CN102912696B - 一种地铁环境振动的工程预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁环境振动的工程预测方法，涉及工程预测技术领域。所述方法包括步骤：据预设条件测量得到地铁的振动源强基准值；根据地铁导轨距离目标建筑物的最近点的振动相关参数，对所述基准值进行参数修正，计算得到地铁对目标建筑物造成的最大振动强度VL_Zmax。本发明的地铁环境振动的工程预测方法，通过大量的实测数据获得所述基准值及各个修正参数，综合考虑到了振动传播各环节对所述基准值的影响，进而对所述基准值进行修正，最终获得的目标建筑物的最大振动强度值VL_Zmax的误差范围在2dB以内。综上，所述方法能够快速、准确地预测地铁对建筑物的振动影响，从而为城市轨道开发的环境振动影响评价及减振降噪措施的选择提供数据支持。

Description

一种地铁环境振动的工程预测方法

技术领域

本发明涉及工程预测技术领域，特别涉及一种地铁环境振动的工程预测方法。

背景技术

随着城市规模的扩大和城市人口的增多，交通问题日益突出，地铁作为缓解城市交通压力的最有效方式，近些年得到迅猛发展。我国规划、准备建设和已建设轨道交通的城市已有20多个，规划城市轨道交通网总里程达到3500多公里，运营里程已达到775.6公里，建设中里程达1800多公里。与此同时，随着地铁交通的大力发展，其引起的环境振动问题也越来越引起人们的重视。

图1是地铁振动对建筑物造成影响的示意图。地铁引起的环境振动振幅和能量相对较小，基本上不会像地震那样对新建建筑物的安全形成严重的影响。但是城市轨道交通引起的环境振动作用时间长且反复发生，这样的小幅振动的反复作用同样会对处在振动环境中的建筑物结构造成损害.使建筑物结构的强度降低，影响建筑物的安全和正常使用。

要解决地铁振动污染，就必须准确地了解地铁振动的污染现状，如果仅靠人工进行，则效率低下，不切实际。因此，先进的计算机预测技术必不可少。地铁振动的产生及传播不仅由机车和轨道系统决定，而且还受到一些地质情况的影响，而构成了一个复杂的振动污染系统。正因为该系统的复杂性，所以它需要用多学科、多技术的交叉与渗透的方法来进行研究，为地铁振动及其传播的预测带来了极大的挑战，该领域也成为城市环境管理工作中的热点和重点之一。

因此，给出一个地铁环境振动预测方法，在各类地铁工程项目设计和建筑设计过程中进行振动影响实时模拟、预测，并根据预测结果和有关环境质量标准适当调整设计方案，使得该方案从环境振动角度在可能的范围内最优，以及对已经建成的区域确定改善方案都是非常有意义和应用价值的，它对城市综合环境质量的管理及提高都具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种地铁环境振动的工程预测方法，以快速、准确地预测地铁对建筑物的振动影响，从而为城市轨道开发的环境振动影响评价及减振降噪措施的选择提供数据支持。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种地铁环境振动的工程预测方法，其包括步骤：

A：根据预设条件测量得到地铁的振动源强基准值；

B：根据地铁导轨距离目标建筑物的最近点的振动相关参数，对所述基准值进行参数修正，计算得到地铁对所述目标建筑物造成的最大振动强度VL_Zmax。

优选地，所述步骤A中，所述预设条件为：地铁导轨采用DT-VI2型扣件，地铁导轨无波纹磨损，列车采用B型车，列车以70km/h的速度沿直道匀速运行，以隧道洞壁处做为等效振源位置。

优选地，所述基准值的数值范围为从82dB到86dB。

优选地，所述基准值的数值为84dB。

优选地，所述步骤B中，所述最大振动强度VL_Zmax的计算公式如下：

VL_Zmax＝VL_{Zmax_0}+C_减振措施+C_过渡段+C_车速+C_线路形式+C_载重+C_埋深+C_水平衰减+C_建筑物；(1)

