寧杭城際鐵路列車運(yùn)行引起的地面振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

王婷婷 毛昆明* 王小燕

(金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院,江蘇 南京 211169)

寧杭城際鐵路列車運(yùn)行引起的地面振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

王婷婷 毛昆明* 王小燕

(金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院,江蘇 南京 211169)

對(duì)寧杭城際鐵路列車運(yùn)行引起的高架橋段地面振動(dòng)豎向加速度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析了振動(dòng)特征及其傳播的衰減規(guī)律，結(jié)果表明：地面振動(dòng)峰值速度和加速度隨著離高架橋距離的增大而減小，20 m以內(nèi)時(shí)地面振動(dòng)衰減幅度較大；地面振動(dòng)峰值隨列車時(shí)速的提高而增大；靠近橋墩處的地表振動(dòng)主要是由列車周期性的輪軸力作用而激發(fā)，遠(yuǎn)離橋墩處的地表振動(dòng)主要是從靠近橋墩處的地表振動(dòng)波傳播而來(lái)，受輪軸力作用的影響程度輕。

列車，高架橋，地面振動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

隨著列車運(yùn)行速度的提高，列車輪群對(duì)線路的激勵(lì)強(qiáng)度增大，激振頻率提高，列車運(yùn)行振動(dòng)對(duì)周圍居民、建筑物以及精密儀器的不利影響增大，這一現(xiàn)象已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-6]。

寧杭高速鐵路(又稱寧杭高鐵、寧杭客運(yùn)專線)北起南京，南至杭州，全長(zhǎng)248.963 km，正線橋梁比63%，正線隧道比11%。該項(xiàng)目為客運(yùn)專線，雙線，采用先進(jìn)的CRH380A型列車，設(shè)計(jì)速度達(dá)到350 km/h。

對(duì)寧杭高速鐵路列車運(yùn)行引起的地面振動(dòng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了一些數(shù)據(jù)，可以為實(shí)際工程提供參考，并對(duì)數(shù)據(jù)作了三維的分析，提供了一種新的研究思路。

1 測(cè)試方案

測(cè)試地點(diǎn)為南京市江寧區(qū)天景山公寓春秀苑。穿過(guò)該村的寧杭城際鐵路高架橋段，橋墩高度約24 m、橋跨約41 m，此處地勢(shì)平坦寬敞。采用東華測(cè)試儀測(cè)量地面振動(dòng)的豎向加速度，采樣間隔為1 ms。在垂直于高架橋方向布置10個(gè)速度檢波器，每隔10 m布置1個(gè)。

2 地面振動(dòng)測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 不同車速情況下各測(cè)點(diǎn)地面振動(dòng)加速度峰值

不同車速和車廂情況下各測(cè)點(diǎn)處地面振動(dòng)加速度峰值見(jiàn)表1。

表1 不同車速情況下各測(cè)點(diǎn)地面振動(dòng)加速度峰值

可以看出：1)隨著離橋墩距離的增大，列車運(yùn)行引起的地面振動(dòng)強(qiáng)度逐漸衰減，20 m以內(nèi)的衰減幅度較快，20 m以外的衰減幅度較平緩，并出現(xiàn)了振動(dòng)反彈區(qū)；2)地面振動(dòng)強(qiáng)度隨列車車速的提高而增大。

2.2 地面豎向振動(dòng)加速度的三維時(shí)空變化特征

列車運(yùn)行振動(dòng)是通過(guò)土體向外傳播從而進(jìn)一步誘發(fā)鄰近建(構(gòu))筑物二次振動(dòng)的，所以弄清振動(dòng)在土體中的傳播機(jī)理對(duì)于降低環(huán)境噪聲具有指導(dǎo)意義。一般分析只能孤立地分析離高架橋不同距離處地表振動(dòng)的時(shí)程曲線、頻譜特性等，這種“跳躍式”的分析只能反映地表某幾點(diǎn)的振動(dòng)特征，無(wú)法體現(xiàn)振動(dòng)波在地基介質(zhì)中的連續(xù)性傳播特征。因此對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了三維分析，研究了高速列車通過(guò)高架橋時(shí)引起的地表振動(dòng)三維時(shí)空變化特征及頻譜特性，為進(jìn)一步研究高速列車運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)提供了一種新的思路。

