北京地铁1号线地面振动响应测试与分析

摘 要:采用高灵敏度加速度传感器,对北京东单—建国门区间的运营地铁进行了现场测试,为 研究 相似区段特殊的减振措施提供依据.测试结果的 分析 主要是针对振动敏感仪器的,在频域内采用1/3倍频程频谱,重点考虑低频段的地面响应.通过对测试结果的分析,得出了环境背景振动、公交车等地面车辆和地铁的地面振动响应 规律 .

关键词:地铁;地面振动;振动敏感仪器;测试

目前 已开工的北京地铁4号线成府路约800m段,穿越北京大学北大理科试验基地.10号线科南路约400m段,距 中国 空间技术研究院、卫星遥感等建筑中心较近.作为该地段特殊减振措施研究的部分工作,对相似区段的运营地铁列车引起的地面振动进行测试.

由于所研究的 问题 主要是地铁列车振动对精密仪器的 影响 ,关心的振动量为0.5~100×10-6g,属于微振动范围,因此需要特殊的测点方式并配备高精度的量测仪器设备.本文的测试和讨论主要针对振动敏感仪器(精密仪器),目的是为研究特殊的减振措施提供依据. 安放精密仪器的建筑物楼板需要严格的振动限制[4].对于高精度的光学仪器,即使是配置了尖端昂贵的主动控制系统,仪器本身的隔振系统不能对振动,尤其是低频振动进行完全的隔离保护.

环境振动会使精密仪器产生读数不准、精度下降[6-7].精密仪器可以接受的振动水平取决于仪器对振动的敏感性,对数百种振动敏感仪器样品调查表明[8],这些仪器能接受的振动水平是,位移振幅为0.3~10μm,峰值质点速度(PPV)为0.03~0.5m/s.

关于精密仪器的环境振动评价标准,Amick[9]认为,测试数据的处理分析最好在频域内采用均方根值(rms),对于采用何种度量单位如位移、速度、加速度都没有本质的差别.Gordon[10]回顾了振动敏感仪器的各种环境振动评价标准曲线( The VCCurves),这些标准主要是为振动敏感仪器的生产和隔振措施提供设计依据.

最初的环境振动评价标准曲线大多考虑4~100Hz的频谱范围,这是因为当时的仪器对低于4Hz的低频干扰不很敏感.后来的仪器由于采用了气动隔振系统(pneumaticisolationsystems),如空气弹簧作为仪器装置的一部分,有人建议标准曲线考虑1~3Hz的低频成分,因为这是仪器隔振装置的共振频率.

1 测试仪器和测点布置 对北京地铁1号线东单—建国门区间上行约40km/h出站断面进行了测试,现场采样频率为640~750Hz.沿垂直线路方向,距离线路中心线27m,40m,80m,100m分别布置4个测点,对应的测点编号分别为CH1,CH2,CH3,CH4.如图1所示.

2 测试结果分析

为了研究环境地面振动对精密仪器的影响,测试结果的分析主要是针对精密仪器的.

图2中区域被两条曲线划分为3个区.当振动加速度的均方根值位于Ⅰ区,仪器能正常工作;位于Ⅱ区,仪器量测结果需作进一步分析;位于Ⅲ区,仪器不能正常工作.测试结果主要以3个区为标准进行评价.

对测试结果的讨论采用1/3倍频程谱均值,必要时给出上下限包络线.

2.1 无车时的环境背景本底值 从图5可看出,地面、地下无车时环境背景振动在小于2Hz频率点的频段都有超出Ⅰ区进入Ⅲ区的点,但最大值不超过20×10-6g.该频段距线路中心80m处的谱均值最大,为12×10-6g.而2Hz以上频率点的频段都保持在Ⅰ区.

从图5中知,无车时环境背景振动在整个 分析 频带的最大值不超过30×10-6g.

2.2 对比分析

环境背景振动、小汽车、小面包车、中型汽车、公交车、地铁G型车、地铁S型车地面振动的1/3倍频程谱均值的综合比较如图6所示. 如图6(a)所示,在1~2Hz和8~20Hz频段,各车辆的地面振动均有进入Ⅱ区或Ⅲ区的点,此时地铁地面振动的贡献与公交车相当.

大于5Hz频段,除背景振动和小面包车以外,都有超出Ⅰ区的点,其中公交车的地面振动进入Ⅲ区,地铁地面振动进入Ⅱ区.

小汽车、中型汽车、公交车等地面车辆的地面振动响应的主要频率成分约为10~30Hz,地铁地面振动的主要频率成分约为10~30Hz和50~80Hz.

在低于4Hz频段,地铁列车的地面振动超出其它车辆的地面振动;在10~30Hz频段,公交车的地面振动最大;在50~80Hz频段,地铁的地面振动最大.

(2)距离线路中心线40m处

如图6(b)所示,在3Hz以上频段,各种车辆地面振动量级大幅降低;小于3Hz频段,谱均值有进入Ⅲ区的点,但不超过20×10-6g;大于3Hz频段,各车辆的地面振动均保持在Ⅰ区.

在低于5Hz频段,地铁列车的地面振动超出其它车辆的地面振动;在10~30Hz频段,公交车地面振动最大;在30~90Hz频段,地铁的地面振动最大.

(3)距离线路中心线80m处

如图6(c)所示,低于2Hz频段,各种车辆的地面振动均未衰减;大于2Hz频段,各车辆地面振动的谱均值都保持在Ⅰ区;20Hz以上频段,地铁的地面振动成为主要贡献者,其量级有所增加.

(4)距离线路中心线100m处3 结论

(2)小汽车、中型汽车、公交车等车辆地面振动响应的主要频率成分为10~30Hz;地铁振动的地面响应主要频率成分约为10~30Hz和50~80Hz.

参考 文献 :[2]CrispinoM,D’ApuzzoM.MeasurementandPredictionofTraffic-InducedVibrationsinAHeritageBuilding[J].Jour-nalofSoundandVibration,2001,246

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