0 引言
随着地铁运输越来越普及，运载量不断增大，日益增大的运营密度、运行速度及运载量也逐渐了暴露了地铁运营中的种种问题，地铁异常振动问题尤为突出。地铁异常振动向上传递至车辆系统会导致轴箱、构架及其附属部件等关键零部件疲劳失效，向下传递至轨道结构导致隧道壁及地面上振动噪声异常，对周边区民日常生活造成不良影响。
边金等[1]针对地铁车辆通过时地面上方周边建筑物振动进行了现场监测和研究分析，研究结果表明地铁列车运行引起的周边建筑物振动的振动主频为22~40Hz，且地铁车辆运行引起的加速度值很小，对楼房混凝土结构影响较小，但体感室内振动明显。何卫等[2]针对隧道内列车振动特性展开了试验研究，基于试验结果研究了振动传递特性，研究结果表明列车通过时钢轨垂向振动相应最大，以100Hz以上高频振动为主，道床顶面和隧道基底振动能量接近，且远大于隧道壁侧振动能量。潘昌实、谢正光[3]结合现场试验和仿真分析，研究了地铁列车通过时振动特性和载荷特性，研究结果表明高频振动能量随距离增大加衰减较快，低频振动能量衰减较慢，地面上建筑物主要受低频振动分量影响。刘卫丰等[4]对北京地铁1号线线路正上方地面进行了振动监测，对比研究了地铁车辆通过、公交车辆通过时线路上方地面处振动，研究结果表明地铁车辆引起振动与公交车相差较小，但公交车通过引起的地表振动衰减较快，因此在距离隧道中心线80m范围外，地铁列车振动影响大于公交车辆。
根据上述多位学者研究可以看出，地铁运行对地表振动存在不同程度影响。因此本文结合《城市区域环境振动标准测量方法》及《地铁振动源强测量规程》，对国内某已开通运营地铁线路进行隧道内振动源强测试以及地表处振动加速度监测，系统分析监测数据，研究该地铁线路振动能量传递情况。
1地铁线路振动试验测试
利用数据采集仪LMS对国内某地铁钢轨、道床、隧道壁及隧道正上方地面不同距离处振动加速度进行了系统监测。隧道内振动测试中分别在钢轨、道床及隧道壁垂向的振动加速度测点。地面上测点分别距隧道内线路中心线距离为0m、7.5m、15m、30m、50m。
2测试结果分析
2.1 隧道内振动传播衰减规律研究
列车运行引起的振动主要由轨道和隧道向周围土体传播，其振动能量在不同频段分布不同，掌握各部分振动能量的频率分布，有助于制定减振策略，优化减振轨道结构。图1给出了车辆通过普通整体道床一般非减振扣件轨道断面时钢轨和隧道壁的振动加速度时域、频域图及分频振级图。
(a) 钢轨、道床、隧道壁振动加速度时域结果 (b) 钢轨、道床、隧道壁振动加速度频域结果
由测试结果可知，地铁车辆通过测试断面时速度为60~70 km/h，钢轨、道床、隧道壁振动加速度RMS值分别为22.12 m/s2、0.68 m/s2、0.09m/s2。钢轨振动以高频为主，主要振动频率范围为250~800 Hz之间，Z振级为117.1 dB；对于普通道床，其主要振动频率在20~100 Hz之间，其振动幅值大于隧道壁处的振动幅值，Z振级为92.8 dB；隧道壁处的振动幅值主要频率为40~80 Hz之间，1/3倍频振动峰值频率为63 Hz，Z振级为83.8 dB。由振动加速度时域可以明显得出振动能量传播由钢轨传至道床再传递至隧道壁，振动能量逐级减小。
2.2 地面振动传播衰减规律研究
图2给出了距线路中心线隧道正上方地面不同距离处最大Z振级测试结果。通过计算结果可知，由城市轨道交通引起的环境振动0m处的VLzmax为76.7~79.5dB，7.5m处的VLzmax为73.7~74.8dB，15m处的VLzmax为64.0~67.8dB，30m处的VLzmax为59.2~62.4dB，50m处的VLzmax为63.1~65.9dB。距离线路中心线隧道正上方0m~30m之间，随着距离增大，振级逐渐减小。在距离线路中心线50m位置处，VLzmax大于30m处的测试值，振动水平有明显的放大。50m处振动放大现象产生的主要原因可能与地层条件、隧道埋深和振源机制及振动的频率有关。
3 结论
1、通过对列车通过时隧道内不同轨道结构振动加速度测试结果分析可知：当地铁车辆运行时，由轮轨产生的振动通过钢轨传递至道床，再由道床传递至隧道壁，振动能量逐级减小；对钢轨、道床、隧道壁振动加速度频域结果进行分析可知，车辆通过时钢轨振动以250~800Hz高频振动为主，道床振动以200~100Hz中频振动为主，隧道壁振动以40~80Hz中频振动为主。
2、通过对列车通过时距离隧道正上方0m、7.5m、15m、30m、50m不同位置地面处振动加速度振动测试结果分析可知：距离线路中心线隧道正上方0m~30m之间，随着距离增大，振级逐渐减小。在距离线路中心线50m位置处，VLzmax大于30m处的测试值，振动水平有明显的放大。50m处振动放大现象产生的主要原因可能与地层条件、隧道埋深和振源机制及振动的频率有关。
参考文献：
[1] 边金, 陶连金, 张印涛, 等. 地铁列车振动对相邻建筑物的影响及其传播规律[J]. 建筑结构, 2011, 2.
[2] 何卫, 谢伟平, 刘立胜. 地铁隧道列车振动特性试验研究[J]. 华中科技大学学报 (自然科学版), 2016, 4.
[3] 潘昌实, 谢正光. 地铁区间隧道列车振动测试与分析[D]. 1990.
[4] 刘卫丰, 刘维宁, 袁扬, 等. 地铁列车与道路车辆运行对环境的振动影响现场测试与分析[J]. 铁道学报, 2013, 35(5): 80-84.
