南京地铁运行引起地面环境振动的现场测试与分析

李 杰 谭冬冬 陈文华 王 沫 崔恒坤 周年强



南京地铁运行引起地面环境振动的现场测试与分析

李 杰 谭冬冬 陈文华 王 沫 崔恒坤 周年强通讯作者

（南京林业大学 土木工程学院 江苏南京 210037）

以南京地铁为例，通过轨道上方地面附近现场试验,分析了地铁引起地面振动的实况、振动特性、传播规律。实测结果表明：轨道上方附近地面的振动随着距轨道距离的增大而减小，并且在距离轨道边缘一定的范围内存在一个振动放大区，在距轨道边缘较近的地方振动的频率相对较高，距轨道较远的地方振动的频率较低，且高频的振动信号衰减比低频快，经过一段距离后低频振动的卓越频率趋于稳定。

地铁振动；振动特性；传播规律

一引言

随着中国城市化的规模越来越多，地铁交通成了缓解许多城市的市内交通压力的首要选择。地铁数量和长度日益增加，由地铁荷载引起的环境振动以及其潜在的破坏性受到普遍的关注。国际上已经把振动列为七大环境公害之一，国内众多学者及相关研究机构很早就开始了对于列车振动产生的机理、传播途径与控制方法以及对人体的危害等问题的研究。目前对于铁路等交通工具运行时所引起的振动主要有三种研究方法：理论分析，数值模拟与现场实测。比较而言，理论分析概念清晰，但针对复杂的实际情况，往往很难得到与实测相吻合的结论。数值模拟计算简化、分析效率高、通用性好但同样由于无法处理复杂问题，导致精度较低。因此目前上主要对轨道交通沿线环境振动的评价、预测方法主要以现场实测和经验公式为主。现场实测对此方面的研究有重大的意义、主要为相应的理论分析提供对比依据、印证理论模型的正确性，为评估轨道交通对于环境振动提供依据。本文以南京地铁三号线为研究对象，根据现场实测数据，分析了地铁列车经过时引起的地面振动的时频域特性及传播规律、以便为进一步研究环境振动控制问题和城市规划设计提供参考。

二现场实测

（一）工程背景

南京地铁3号是南京地铁第二条开通的过江线路，于2015年4月1日正式运营。南京地铁3号线建成后将成为南京继1号线后又一条南北向客流骨干线路，其贯穿大江南北，连接主城、江北新区和东山副城，加强了主城与副城之间的连接，构成了都市发展区的南北城市轴。连接南京南站、南京火车站等最重要的对外交通枢纽，更为重要的是它与11条既有或规划轨道交通线相互换乘，对稳定南京轨道交通线网起着重要作用。地铁3号线北段服务跨江客流，南段为沟通南站和东山副城与主城间的客流走廊，缓解南京城市中心区的交通压力。

由于南京地铁3号线要穿越长江、玄武湖等地段，并下穿明城墙，对于轨道振动带来的影响尤为严重。本次工程测试选择在玄武湖与明城墙交接处。如图1箭头所指圆圈所示位置。

（二）测试方法与测点布置

本次测试采用941B型拾振器（加速度传感器）和NI-USB-9162数据采集仪。现场测试为一条垂直于地铁运行方向的测线，沿线一共布置6个测点，分别是离开轨道上方0米，10米，20米，30米，60米，70米，90米，110米，130米，150米，170米。采样频率为512Hz。每次采集至少经历两次地铁运行经过，选取其中一条作为典型振动数据加以分析。

（三）地面振动的衰减规律

图2、图3分别为不同测点处典型的地面加速度时程曲线和幅值谱，从图中可以看出，加速度随着距离的增大呈现衰减的趋势。

图2 加速度时程图

由图3可以看出：3号线地铁引起的地面振动频率主要集中在50~100Hz。高频的振动信号衰减比低频快，且在距轨道边缘较近的地方振动的频率相对较高，距轨道较远的地方振动的频率较低，且经过一段距离后低频振动的卓越频率趋于稳定。

三结论

(一)现场实测发现：由南京3号线地铁引起的地面振动其加速度振幅最高约0.012mg，振动的大小会随着距轨道距离的增大而减小，但在距离轨道某一距离处，会出现一个振动放大区，本次试验得出的是距离轨道边缘约50m附近。

(二)经过分析发现，其频率分布主要集中在50~100Hz之间。随着距离振源越来越远，高频振动衰减速度大于低频振动信号，即距轨道较近距离处，高频振动信号占优，远处低频占优。

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李杰（1995-），男，南京林业大学土木工程学院土木工程（交通土建）专业大三学生。

周年强（1980-），男，博士，实验员，从事工程结构抗震及振动测试与控制研究。

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1007-6344（2017）03-0036-01