城市轨道交通环境振动与振动噪声研究

　　城市轨道交通环境振动与振动噪声研究是国际学术界和各国政府十分关心的一个课题。在欧洲一些国家以及美、日等国,交通环境振动与振动噪声早已引起各国政府、铁路运输部门、研究机构和高等院校的高度重视,政府发布的环境噪声绿皮书都对交通环境振动与振动噪声给予了充分的叙述。迄今为止,已召开了七届有轨运输系统噪声国际会议(International Work-shop Railway and Tracked Transit System Noise ,简称IWRN)。2000年“高速列车诱发地面振动”研讨会在瑞典Gothenburg召开,来自不同国家的50余名专家学者交流了论文。同年12月,在德国Bochum又举行了“Workshop WAVE2000”,其中有相当数量的论文集中于轨道交通环境振动与振动噪声。讨论最热烈的问题是建立一个全面分析轨道交通诱发地面振动的数学模型并开发相应的计算软件,这个分析模型应包含:①有助于理解轨道交通诱发地面振动及振动传播的物理过程和机理;②为降低地面振动及振动传播提供解决途径;③为既有线轨道交通环境振动与振动噪声进行评价,为新线设计做出预测。不仅如此,发达国家还已经制定和颁布了城市轨道交通沿线建筑物允许的振动标准,例如瑞典规定既有线附近建筑物最大允许的振动速度为1mm/s,新线为0.4mm/s。

　　国内学者在轮轨关系、轮轨相互作用、车辆—轨道耦合动力学以及轨道结构振动分析方面做了大量的工作[1~8],取得了一定成果。目前,我国已经拥有或正在建设地下铁道的城市越来越多,不少城市还在筹建高架轻轨交通系统。伴随着城市轨道交通的迅速发展、列车速度的提高和人们环保意识的增强以及国家对环境保护的日益重视,城市轨道交通环境振动与振动噪声已成为亟待解决的问题。

　　1　研究方法

　　当城市轨道交通以低速在地面上运行时,对环境振动起主要作用的频率是低频,其范围为2Hz~80Hz。频率30Hz~200 Hz的振动容易激发建筑物楼板和墙体的弯曲共振,从而产生振动噪声。高速列车使城市环境振动问题更为严重。当高速列车通过软土地基基础时,列车速度将达到甚至超过地面波速,引起地面和周围建筑物的强烈振动。瑞典的Madshus & Kaynia (1998)在X2000高速列车试验时已观察到这一现象[9]。

　　列车运行在轨道上引起地面振动主要有2种形式,一是列车运行时车辆簧上、簧下质量振动产生对轨道结构的动荷载,它与轮、轨表面的不平顺,车辆和轨道参数及列车速度有关。当列车以明显低于地面波速运行时,动轮荷载对轨道和地面的作用基本与静轮荷载相同,对地面振动影响较小。然而当列车速度达到或超过地面波速时,将引起地面和周围建筑物的强烈振动。二是由于轨道不平顺,例如钢轨接头,焊缝等引起列车对轨道的冲击而激发的地面振动,其作用与轨道不平顺的频率及轨道和地面的动力特性有关。