其中，VL_{Zmax_0}为所述基准值，C_减振措施为减振措施影响的修正量，C_过渡段为不同减振措施的过渡段影响的修正量，C_车速为车速影响的修正量，C_线路形式为线路形式影响的修正量，C_载重为线路形式和列车载重共同影响的修正量，C_埋深为地铁埋深影响的修正量，C_水平衰减为所述最近点的地面投影点与所述目标建筑物的水平距离影响的修正量，C_{建筑 物}为所述目标建筑物的总楼层数影响的修正量；所述VL_{Zmax_0}、C_{减振措 施}、C_过渡段、C_车速、C_线路形式、C_车况载重、C_埋深、C_水平衰减和C_建筑物的单位均为dB。

优选地，所述C_减振措施的数值根据以下情况确定：如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于5dB并且小于10dB，则C_减振措施＝-5；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于10dB并且小于15dB，则C_{减 振措施}＝-10；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于15dB并且小于20dB，则C_减振措施＝-15；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于20dB，则C_减振措施＝-20；

设点O为采用减振措施X的导轨和采用减振措施Y的导轨的临界点，并且由减振措施X影响的修正量C_{减振措施X}大于等于由减振措施Y影响的修正量C_{减振措施Y}；设点P为采用减振措施X的导轨上一点，设点Q为采用减振措施Y的导轨上一点，并且P和Q距离O的距离均为100m，所述C_过渡段的数值根据以下情况确定：如果所述最近点不位于P或Q，并且不位于P和Q之间，则C_过渡段＝0；否则

其中，L表示所述最近点与P的距离，单位为m。

优选地，所述C_车速的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点列车车速V满足20km/h≤V≤70km/h，则C₀＝20lg(V/70km/h)；在所述最近点，如果列车处于匀速状态，则C_车速＝C₀，如果列车处于加速状态，则C_车速＝C₀+1，如果列车处于减速状态，则C_车速＝C₀-1。

优选地，所述C_线路形式的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点线路形式为直道或者为半径大于2000m的弯道，则C_线路形式＝0；如果在所述最近点线路形式为半径大于500m并且小于等于2000m的弯道，则C_线路形式＝1；如果在所述最近点线路形式为半径小于等于500m的弯道，则C_线路形式＝2；

所述C_载重的数值根据以下情况确定：

如果在所述最近点线路形式为直道，则C_载重的计算公式如下：

C_载重＝2E-1；(3)

如果在所述最近点线路形式为弯道，则C_载重的计算公式如下：

C_载重＝4E-2；(4)

其中，(3)式和(4)式中E均为在所述最近点时列车的实际载重占其额定载重的百分比。

优选地，所述C_埋深的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点地铁埋深大于等于8m小于13m，则C_埋深＝-1；如果在所述最近点地铁埋深大于等于13m小于17m，则C_埋深＝-2；如果在所述最近点地铁埋深大于等于17m小于20m，则C_埋深＝-3。

优选地，所述C_水平衰减的数值根据以下情况确定：如果所述目标建筑物与所述最近点在地面的投影点的水平距离大于等于0m并且小于10m，则C_水平衰减＝0；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于10m并且小于20m，则C_水平衰减＝-1；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于20m并且小于30m，则C_水平衰减＝-2；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于30m并且小于40m，则C_水平衰减＝-3；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于40m并且小于50m，则C_水平衰减＝-5；

所述C_建筑物的数值根据以下情况确定：如果所述目标建筑物的总楼层数为6层以下，则C_建筑物＝-1；如果所述目标建筑物的总楼层数为7层以上并且10层以下，则C_建筑物＝-5；如果所述目标建筑物的总楼层数为11层以上，则C_建筑物＝-10。

