摘 要:通过对磁悬浮快速列车沿线两侧区域振动监测,得出振动级ｖｌｚｍａｘ与列车速度有较好的相关性,实测得出了振动随车速变化的衰减系数。同时给出了振动随离轨道距离变化的衰减方程,参照现有环境振动国家标准,给出了不同车速下磁悬浮轨道两侧区域的振动达标距离。
关键词:磁悬浮;振动;衰减
磁悬浮快速列车是我国公共交通高速化发展迈出的重要一步,对我国今后交通的发展方向有重要的影响。目前已在上海市建成的磁悬浮快速干线是世界上第一条商业营运的高速磁悬浮列车示范线,该线西起浦东地铁2号线龙阳路站东至浦东国际机场,线路总长32.36ｋｍ,其中正线全长29.863ｋｍ,维修基地出入走行线2.497ｋｍ,检修线1.19ｋｍ,列车设计正常运行最大速度6辆编组为430ｋｍ/ｈ,8辆编组为400ｋｍ/ｈ。该线所经地层均为长江冲积层,地势东南高,西北低,平均海拔4.87ｍ(吴淞零点)[1]。
目前我国缺乏针对磁悬浮快速列车的环境振动控制标准和测量方法,本文在借鉴高速铁路沿线振动监测经验的基础上,根据现行环境振动国标测量方法,通过磁悬浮两侧沿线实地测量,分析得出了磁悬浮车速和相应测点振动级的关系式和垂直于轨道方向的振动衰减方程。
1列车振动与列车运行速度的关系
磁悬浮系统振动的形成是由于导向力、支承力以及推进、制动力在内的所有三维静态和动态力均作用于导向轨道,并进而由轨道向下传入地基形成振动。WWw.11665.coM磁悬浮的轨道梁由功能区和支撑结构两部分组成,功能区包括长定子、支承滑行轨及侧向导向轨,以提供支承力和牵引力,控制列车运行方向。支撑结构包括各种形式的支撑梁及其下部基础,采用双跨连续钢 预应力砼支撑(承重)梁[1],轨道和支撑梁之间无避振弹簧,采用刚性连接。振动由支撑结构传入地下后,形成以纵波、横波、表面波形式传导的振动,对人体影响最大的是由表面波引起的垂直于水平面方向的振动,铅垂向振动是人体站立方向,因此人的感受也较强烈,我国现有的环境振动国家标准中的振动级均是指铅垂向振动。
振动测点布置于距离磁悬浮双轨中心线两侧100ｍ以内的平坦坚实的自然地面上,选择周边无交通干线、无工厂等强振源影响处设点。磁悬浮轨道中心线两侧25ｍ内区域属于工程红线内,因此振源测点设在26ｍ处,测量仪器的拾振器灵敏度主轴方向与水平面垂直。
测量仪器使用的ａｗａ6256和ｈｓ5933ａ环境振动分析仪,均符合ｉｓｏ/ｄｐ8041 -1984的规定。由于磁悬浮列车运行的间断性,它对周边环境的振动影响也是间歇性的,因此,为尽量避免轨道周边环境的影响,应测量磁悬浮列车通过时的最大值。
由表1中各点数据,通过振动与列车速度的关系式换算可确定振动随车速变化的衰减系数。振动与列车速度的关系式[2]如下:
式中,ｖｌｚ为速度是ｖ时的振动加速度级(ｄｂ);ｋｖ为衰减系数;ｖ为磁悬浮列车运行速度(ｋｍ/ｈ);ｖ0为基准速度(100ｋｍ/ｈ);ｃ为基准速度下的振动加速度级(ｄｂ)。
由图1知,磁悬浮列车的运行速度和振级有着较好的相关性,相关系数达0.971。ｋｖ为13.45,ｃ为65.8。
2 振动随列车速度及水平距离的衰减规律
在磁悬浮下行线路(浦东机场→龙阳路)一侧的不同列车速度区域内,沿垂直于磁悬浮线路方向每隔10～20米布设3至4个振动监测点,监测点附近无公路、工厂、建筑工地及其它强振源,当列车通过时各测点同步监测3至4次。表2给出了振动随列车速度、距离的变化数据。
由表2中衰减方程可算出远离磁悬浮轨道同类地质条件下的某点振动级,参照ｇｂ10070-1988《城市区域环境振动标准》可推出磁悬浮轨道两侧的振动达标范围。
3 结语与讨论
(1)振动与磁悬浮列车的运行速度有较大的相关性,确定了振动随车速变化的衰减系数为13.45(基准速度100ｋｍ/ｈ)。磁悬浮列车时速越快,环境振动越强烈。目前磁悬浮的最高时速430ｋｍ/ｈ下振动源(离双轨中心26米)处的最大振级比100ｋｍ/ｈ车速下高近10ｄｂ。
(2)回归得出不同车速下振动水平距离衰减的方程,磁悬浮列车振动的传播方式是轨道振动由支撑结构传入地下,利用距离衰减能使振动明显降低。因此,解决磁悬浮沿线振动的最佳方案是考虑列车不经过居住密集区。对已建成的居民楼可考虑搬迁或用钢筋混凝土加固措施,增强建筑物的刚性,或降低建筑物的固有频率,采用适用于建筑物的防振橡胶等措施。也可以采用防振沟和防振壁隔断传播途径降低振级。
(3)目前磁悬浮列车仅在昼间时段运行,夜间时段不运行。参照ｇｂ10070-1988《城市区域环境振动标准》磁悬浮工程项目红线两侧40米范围内(离磁悬浮双轨中心线65米)均属交通干线道路两侧区域,按交通干线道路两侧标准评价。在目前磁悬浮工程的支撑结构、轨道两侧地质状况、运行车速、运行时段等几方面现有因素影响下,交通干线道路两侧建成区域内离磁悬浮双轨中心线51米处昼间时段达标。若今后磁悬浮运行车速、运行时段等因素改变,轨道两侧振动达标安全距离需向轨道外延长。
参考文献:
[1]上海市磁悬浮快速列车工程项目环境影响报告书[ｍ].上海:上海市环境科学研究院,2002.
[2]孙家琪,郭建国,金志春.城市轨道交通振动和噪声控制简明手册[ｍ].北京:中国科学技术出版社,2002,65,66.
[3]ｇｂ10070-1988《城市区域环境振动标准》[ｓ].
