客运专线引起邻近开发建筑振动影响分析

郑 玄 东

(上海申通地铁集团有限公司，上海 201103)

目前随着城市的不断发展，铁路客运专线沿线的房产开发项目逐渐增加。然而客运专线对周围建筑的振动影响[1-4]，是该类房产开发项目面临的问题。因此，对客运专线临近建筑振动传递规律以及合理的减振措施研究显得极为重要。

本文根据某地客运专线临近建筑开发项目设计资料开展振动有限元仿真分析。首先对既有客运专线环境振动情况进行了现场测试。测得了振动原始数据。根据工程设计资料、现场实测数据及该物业开发项目地质勘查资料建立有限元模型进行仿真分析。

针对该物业开发项目提出路基基础隔振方案，对临近建筑振动传递规律以及减振效果进行了对比仿真分析研究。

1 客运专线振动加速度现场实测

为了获得客运专线既有振动情况，针对现状进行了振动加速度的现场实测。

现场实测工况下的列车通过时速为130 km/h，该测试区段轨道结构类型为碎石道床，混凝土长枕，弹条Ⅰ型扣件。振动加速度测试现场测点布置如图1所示。其中本次站台测点距离最近的线路中心线为7.5 m。

通过对比站台和钢轨测点的振动加速度频谱分析结果，如图2，图3所示，可以看出：该处列车所引起的结构振动中，高频振动成分只出现在钢轨上，经过碎石道床以及路基土体的共同衰减过后，垂向振动加速度主要集中在200 Hz以内，其卓越频率为50 Hz～100 Hz。因此，根据实测7.5 m站台处的测试结果，该处客运专线对邻近开发建筑物垂向振动加速度的影响主要集中在200 Hz范围以内。

对实测垂向振动加速度进行1/3倍频程分析，站台测点的VLzmax值为90.17 dB。

2 半空间有限元模型

根据该物业开发项目工程设计及地质勘查资料，建立了半空间有限元模型[5,6]。断面结构见图4，模型断面建立了包含碎石道床的轨道结构，分层地基有限元结构，以及该断面内邻近客运专线的两栋高层建筑物，同时按照设计资料中的桩基布置，在有限元模型中考虑了桩基对振动仿真的影响。

本文有限元模型阻尼采用Rayleigh阻尼，根据现场实测的振动加速度分析结果，设定阻尼计算自振频率为1 Hz和80 Hz，有限元模型采用粘弹性人工边界单元消除振动反射波。

2.1 客运专线减振方案确定

针对现场实测振动情况，结合工程实际，为适应客运专线碎石道床现状，提出一种基础隔振方案。

基础减振原理是在路基基础上建立钢筋混凝土槽型结构，槽型结构上方为正常的碎石道床轨道结构，同时在槽型基础和路基之间设立弹性支撑结构。

在路基面进行适当的开挖，能够有效的保证既有轨道结构类型及轨道结构高度，同时能够根据实际情况增加槽型基础或碎石道床厚度，匹配不同弹性支座刚度，从而增加隔振基础的稳定性，线路坡度适应性以及减振效果等方面现场需求。

本文为分析基础隔振的减振效果，建立了有限元模型，图5为铺设好道砟及钢轨后整体有限元模型。

2.2 列车荷载确定

本文结合现场钢轨实测振动加速度，采用数定表达式的方法反算客运专线轮轨力，计算结果如图6所示。

3 有限元仿真及结果分析

选取建筑N1和N2不同楼层卧室房间的楼板中部及端部位置，对振动传递规律及隔振基础的减振效果进行分析研究。

3.1 时域和频谱分析

图7,图8表明，采用基础隔振结构后，能够有效的降低20 Hz～60 Hz范围内的振动加速度。

根据仿真分析结果可以看出，客专客运专线引起N1振动加速度主要集中在60 Hz以内；N2振动加速度集中在1 Hz～20 Hz范围内，对距离较近的N1的影响较大。

3.2 分频振级分析

对N1一层楼板端部及中部的仿真结果进行1/3倍频程分析，结果如图9所示。建筑N1在9 Hz附近分频振级达到了80.5 dB左右。

采用基础隔振结构时，建筑N1一层楼相对碎石道床结构减小了17.3 dB。

3.3 不同楼层总振级VLzmax分析

对仿真结果N1和N2各楼层楼板不同位置进行总振级分析，得到了不同楼层的VLzmax值，两个建筑不同楼层位置的VLzmax如图10,图11所示。N1和N2各楼层VLzmax随着楼层的增高不断变大：N1在碎石道床下增幅为11.1 dB较N2的增幅6.3 dB大4.8 dB。N1建筑在碎石道床工况下以及基础隔振结构工况下楼板中部的振动均大于楼板端部的振动，最大差值为7.4 dB；N2各楼层楼板端部与楼板中部位置振动相差不大。

普通碎石道床工况下，N1各楼层VLzmax最小值位于1层楼板端部位置，值为77.1 dB；最大值位于21层楼板中部，值为88.1 dB。采用基础隔振结构后：N1一层楼板端部位置VLzmax能够减少17.1 dB；N1第21层楼板中部位置处值为71.7 dB,减少了16.4 dB。

表1 各楼层VLzmax最值 dB

表1为建筑N1以及N2楼板振动VLzmax极值，结合图10，图11以及表1可知，普通碎石道床工况下建筑N1的振动较大，采用基础减振之后，能够有效的降低临近建筑N1各楼层的振动水平。

4 结语

本文通过某物业开发项目工程现场振动实测，半空间有限元模型对比仿真分析，得到如下结果：

1)该物业开发地段，客运专线钢轨垂向加速度，频谱范围较大，频率范围在2 000 Hz以上，在邻近的7.5 m站台处振动VLzmax为90.17 dB，垂向振动加速度主要集中在100 Hz以内。

2)客运专线邻近建筑物仿真分析结果表明，随着楼层的增高，客运专线列车经过引起的邻近高层建筑物的振动增大，N1在碎石道床下增幅为11.1 dB。N1建筑楼板跨中位置处振动大于楼板端部位置处的振动，而N2建筑两处振动相差不大。

3)根据动力有限元模型仿真结果可以得出，客运专线列车经过时对邻近建筑物N1的影响较大，普通碎石道床工况下结构振动VLzmax最小值为77.12 dB，最大值为88.14 dB；对N2的影响较小，VLzmax最大值为61.26 dB。

4)本文采用的基础隔振结构方案，能有效的减少客运专线列车运行时对邻近建筑N1所产生的振动影响。采用基础隔振结构之后，N1建筑一层楼振动VLzmax值为60.13 dB，随着楼层增高后增大为71.99 dB，能够满足相关规范要求。

参考文献:

[1] 李志毅,高广运,冯世进,等.高速列车运行引起的地表振动分析[J].同济大学学报(自然科学版),2007(7)：33-34.

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