(三)有益效果

本发明的地铁环境振动的工程预测方法，通过大量的实测数据获得所述基准值及各个修正参数，综合考虑到了振动传播各环节对所述基准值的影响，进而对所述基准值进行修正，最终获得的目标建筑物的最大振动强度值VL_Zmax的误差范围在2dB以内。综上，所述方法能够快速、准确地预测地铁对建筑物的振动影响，从而为城市轨道开发的环境振动影响评价及减振降噪措施的选择提供数据支持。

附图说明

图1是地铁振动对建筑物造成影响的示意图；

图2是本发明实施例所述地铁环境振动的工程预测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图2是本发明实施例所述地铁环境振动的工程预测方法的流程图。如图2所示，所述方法包括步骤：

A：根据预设条件测量得到地铁的振动源强基准值。其中，获得所述基准值的预设条件为：地铁导轨采用DT-VI2型扣件，地铁导轨无波纹磨损，列车采用B型车，列车以70km/h的速度沿直道匀速运行，以隧道洞壁处做为等效振源位置。通过多次实验，最终得到所述基准值的数值范围为从82dB到86dB，优选地数值为该范围中间值即84dB。

B：根据地铁导轨距离目标建筑物的最近点的振动相关参数，对所述基准值进行参数修正，计算得到地铁对目标建筑物造成的最大振动强度VL_Zmax。本实施例中将地铁导轨上距离所述目标建筑物最近的一点视为是对所述目标建筑物振动影响最大的点，因此，所有的修正计算均以所述最近点为基准。

所述步骤B中，所述最大振动强度VL_Zmax的计算公式如下：

VL_Zmax＝VL_{Zmax_0}+C_减振措施+C_过渡段+C_车速+C_线路形式+C_载重+C_埋深+C_水平衰减+C_建筑物；(1)

其中，VL_{Zmax_0}为所述基准值，C_减振措施为地铁导轨的减振措施影响的修正量，C_过渡段为不同减振措施的过渡段影响的修正量，C_车速为列车车速影响的修正量，C_线路形式为线路形式影响的修正量，C_载重为线路形式和列车载重共同影响的修正量，C_埋深为地铁埋深影响的修正量，C_{水 平衰减}为所述目标建筑物与所述最近点的地面投影点的水平距离影响的修正量，C_建筑物为所述目标建筑物的总楼层数影响的修正量；所述VL_{Zmax_0}、C_减振措施、C_过渡段、C_车速、C_线路形式、C_车况载重、C_埋深、C_水平衰减和C_建筑物的单位均为dB。

所述C_减振措施的数值根据以下情况确定：如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于5dB并且小于10dB，则C_减振措施＝-5；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于10dB并且小于15dB，则C_减振措施＝-10；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于15dB并且小于20dB，则C_{减振措 施}＝-15；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于20dB，则C_减振措施＝-20。其中，不同导轨的减振效果在导轨产品上有标识，可以直接读取。如下表1是不同减振效果的减振措施的修正量查询表。

表1不同减振效果的减振措施的修正量查询表

减振效果J(单位dB)	5≤J＜10	10≤J＜15	15≤J＜20	J≥20
					修正量(单位dB)	5	10	15	20

设点O为采用减振措施X的导轨和采用减振措施Y的导轨的临界点，并且由减振措施X影响的修正量C_{减振措施X}大于等于由减振措施Y影响的修正量C_{减振措施Y}；设点P为采用减振措施X的导轨上一点，设定点Q为采用减振措施Y的导轨上一点，并且P和Q距离O的距离均为100m，所述C_过渡段的数值根据以下情况确定：如果所述最近点不位于P或Q，并且不位于P和Q之间，则C_过渡段＝0；否则

其中，L表示所述最近点与P的距离，单位为m。

所述C_车速的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点列车车速V满足20km/h≤V≤70km/h，则C₀＝20lg(V/70km/h)；在所述最近点，如果列车处于匀速状态，则C_车速＝C₀，如果列车处于加速状态，则C_车速＝C₀+1，如果列车处于减速状态，则C_车速＝C₀-1。如下表2是不同车速状态的修正量查询表。

