小半径曲线段地铁列车运行环境振动响应分析

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曲线段轨道扭转效应加剧地铁列车运行所诱发的环境振动响应。本文以杭州轨道交通一号线曲线区间为例,采用多体动力学方法建立车辆-轨道模型,计算出B型车通过350m小曲率半径时的动态轮轨力。通过现场实测与数值模拟,分析了粘土与砂土不同地层、不同工况条件下地铁列车运行所诱发的地面及临近低层建筑物的振动响应。分析了控制车速、设隔振沟、地下连续墙以及土体参数敏感性等因素,提出了减振对策与建议,所得结论如下:1)相比于直线段地铁列车运行,曲线段地铁列车振动行为更为复杂,此时轮轨水平作用不可忽略。2)列车运行时,地面各测点加速度时程曲线峰值都在10-2m/s2数量级,远大于背景振动的10-4m/s2。随着测点到隧道中心线距离的增加,地面的振动响应逐渐减小,主要以30Hz以内的低频振动为主。3)地铁运行时,建筑物在水平方向与竖直方向被诱发的振动均以10Hz以内的低频振动为主。隧道穿越砂土地层或粘土地层时,竖向加速度随楼层的升高变化不大;而水平方向的振动加速度随楼层的升高呈显著增加趋势,水平方向二次振动在高楼层存在显著的放大效应。4)相同工况条件下比较,砂土地层以上地面建筑物振动响应远远大于粘土地层以上地面。对比水平方向振动加速度峰值,砂土地层条件下一般高于粘土地层条件下0.0175-0.03m/s2;竖直方向上,砂土地层条件下一般高于粘土地层条件下0.03-0.05m/s2。相较于水平方向加速度峰值,两种土质地层在竖直方向加速度峰值随楼层的升高变化不大。5)基于ATO系统控制的局部敏感策略,列车减速可以有效地降低建筑物的振动响应;地下连续墙的减振效果不理想,甚至在某一楼层出现振动放大现象。空沟具有较好的减振效果,尤其对水平向减振效果较好;振动加速度峰值大小与剪切模量成反比关系,随土体阻尼比的增加呈线性衰减趋势。
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