孟禹，任青，唐家進

（上海理工大學(xué) 環(huán)境建筑學(xué)院，上海 20093）

隨著科技的迅速發(fā)展及經(jīng)濟水平的顯著提高，國內(nèi)城市化的步伐越邁越快，然而人口相對集中，導(dǎo)致城市交通系統(tǒng)承受的壓力越來越大。因此，地鐵交通憑借著運行速度快、載客量大、舒適性強、安全性高、運行時間固定可靠、對環(huán)境污染極小等優(yōu)點已成為城市交通工具的首選，具有良好的社會效益[1-2]。然而，人們在享受發(fā)達交通方式帶來便利的同時，高速列車、地鐵、城市道路交通等引起的振動對環(huán)境的影響也愈發(fā)突出[3]。目前，交通引起的振動已被列為七大環(huán)境公害之一，為此國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的科研從業(yè)者多年來一直致力于研究交通所引起振動的傳播途徑、振動規(guī)律、控制方法等。本文選擇了上海地鐵2 號線蘇虹路和閔行高架線交叉口附近為測試場地。根據(jù)實測數(shù)據(jù)分析了軌道交通引起環(huán)境振動的衰減特性。

1 振動測試

1.1 測試地點

綜合考慮地鐵運營時間及各測試場地的實際情況，上海地鐵2 號線和上海地鐵13 號線的測點布置如下：

上海地鐵2 號線。測試地點定在蘇虹路和閔行高架線交叉處附近，在距離地鐵中心線處設(shè)置了監(jiān)測點共11個，如圖1 所示。蘇虹路和閔行高架線到最近測點的距離大于200m，地面交通振動對測試的干擾較小。

圖1 上海地鐵2 號線測試點位圖

1.2 測試設(shè)備

拾振器。本文現(xiàn)場測試使用的是低頻高解析度加速度傳感器(PCB-393B05)，

采集與分析系統(tǒng)。本文現(xiàn)場實測使用課題組自行研發(fā)的便攜式微振動量測系統(tǒng)，本文選取地面環(huán)境振動有效數(shù)據(jù)并使用 BDSA 軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析，分析內(nèi)容包括頻譜分析及 1/3 倍頻程分析[4]。以200Hz 采樣頻率測取各測試點位的Z 向、EW 向和NS 向地鐵振源激勵下的振動信號，部分測試區(qū)域地面主要覆蓋泥土，故在測量時用鐵椎打入土體中，再將拾振器放在鐵錐頂部平臺上，在頂部平臺調(diào)節(jié)至水平后放置拾振器。測試時間選擇在夜間22：00 以后，測試人員嚴禁隨意走動。

1.3 測試結(jié)果分析

1.3.1 上海地鐵2 號線

1.3.1.1 Z 向頻譜曲線分析

取距離地鐵最近處的測點（0m）和加速度峰值衰減開始的平緩的測點（60m）的頻譜曲線進行比較，用于研究地鐵振動頻率成分的改變情況[5]。

由圖2 可知，該測試場地的自振頻率在4Hz 左右；最優(yōu)頻率在72Hz 左右，測點60m 處Z 向振動分布在10～20Hz 和90～100Hz，最優(yōu)頻率在16Hz 左右，可以看出，隨著到地鐵中心線距離的增加，Z 向最優(yōu)頻率有所減小，對應(yīng)的幅值有所減小。

圖2 不同測點Z 向的環(huán)境振動頻譜曲線

1.3.1.2 1/3 倍頻程分析

由圖3（a）～（f）可知，該測試地點地鐵運行誘發(fā)地面振動的Z 向、EW 向、NS 向振動能量均集中在16～80Hz 中心頻率范圍內(nèi)。

圖3 各測點1/3 倍頻程曲線

Z 向振動速度級在1～4Hz 和10～31.5Hz 中心頻率范圍內(nèi)隨頻率的增加變化較為平穩(wěn)；在4～5 Hz 和31.5～40 Hz 中心頻率范圍內(nèi)振動速度級隨著頻率的增加而波動減小且在4～5Hz 中心頻率范圍內(nèi)衰退速率更顯著；在5～8 Hz 和 40～80 Hz 中心頻率范圍內(nèi)振動速度級隨著頻率的增加而波動增加，且在5～8 Hz 中心頻率范圍內(nèi)尤為迅速。

EW 向振動速度級在1～2 Hz 和12.5～80 Hz 中心頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加而波動增加，且 12.5～25 Hz 增加速率最快；在2～12.5 Hz 中心頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加呈“鋸齒”型減小，在10～12.5 Hz 中心頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加減小的最為劇烈。

NS 向振動速度級在1～80Hz 中心頻率范圍內(nèi)整體呈現(xiàn)隨頻率增加而上升趨勢，但在不同頻率范圍增加的趨勢不盡相同，在1～4Hz 中心頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加而顯著增加，在4～25 Hz 中心頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加而平穩(wěn)緩慢增加、25～80Hz 中心頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加而升降走勢較為反復(fù)。

2 結(jié)果與討論

本文通過對上海地鐵2 號線進行了大量的現(xiàn)場實測并分析采集的數(shù)據(jù)，得出了如下結(jié)論：

（1）地鐵運行誘發(fā)環(huán)境振動的振動響應(yīng)Z 向大于水平向；無論是豎直向（Z 向）還是水平向（EW 向和NS 向），均隨著距離地鐵中心線距離越來越遠，振動響應(yīng)越來越小；地鐵運行引起地面振動加速度在近處衰減幅度大且衰減速率快，在遠處衰減幅度小且衰減速率慢；地鐵運行引起地面振動在距離地鐵中心線30m 左右處存在振動放大區(qū)；地鐵運行引起地面振動的振動能量集中在20～80Hz 中心頻率范圍內(nèi)；隨著測點到地鐵中心線距離的推遠，振動速度級幅值對應(yīng)的中心頻率范圍有所縮小。地鐵列車的振動影響范圍約為距離軌道中心線500m。

（2）地鐵埋深越大引起的地面Z 向振動響應(yīng)越小且衰退得越快，地鐵埋深相差在5m 以內(nèi)時對水平方向的振動響應(yīng)無明顯影響。地鐵運行時地面的振動速度級與到地鐵中心線距離之間基本呈現(xiàn)對數(shù)關(guān)系。