表2不同车速状态的修正量查询表

所述C_线路形式的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点线路形式为直道或者为半径大于2000m的弯道，则C_线路形式＝0；如果在所述最近点线路形式为半径大于500m并且小于等于2000m的弯道，则C_线路形式＝1；如果在所述最近点线路形式为半径小于等于500m的弯道，则C_{线 路形式}＝2。如下表3是不同线路形式的修正量查询表。

表3不同线路形式的修正量查询表

线路形式	直道或弯道R＞2000m	弯道500＜R≤2000m	弯道R≤500m
				修正量(dB)	0	+1	+2

所述C_载重的数值根据以下情况确定：

如果在所述最近点线路形式为直道，则C_载重的计算公式如下：

C_载重＝2E-1；(3)

如果在所述最近点线路形式为弯道，则C_载重的计算公式如下：

C_载重＝4E-2；(4)

其中，(3)式和(4)式中E均为在所述最近点时列车的实际载重占其额定载重的百分比。

所述C_埋深的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点地铁埋深大于等于8m小于13m，则C_埋深＝-1；如果在所述最近点地铁埋深大于等于13m小于17m，则C_埋深＝-2；如果在所述最近点地铁埋深大于等于17m小于20m，则C_埋深＝-3。如下表4是不同的地铁埋深的修正量查询表。

表4不同的地铁埋深的修正量查询表

地铁埋深H(单位m)	8≤H＜13m	13≤H＜17	17≤H＜20
				修正量(单位dB)	1	2	3

所述C_水平衰减的数值根据以下情况确定：如果所述目标建筑物与所述最近点的地面投影点的水平距离大于等于0m并且小于10m，则C_水平衰减＝0；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于10m并且小于20m，则C_水平衰减＝-1；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于20m并且小于30m，则C_水平衰减＝-2；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于30m并且小于40m，则C_{水 平衰减}＝-3；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于40m并且小于50m，则C_水平衰减＝-5。如下表5是不同水平距离的修正量的查询表。

表5不同水平距离的修正量的查询表

水平距离S(单位m)	0≤S＜10	10≤S＜20	20≤S＜30	30≤S＜40	40≤S＜50
						修正量(单位dB)	0	1	2	3	5

所述C_建筑物的数值根据以下情况确定：如果所述目标建筑物的总楼层数为6层以下，则C_建筑物＝-1；如果所述目标建筑物的总楼层数为7层以上并且10层以下，则C_建筑物＝-5；如果所述目标建筑物的总楼层数为11层以上，则C_建筑物＝-10。如下表6是不同高度的建筑物的修正量查询表。

表6不同高度的建筑物的修正量查询表

楼高	6层以下	7层以上，10层以下	11层以上
				修正量(dB)	1	5	10

本发明实施例所述的地铁环境振动的工程预测方法，通过大量的实测数据获得所述基准值及各个修正参数，综合考虑到了振动传播各环节对所述基准值的影响，进而对所述基准值进行修正，最终获得的目标建筑物的最大振动强度值VL_Zmax的误差范围在2dB以内。综上，所述方法能够快速、准确地预测地铁对建筑物的振动影响，从而为城市轨道开发的环境振动影响评价及减振降噪措施的选择提供数据支持。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种地铁环境振动的工程预测方法，其特征在于，包括步骤：

A：根据预设条件测量得到地铁的振动源强基准值；

B：根据地铁导轨距离目标建筑物的最近点的振动相关参数，对所述基准值进行参数修正，计算得到地铁对所述目标建筑物造成的最大振动强度VL_Zmax；

所述步骤A中，所述预设条件为：地铁导轨采用DT-VI2型扣件，地铁导轨无波纹磨损，列车采用B型车，列车以70km/h的速度沿直道匀速运行，以隧道洞壁处做为等效振源位置；

所述步骤B中，所述最大振动强度VL_Zmax的计算公式如下：

VL_Zmax＝VL_{Zmax_0}+C_减振措施+C_过渡段+C_车速+C_线路形式+C_载重+C_埋深+C_水平衰减+C_建筑物；  (1)

