高速铁路车站站台振动特性试验研究

谭 辉，刘兰华，李耀增，周铁军，邢 星

（中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京 100081）

0 引言

随着高速铁路的建设，我国高速铁路在发展速度、运营里程、在建规模、运营速度等方面取得长足发展，截至2022 年底，我国高速铁路运营里程达到4.2 万公里[1]。我国高速铁路车站主要分为高架车站、地面车站及地下车站等不同形式，由于早期对站台振动影响的认识不够深入，我国尚未制定高铁车站振动的约束性标准或要求，因而早期建设的部分高铁车站以满足乘车需求为主，较少开展专业的减振设计。为了满足不同旅客需求，干线高速铁路采取高速通过不停车的方式通过中间站，如京沪高速铁路全长1 318 km，共设24 个车站[2]，除济南西、南京南等枢纽站外，部分车站每日均有一定数量的列车以高速通过，列车高速通过引起的站台振动可能对站台候车旅客和车站工作人员产生影响，降低工作效率并产生负面情绪[3]，因而有必要对既有站台振动开展相关研究。

以往国内对高速铁路车站振动开展的试验研究较少，主要关注候车厅内的振动舒适性[4-6]，对于站台振动研究主要以仿真计算为主，有少量实测数据但车速较低[7-10]。本次试验以运营线路为研究对象，分别选择1 个高架车站和1 个地面车站的站台，对动车组列车以时速350 km通过引起的站台振动进行现场测试，研究列车通过引起的站台振动特性，为后续站台振动影响及评价提供数据支撑。

1 现场试验方案

1.1 测点布设

高架车站和地面车站是我国目前应用较广的车站形式，本次测试各选择1 个典型车站开展测试，车站站台与线路位置关系如图1所示。图1a为高架车站站台与正线关系，图1b为地面车站站台与正线关系，每个车站站台均设置4 个测点，测点①位于站台中部靠近线路的安全黄线处，测点②位于站台中部距离安全黄线约3.5 m位置处，测点③和测点④分别位于1/4站台处和站台端部，且与测点②沿平行于线路的直线布设。图2 为测点①和测点②现场布点照片，传感器测量站台地面铅垂向振动加速度。

图1 测试车站站台与正线位置关系示意

图2 现场测试布点

1.2 试验工况

本次试验选取的2 个车站每日通过列车较多，为了便于比较，本次试验对象为靠近站台一侧正线通过速度达到350 km/h的动车组列车，确保每个车站测试有效数据不少于20列。考虑人体振动舒适性评价频率范围为1～80 Hz，加速度测试采样频率设为500 Hz。

2 测试结果分析

本次试验对动车组列车以350 km/h 速度通过2 个车站时的站台振动进行实测，测得站台测点①和测点②处的铅垂向振动加速度如图3 所示。从时域图看，高架车站站台振动明显大于对应位置处的地面车站站台振动，二者加速度峰值相差5倍左右。

图3 站台不同测点振动加速度时程

分别对高架车站和地面车站站台测试数据进行统计分析，得到站台不同位置处的Z振级最大值的平均值，2 个车站对应位置处的Z 振级平均值如图4 所示。由图4 可知，高架车站站台测点①至测点④Z 振级平均值均高于地面车站站台，其中站台中部(测点①、测点②)差值约11 dB，站台端部差值略小(约6 dB)。高架车站站台与线路相同距离处，沿行车方向测点②振动最大，测点③次之，测点④最小，最大差值可达6 dB左右；地面站站台振动沿线路方向差异较小，测点②、测点③、测点④最大差值约2 dB。

图4 站台不同测点Z振级平均值

图5 为2 个车站4 个测点处振动加速度的1/3 倍频程分频相对振级，从频谱分布看，列车以350 km/h速度通过车站时，2个车站站台地面铅垂向振动加速度峰值频率均集中在31.5 Hz附近，地面车站站台50 Hz以上和10 Hz以下的振动均明显小于高架车站站台振动；高架车站站台振动沿行车方向分布不均匀，呈中间大、端部小特征，靠近站台端部的低频振动显著降低，地面车站站台不同位置处的振动频谱特性基本一致。

图5 站台不同测点振动加速度1/3倍频程

结合车站结构特点分析测试数据，高架车站由于站台主体结构支承在到发线轨下梁体上，与正线距离近，二者之间的振动传播以结构柱、梁、板为主，并且站台下方为悬空结构，更容易被列车荷载激励起自身的振动，导致其振动整体较大。地面车站的基本站台位于线路一侧，下方直接与地基相连，正线列车通过引起的振动需要通过轨下结构传递至地基土，再由土体传至站台处，由于土体对振动的衰减作用远大于混凝土结构，从而使其全频段振动均小于高架站台。

3 结论

本文对运营线路沿线2 座不同类型车站的站台振动进行了现场测试，通过对测试结果进行分析，形成结论如下。

（1）列车相同通过速度条件下，高架车站站台不同位置处振动均高于地面车站站台，加速度峰值最大相差5 倍左右；高架车站靠近线路处振动较远离线路处振动大，且沿平行于线路方向站台中部振动大于端部振动，地面站台不同位置处振动特性接近，沿垂直和平行线路方向的振动差异均不明显。

（2）从频率特性看，相对于地面车站，高架车站站台全频带振动均较大，尤其是站台中部，由于悬空结构导致的振动放大现象明显，地面车站站台振动频带相对较窄，主要集中在31.5 Hz附近。

（3）相对于地面车站，高架车站站台振动较大，从人体舒适性考虑，建议今后高架车站设计中通过优化结构设计和减振措施选取，降低列车高速通过引起的站台振动影响。