段時，車輛段庫內(nèi)檢查坑沿水平順軌方向、水平垂軌方向的地面測點，在鉛錘向振動加速度的變化規(guī)律及特點。為更直觀描述出各斷面的振動變化規(guī)律，這里采用對比測試分析法，分別在地鐵車輛段庫內(nèi)端部、庫內(nèi)中部設(shè)置2處監(jiān)測斷面，共布設(shè)4個監(jiān)測點。該次試驗運行地鐵A型車，采用8節(jié)編組，并且根據(jù)試驗測試要求，車輛試驗運行車速需與運營車速保持一致。為了消除測試誤差，選取振動波形完整的、信噪比高的、無明顯畸變的4組有效振動測試數(shù)據(jù)，并且各組有效數(shù)據(jù)截取列車完全通過測點時所需要的時長，分析庫內(nèi)地面沿順軌、垂軌方向在鉛錘向的振動變化規(guī)律。具體測點布置如圖2所示，其中測點1位于車輛段庫內(nèi)端部靠近輪軌0.5 m處，測點2位于車輛段庫內(nèi)端部距近軌3.5 m樁基外側(cè)墻壁處，測點3位于車輛段庫內(nèi)中部靠近輪軌0.5 m處，測點4位于車輛段庫內(nèi)中部距近軌3.5 m樁基外側(cè)墻壁處。

2 地鐵車輛段庫內(nèi)測試數(shù)據(jù)及分析

通過對試驗測試數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、FFT處理，得到各測點的時域波形圖以及1/3倍頻程曲線，分析各斷面測點鉛錘向振動加速度沿順軌方向、垂軌方向的變化規(guī)律。

2.1 時域指標(biāo)分析

在時域信號分析時，可以反映出振動信號的原始波形，得到振動幅值隨時間變化關(guān)系。

車輛段端面兩個測點（軌旁0.5 m處和樁基側(cè)墻處）的振動加速度響應(yīng)基本一致，車輛段中部兩個測點的振動響應(yīng)的變化規(guī)律也具有很好的一致性，并且車輛段中部振動響應(yīng)較端部存在時間的滯后性，這與實際監(jiān)測相符，表明了采集的數(shù)據(jù)是良好的。

2.2 頻域指標(biāo)分析

上文已對時域信號進(jìn)行分析，但是無法直觀反映振動加速度沿水平順軌方向、水平垂軌方向的變化規(guī)律，因此經(jīng)過傅里葉變換得到振動頻譜，分析各斷面測點在相同頻帶內(nèi)的振動加速度、加速度級的頻率特性變化規(guī)律。

根據(jù)《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009）[6]的評價要求，對測試數(shù)據(jù)做1/3倍頻程分析后，按標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Z計權(quán)因子進(jìn)行修正，取頻率計權(quán)范圍為4~200 Hz，得到各1/3倍頻程中心頻率上的分頻最大振級，見下式：

式中，VLi——中心頻率fi頻帶處加速度振級；VLmax——分頻振級最大值（dB）；αii——各個頻帶的計權(quán)因子。

2.2.1 順軌方向振動響應(yīng)分析

如圖1（a）所示，輪軌軌旁0.5 m處測點1和測點3的振動加速度隨頻率的變化趨勢基本一致。在1~12.5 Hz頻帶處庫內(nèi)端部測點的振動加速度略大于中部測點，隨著頻率的逐漸增加，庫內(nèi)端部和中部各測點的振動加速度響應(yīng)變化規(guī)律基本吻合。庫內(nèi)輪軌端部0.5 m處的1/3倍頻程中心頻率對應(yīng)的最大振級為57.3 dB，中部0.5 m處為57.9 dB，其主振頻率范圍均在20~63 Hz之間。根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析得出，列車進(jìn)出地下車輛段時沿水平順軌方向在低頻時存在差異，但隨著頻率的增加差異減小，趨于吻合。

圖1 順軌方向振動及分頻最大振級圖

如圖1（b）所示，對于庫內(nèi)樁基外側(cè)墻壁3.5 m處測點2和測點4的振動響應(yīng)，與軌旁0.5 m處的變化規(guī)律保持一致，從而計算得到在庫內(nèi)端部3.5 m處1/3倍頻程中心頻率對應(yīng)的最大振級為44.1 dB，中部3.5 m處為48.3 dB，主振頻率范圍均在10~63 Hz之間。另外，除個別頻率點處的最大振級出現(xiàn)突變外，兩測點的最大振級變化規(guī)律基本相同，這與輪軌0.5 m處的變化規(guī)律保持一致。

2.2.2 垂軌方向振動響應(yīng)分析

從圖2（a）可以看出，地下車輛段端部測點1、測點2振動加速度響應(yīng)和最大振級在1~20 Hz倍頻程內(nèi)基本吻合。由于水平垂軌方向存在距離衰減，經(jīng)地面?zhèn)鬟f到測點2時的振動能量減小，因此隨著頻率的增加振動響應(yīng)逐漸減弱，這是因為低頻信號傳遞中不易衰減，但是隨頻率的增大，高頻能量衰減得更快、更明顯，振動加速度響應(yīng)也相應(yīng)減弱。根據(jù)試驗測試數(shù)據(jù)，庫內(nèi)端部處的主振頻率范圍在 20~63 Hz之間，并且振級總體呈現(xiàn)出衰減的趨勢，除個別頻率點處，兩測點的頻率特性變化規(guī)律也基本一致。

圖2 垂軌方向振動分頻最大振級圖

如圖2（b）所示，車輛段庫內(nèi)中部振動加速度及分頻最大振級變化規(guī)律與端部垂軌方向的變化規(guī)律一致，即中部斷面各測點沿水平垂軌方向振動響應(yīng)逐漸衰減，但衰減的幅度與頻率的高低有關(guān)。

3 結(jié)論

該文以地鐵車輛段庫內(nèi)檢查坑地面振動為研究對象，通過對現(xiàn)場試驗測試，數(shù)據(jù)分析處理得到庫內(nèi)各斷面測點在時域、頻域下的變化規(guī)律及特點，主要結(jié)論如下：

（1）順軌方向振動響應(yīng)關(guān)系：車輛段庫內(nèi)輪軌和樁基處各測點沿水平順軌方向振動響應(yīng)在低頻時存在差異，隨頻率的增加差異逐漸減小，趨于吻合。

（2）垂軌方向振動響應(yīng)關(guān)系：車輛段庫內(nèi)端部和中部各測點沿水平垂軌方向振動響應(yīng)逐漸衰減，但衰減的幅度與頻率的高低有關(guān)。