其中，VL_{Zmax_0}为所述基准值，C_减振措施为减振措施影响的修正量，C_过渡段为不同减振措施的过渡段影响的修正量，C_车速为车速影响的修正量，C_线路形式为线路形式影响的修正量，C_载重为线路形式和列车载重共同影响的修正量，C_埋深为地铁埋深影响的修正量，C_水平衰减为所述最近点的地面投影点与所述目标建筑物的水平距离影响的修正量，C_建筑物为所述目标建筑物的总楼层数影响的修正量；所述VL_{Zmax_0}、C_减振措施、C_过渡段、C_车速、C_线路形式、C_载重、C_埋深、C_水平衰减和C_建筑物的单位均为dB。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准值的数值范围为从82dB到86dB。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基准值的数值为84dB。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述C_减振措施的数值根据以下情况确定：如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于5dB并且小于10dB，则C_减振措施＝-5；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于10dB并且小于15dB，则C_减振措施＝-10；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于15dB并且小于20dB，则C_减振措施＝-15；如果所述最近点的导轨的减振效果大于等于20dB，则C_减振措施＝-20；

设点O为采用减振措施X的导轨和采用减振措施Y的导轨的临界点，并且由减振措施X影响的修正量C_{减振措施X}大于等于由减振措施Y影响的修正量C_{减振措施Y}；设点P为采用减振措施X的导轨上一点，设点Q为采用减振措施Y的导轨上一点，并且P和Q距离O的距离均为100m，所述C_过渡段的数值根据以下情况确定：如果所述最近点不位于P或Q，并且不位于P和Q之间，则C_过渡段＝0；否则

其中，L表示所述最近点与P的距离，单位为m。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C_车速的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点列车车速V满足20km/h≤V≤70km/h，则C₀＝20lg(V/70km/h)；在所述最近点，如果列车处于匀速状态，则C_车速＝C₀，如果列车处于加速状态，则C_车速＝C₀+1,如果列车处于减速状态，则C_车速＝C₀-1。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述C_线路形式的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点线路形式为直道或者为半径大于2000m的弯道，则C_线路形式＝0；如果在所述最近点线路形式为半径大于500m并且小于等于2000m的弯道，则C_线路形式＝1；如果在所述最近点线路形式为半径小于等于500m的弯道，则C_线路形式＝2；

所述C_载重的数值根据以下情况确定：

如果在所述最近点线路形式为直道，则C_载重的计算公式如下：

C_载重＝2E-1；  (3)

如果在所述最近点线路形式为弯道，则C_载重的计算公式如下：

C_载重＝4E-2；  (4)

其中，(3)式和(4)式中E均为在所述最近点时列车的实际载重占其额定载重的百分比。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C_埋深的数值根据以下情况确定：如果在所述最近点地铁埋深大于等于8m小于13m，则C_埋深＝-1；如果在所述最近点地铁埋深大于等于13m小于17m，则C_埋深＝-2；如果在所述最近点地铁埋深大于等于17m小于20m，则C_埋深＝-3。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述C_水平衰减的数值根据以下情况确定：如果所述目标建筑物与所述最近点在地面的投影点的水平距离大于等于0m并且小于10m，则C_水平衰减＝0；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于10m并且小于20m，则C_水平衰减＝-1；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于20m并且小于30m，则C_水平衰减＝-2；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于30m并且小于40m，则C_水平衰减＝-3；如果所述目标建筑物与所述投影点的水平距离大于等于40m并且小于50m，则C_水平衰减＝-5；

所述C_建筑物的数值根据以下情况确定：如果所述目标建筑物的总楼层数为6层以下，则C_建筑物＝-1；如果所述目标建筑物的总楼层数为7层以上并且10层以下，则C_建筑物＝-5；如果所述目标建筑物的总楼层数为11层以上，则C_建筑物＝-10。