圖1為列車通過(guò)高架橋時(shí)地表豎向振動(dòng)加速度的三維時(shí)空變化特征圖。X軸為各測(cè)點(diǎn)距高架橋的距離；Y軸為列車運(yùn)行的時(shí)間；Z軸為地表豎向振動(dòng)加速度。XZ平面表示不同的點(diǎn)在同一時(shí)刻的豎向加速度值，YZ平面表示同一點(diǎn)在不同時(shí)刻的豎向加速度值。為了更清晰地描繪地表豎向振動(dòng)加速度三維時(shí)空變化特征，給出了兩種不同視角的三維圖像。

可以看出，離橋墩較近處(約10 m以內(nèi))，隨著9組轉(zhuǎn)向架依次跨過(guò)高架橋，地表豎向振動(dòng)加速度出現(xiàn)了9組明顯的周期性峰值，可以認(rèn)為靠近橋墩處的地表振動(dòng)主要是由列車周期性的輪軸力作用而激發(fā)的。隨著離橋墩距離的增加，由于振動(dòng)波能量的擴(kuò)散以及土體阻尼對(duì)振動(dòng)波能量的吸收，使輪軸力產(chǎn)生的地表豎向振動(dòng)加速度的周期性峰值不再明顯，取而代之的是一條條波浪狀的條紋，呈現(xiàn)出顯著的振動(dòng)波在土介質(zhì)中傳播的波動(dòng)特性，說(shuō)明遠(yuǎn)離橋墩處的地表振動(dòng)主要是從靠近橋墩處的地表振動(dòng)波傳播而來(lái)，受輪軸力作用的影響程度輕。

3 結(jié)論與展望

1)列車運(yùn)行引起的地面振動(dòng)強(qiáng)度隨著離高架橋距離的增大而減小，20 m以內(nèi)衰減幅度較大；振動(dòng)強(qiáng)度隨列車時(shí)速的提高而增大。

2)靠近橋墩處的地表振動(dòng)主要是由列車周期性的輪軸力作用而激發(fā)，遠(yuǎn)離橋墩處的地表振動(dòng)主要是從靠近橋墩處的地表振動(dòng)波傳播而來(lái)，受輪軸力作用的影響程度輕。

[1] 高廣運(yùn),李志毅,馮世進(jìn),等.秦—沈鐵路列車運(yùn)行引起的地面振動(dòng)實(shí)測(cè)與分析[J].巖土力學(xué),2007,28(9):1817-1822.

[2] 陳建國(guó),夏 禾,肖軍華，等.列車運(yùn)行對(duì)周圍地面振動(dòng)影響的試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2008,29(11):3113-3118.

[3] 韋紅亮,雷曉燕,呂紹棣.列車引發(fā)地面振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及數(shù)值分析[J].環(huán)境污染與防治,2008,30(9):17-22.

[4] 葛 勇,張希黔,肖正直，等.無(wú)碴軌列車運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)影響評(píng)價(jià)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,4(1):235-240.

[5] Takemiya, H. Substructure simulation of inhomogeneous track and layered ground dynamic interaction under train passage[J]. Journal of Engineering Mechanics,2005,131(7):699-711.

Site tests for ground concussion caused by Nanjing-Hangzhou Inter-city Railway trains

Wang Tingting Mao Kunming* Wang Xiaoyan

(ArchitecturalEngineeringCollege,JinlingInstituteofTechnology,Nanjing211169,China)

The paper undertakes the site measurement for the vertical acceleration of ground vibration at the viaduct bridges caused by Nanjing-Hangzhou Inter-city Railway trains, analyzes the vibration law and its attenuation laws of its transmission, proves by the result that peak velocity and acceleration of the ground vibration reduces along with its distance from the viaducts, and the attenuation ranges of the vibration within 20 meters is bigger; indicates the ground vibration peak increases with the improved train speed, points out the ground vibration near the piers can be activated by the periodic wheelset force and the ground vibration far away from the piers can be transmitted by the ground vibration wave near the piers with little influence by the wheelset.

train, viaduct, ground vibration, site test

2015-05-29

王婷婷(1993- ),女，在讀本科生

毛昆明(1985- )，男，博士，講師

1009-6825(2015)22-0153-02

U491.93

A