寧杭城際鐵路列車運行引起的地面振動現場測試

王婷婷 毛昆明* 王小燕

(金陵科技學院建筑工程學院,江蘇 南京 211169)

寧杭城際鐵路列車運行引起的地面振動現場測試

王婷婷 毛昆明* 王小燕

(金陵科技學院建筑工程學院,江蘇 南京 211169)

對寧杭城際鐵路列車運行引起的高架橋段地面振動豎向加速度進行了現場測試，分析了振動特征及其傳播的衰減規律，結果表明：地面振動峰值速度和加速度隨著離高架橋距離的增大而減小，20 m以內時地面振動衰減幅度較大；地面振動峰值隨列車時速的提高而增大；靠近橋墩處的地表振動主要是由列車周期性的輪軸力作用而激發，遠離橋墩處的地表振動主要是從靠近橋墩處的地表振動波傳播而來，受輪軸力作用的影響程度輕。

列車，高架橋，地面振動，現場測試

隨著列車運行速度的提高，列車輪群對線路的激勵強度增大，激振頻率提高，列車運行振動對周圍居民、建筑物以及精密儀器的不利影響增大，這一現象已引起了國內外學者的廣泛關注[1-6]。

寧杭高速鐵路(又稱寧杭高鐵、寧杭客運專線)北起南京，南至杭州，全長248.963 km，正線橋梁比63%，正線隧道比11%。該項目為客運專線，雙線，采用先進的CRH380A型列車，設計速度達到350 km/h。

對寧杭高速鐵路列車運行引起的地面振動進行了現場測試，得到了一些數據，可以為實際工程提供參考，并對數據作了三維的分析，提供了一種新的研究思路。

1 測試方案

測試地點為南京市江寧區天景山公寓春秀苑。穿過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，此處地勢平坦寬敞。采用東華測試儀測量地面振動的豎向加速度，采樣間隔為1 ms。在垂直于高架橋方向布置10個速度檢波器，每隔10 m布置1個。

2 地面振動測試結果與分析

2.1 不同車速情況下各測點地面振動加速度峰值

不同車速和車廂情況下各測點處地面振動加速度峰值見表1。

表1 不同車速情況下各測點地面振動加速度峰值

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

2.2 地面豎向振動加速度的三維時空變化特征

列車運行振動是通過土體向外傳播從而進一步誘發鄰近建(構)筑物二次振動的，所以弄清振動在土體中的傳播機理對于降低環境噪聲具有指導意義。一般分析只能孤立地分析離高架橋不同距離處地表振動的時程曲線、頻譜特性等，這種“跳躍式”的分析只能反映地表某幾點的振動特征，無法體現振動波在地基介質中的連續性傳播特征。因此對測試數據進行了三維分析，研究了高速列車通過高架橋時引起的地表振動三維時空變化特征及頻譜特性，為進一步研究高速列車運行引起的環境振動提供了一種新的思路。

圖1為列車通過高架橋時地表豎向振動加速度的三維時空變化特征圖。X軸為各測點距高架橋的距離；Y軸為列車運行的時間；Z軸為地表豎向振動加速度。XZ平面表示不同的點在同一時刻的豎向加速度值，YZ平面表示同一點在不同時刻的豎向加速度值。為了更清晰地描繪地表豎向振動加速度三維時空變化特征，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)，隨著9組轉向架依次跨過高架橋，地表豎向振動加速度出現了9組明顯的周期性峰值，可以認為靠近橋墩處的地表振動主要是由列車周期性的輪軸力作用而激發的。隨著離橋墩距離的增加，由于振動波能量的擴散以及土體阻尼對振動波能量的吸收，使輪軸力產生的地表豎向振動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，呈現出顯著的振動波在土介質中傳播的波動特性，說明遠離橋墩處的地表振動主要是從靠近橋墩處的地表振動波傳播而來，受輪軸力作用的影響程度輕。

3 結論與展望

1)列車運行引起的地面振動強度隨著離高架橋距離的增大而減小，20 m以內衰減幅度較大；振動強度隨列車時速的提高而增大。

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

[1] 高廣運,李志毅,馮世進,等.秦—沈鐵路列車運行引起的地面振動實測與分析[J].巖土力學,2007,28(9):1817-1822.

[2] 陳建國,夏 禾,肖軍華，等.列車運行對周圍地面振動影響的試驗研究[J].巖土力學,2008,29(11):3113-3118.

[3] 韋紅亮,雷曉燕,呂紹棣.列車引發地面振動的現場測試及數值分析[J].環境污染與防治,2008,30(9):17-22.

[4] 葛 勇,張希黔,肖正直，等.無碴軌列車運行引起的環境振動影響評價[J].環境工程學報,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