地鐵8號線瀛海站高架橋地鐵振動響應規律分析

張麗媛

(中材地質工程勘查研究院有限公司，北京 100102)

1 工程概況

瀛海出入線段高架橋下部結構墩柱采用花瓶墩墩柱尺2.4～7.0 m(橫橋向)×2.0 m(縱橋向)。承臺尺寸為5.5 m×5.5 m×2.0 m(8.6 m×5.5 m×2.0 m)承臺下樁基采用4φ×1.2 m(6φ×1.2 m)型基礎。

2 振動監測

2.1 監測設備

現場振動監測工作，采用的監測儀器是四川拓普測控科技有限公司研制的iSensor三軸振動智能傳感器，是振動測試業界第一款無線智能傳感器，集三軸振動傳感器和數字化測量、存儲、無線傳輸一體。

2.2 分析程序

iSensor配套專用的上位機軟件——imsServer，運行于win7、win10等操作系統，實現上位機與iSensor的無線通訊，完成對iSensor的參數設置、采集控制、虛擬示波、在線監測等，同時實現數據傳輸、下載、數據回放、報告輸出以及專業的爆破特征分析、爆破預測等功能。

其中包括在線監測-Monitor模塊，可完成設備的參數設置、采集控制等；實現多臺設備在線監測，實時刷新設備狀態和特征數據。專用分析-Blast Analysis模塊，具有多臺設備的數據下載、數據回放、以及專業的振動特征分析，輸出報告等功能。

2.3 測點布設

選取高架橋區間進行現場振動測試，選取的測試位置的高度6.7 m，支座與軌道垂直距離2.4 m。設置傳感器單次采集時間2 s，觸發電平0.02 g。測點安置部位考慮試驗需要以及現場環境，選取位置如表1所示。

表1 測點信息

3 振動數據分析

(1)沿橋墩豎直方向振動衰減規律

距離軌道最近的支座處測點，距離振源2.4 m，其振動速度：順橋方向水平峰值振幅0.368 cm/s，振動主頻為109.4 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.469 cm/s，主頻為66.4 Hz；豎直方向峰值振速為0.344 cm/s，主頻為234.4 Hz。

距離振源5.7 m處振動速度：順橋方向水平峰值振幅為0.236 cm/s，振動主頻為136.7 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.236 cm/s，主頻為70.3 Hz；豎直方向峰值振速為0.154 cm/s，主頻為70.3 Hz。

距離振源6.7 m處振動速度：順橋方向水平峰值振幅為0.200 cm/s，振動主頻為140.6 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.139 cm/s，主頻為136.7 Hz；豎直方向峰值振速為0.151 cm/s，主頻為66.4 Hz。

圖1 沿橋墩豎直方向振動衰減規律

(2)沿地面振動衰減規律

橋墩底部振動速度：順橋方向水平峰值振幅為0.200 cm/s，振動主頻為140.6 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.139 cm/s，主頻為136.7 Hz；豎直方向峰值振速為0.151 cm/s，主頻為66.4 Hz。

在距離橋墩5 m處位置選取一次振動數據進行分析，列車通過振動波持續時間約14 s，振動引發的順橋方向水平峰值振幅為0.116 cm/s，振動主頻為66.4 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.076 cm/s，主頻為50.8 Hz；豎直方向峰值振速為0.083 cm/s，主頻為50.8 Hz。

在距離橋墩10 m處位置選取一次振動數據進行分析，列車通過振動波持續時間約10 s，振動引發的順橋方向水平峰值振幅為0.091 cm/s，振動主頻為101.6 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.053 cm/s，主頻為101.6 Hz；豎直方向峰值振速為0.089 cm/s，主頻為101.6 Hz。

在距離橋墩15 m處位置選取一次振動數據進行分析，列車通過振動波持續時間約6 s，振動引發的順橋方向水平峰值振幅為0.060 cm/s，振動主頻為50.8 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.058 cm/s，主頻為50.8 Hz；豎直方向峰值振速為0.062 cm/s，主頻為50.8 Hz。

圖2 豎直方向振動衰減規律

高架橋橋墩振動速度隨振源距變化的數學預測模型如下

V=K·r+b

圖3 擬合結果

高架橋的橋墩衰減系數K=-0.007 5～-0.003 9，橋墩材料系數b=0.45～0.65。此區域內橋墩體內的振動速度衰減預測模型為：

V=(-0.0075～-0.0029)·r+(0.45～0.65)

周圍土體的振動速度主要受振源距的控制，呈現隨振源距增加指數衰減的變化規律，數學預測模型如

V=K·eβ·r

圖4 擬合結果

周圍土體的振動速度衰減系數β=-0.077～-0.052，場地系數K=0.118～0.189。此區域內橋墩體內的振動速度衰減預測模型為

V=(0.118～0.189)·e(-0.077～-0.052)·r

4 結 論

(1)高架橋橋墩振動速度隨振源距增加呈現出近似線性的衰減規律，與土體、橋面等部位相比振動速度衰減更快。試驗區域內高架橋的橋墩衰減系數K=-0.007 5～-0.003 9，橋墩材料系數b=0.45～0.65。

(2)高架周圍土體振動速度主要受振源距的控制，呈現隨振源距增加指數衰減的變化規律。試驗區域內高架橋周圍土體振動速度衰減系數β=-0.077～-0.052，場地系數K=0.118～0.189。

(3)利用無線測振設備對高架橋地鐵振動響應規律進行監測的方法與手段可行，能夠為同類工程提供借鑒與指導。