基于现场脉冲激励的地铁列车振动环境影响预测模型研究

The vibration and quadratic noise within the buildings induced by the metro train operation influence people's life and work, and disturb the accuracy of the precision instrument and so on, which have been one of the three big obstacles in the construction of urban rail transit. The reason is that the prediction accuracy of the current used environmental evaluation measures is hard to satisfy the engineerings' requirements. The research team of the applicant have explored the problem for over ten years and proposed a new ambient vibration prediction method one year ago, that is the measured pulse impact transfer function method on the basis of the further researches on the system vibration transfer theory. The method is based on the field tests of transfer function from rail line to the sensitive targets, and combines with the vibration data of the vibration source, and establishes the mathematical prediction model by Matlab, and improves the model accuracy making use of the simulation, and then predicts the vibration responses of the sensitive targets. The prediction accuracy is high by the preliminary confirmation of the Laboratory tests. This topic aims to carry out the in situ prediction confirmation of the measure, and research on the key technologies of the drill impact excitation prediction measure that is suitable for both the preliminary and construction design stages of the metro, and it can completely change the unreasonable situations that the line preliminary until the track construction designs are just based on the environmental evaluation experiences, which will provide a powerful technical measure for accurately predicting the ambient influences induced by the metro trains operation.

地铁运营引起建筑物内振动及二次噪声，越来越多的影响到人们的生活和工作，干扰精密仪器正常工作等，已成为城市轨道交通建设的三大障碍之一。其根源在于目前使用的环评方法预测精度很难满足工程实际的要求，准确的预测是解决问题的关键。申请者的研究团队对此持续探索了十几年，在对系统振动传递理论深入研究的基础上，提出一种新的环境振动预测方法-实测脉冲传递函数法。该方法基于线路位置到敏感目标的传递函数现场测试，结合振源振动数据，通过matlab建立数学预测模型，利用仿真计算提高模型精度，预测敏感目标振动响应。经实验室试验初步验证此方法预测准确度很高。本课题旨在进一步开展此方法的现场原位预测验证，研究适用于地铁初步设计与施工图设计阶段的钻孔脉冲激励预测法的关键技术，可彻底改变现在仅依据环评经验预测进行线路初步设计直到轨道施工设计的不合理局面。为精确预测地铁运营环境影响提供一个有力的技术手段。

地铁运营引起建筑物室内振动及二次噪声问题，越来越多的影响到人们的生活和工作，干扰精密仪器正常工作，加速个别文物古建的损坏。这已成为城市轨道交通建设的障碍之一。其根源之一在于现行环评方法预测精度很难满足工程实际要求，因此准确的预测是解决问题的关键。对此，本课题组提出了新型的基于现场脉冲激励的地铁列车振动环境影响预测模型并建立针对工程项目可行性研究阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段，预测精度逐步提高的预测评估体系。.课题组首先提出了人工单点列脉冲激励的预测方法，以此为基础，进一步研制了专用设备，以获取实测传递函数，研究了通过实测及理论方法构建预测传递函数矩阵的基础理论，建立了三阶段预测操作方法体系。结合地铁列车运行荷载的精准输入，提出了完整的基于现场脉冲激励的三阶段高精度预测方法：“解析传递函数快速预测方法” 、“深孔激振实测传递函数预测方法” 和“隧道内激振实测传递函数预测方法”。.根据三阶段预测精度的要求，分别采用基于实测或理论模型的隧道位置到预测目标之间传递函数序列，进行完备相位信息的预测传递矩阵构建，然后将车轨耦合系统模拟得到的激振力代入计算。整个过程在频域内进行，考虑激振力序列的幅值及相位信息，兼顾预测速度与预测精度，具有预测准确度高、针对性强的特点。对于敏感的建筑物、精密仪器等，该方法可以精确给出其所受影响的频率及强度。.主要创新：1）建立了新型的基于周期-无限理论的车轨耦合解析模型，获取精确的振源输入频域力序列。2）研发试制了新型深孔激振装置，可于任意深度钻孔内产生有效的振动激励，进行振源输入力及地表振动加速度采样，从而获取满足预测精度的传递函数序列。3）针对初步设计阶段，提出隧道结构预测修正函数序列，以修正现场无实际隧道结构时传递函数测试的偏差。4) 进行完备相位信息的预测传递矩阵的理论构建，预测量同时兼顾时域及频域的定量指标。5）在此基础上，提出了完整的基于现场脉冲激励的三阶段预测精度逐步提高的预测评估体系。.经过地铁沿线实际案例的振源测试、地表测试、隧道内激振实验以及深孔激振实验，课题组对提出的方法进行了实例验证。结果表明，该方法预测精度高，频带特性好，预测速度快，适应性强，可以对各种预测目标，进行各种工况条件下的地铁列车环境振动时域及频域定量预测。这是对既有环评预测手段的一个重要的补充和支持，具有很好的社会效益和工程应用价值。.