沪宁城际高速铁路振动及其对周围环境影响研究

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1、沪宁城际高速铁路振动及其对周围环境影响研究1绪论1.1研究背景铁路作为主要的交通运输方式之一，以其安全、准时、高效等特点在世界范围得到长足的发展，在国民生产和生活中一直担负着重要的运输任务。过去，由于经济发展水平和技术力量的限制，我国铁路交通的发展比较缓慢，20世纪90年代以来，随着社会的发展和科学技术的进步，我国对铁路运输能力的需求越来越大，加速了其现代化进程，技术水平和列车车速不断提高⑴。为了使日益增长的客货运输得到更好的实现，中国铁路经历了六次大提速以及大规模客运专线和高速铁路的建设。目前，我国高

2、速铁路运营里程突破一万公里，居世界第一位，我国己成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。然而，随着铁路网的加密和列车运行速度的提高，列车运行引起的振动问题愈发严重，受到人们的广泛关注。高速运行的列车会对轨道和基础产生冲击，尤其当列车速度接近轨道及基础系统的临界速度时，冲击荷载产生的能量来不及在轨道结构和周围地基中逸散，积聚在车轮和轨道接触位置附近，使列车和地基产生很大的振动位移[2]。高速移动荷载引起的振动导致两个方面的问题：一方面是高速运行列车引起

3、的列车、轨道和地基的振动，涉及到运行舒适性、安全性的问题，另一方面是振动以波的形式通过土体向外传递引起周围环境的振动问题。安全性与舒适性是高速列车运行的两个重要指标，与列车一轨道系统的振动特性密不可分。大量研究发现，轨道不平顺是引起机车列车振动的主要根源，轨道平顺性的恶化不仅会引起机车车辆剧烈振动，使轮轨作用力加大，破坏轨道结构的稳定性，甚至会导致列车脱轨，危及行车安全，所以有必要对轨道平顺性进行研究。另外，高速列车引起的结构振动通过周围地层向外传播，引起周围环境振动，并会进一步诱发附近地下结构以及邻近

4、建筑物的二次振动和噪声，会对建筑物特别是古旧建筑物的结构安全造成影响，国际上已将其列为七大环境公害之一⑴。1.2国内外研究现状针对列车运行引起的铁路振动问题，国内外学者分别从多个角度对其进行了大量的研究。根据本文的研究内容，以下分别从车辆一轨道親合动力学理论研究、轨道不平顺研究、铁路振动的环境影响研究、振动在土体中的传播以及列车振动荷载作用下路基沉降研究等五个方面对国内外研究现状进行总结。车辆一轨道稱合动力学是在传统的车辆动力学和轨道动力学基础上发展起来的一个新的学科领域，通过建立车辆一轨道稱合动力学模

5、型，将轮轨不平顺作为激励输入，可以实现对列车及轨道结构实际振动状态的模拟、实现列车动荷载的计算模拟等内容，是研究铁路振动问题的重要方法。高速列车运行时，列车与轨道之间会发生动态相互作用，列车一轨道稱合仿真的主要目的是将列车一轨道结构模型结合起来，进而合理地描述它们之间复杂的动力相互作用。20世纪90年代以来，随着计算技术的快速发展，使得系统全面地研究机车车辆与轨道之间的相互作用问题成为可能，在车辆与轨道親合动力学理论的基础上，人们己能较为准确地模拟作用于轨道结构上的动荷载。对于与车辆动力学性能和铁路振动

6、相关问题的研究，采用的研究思路也逐渐从单一的车辆系统动力学向车辆与轨道稱合动力学发展。国内外众多铁路科研单位和学者陆续开展了车辆一轨道稱合动力学领域的理论研究与应用研究。..2高速铁路振动试验研究2.1测试目的虽然通过理论分析和数值计算可以解决许多振动方面的问题，但在很多情况下，分析所依据的模型和边界条件，甚至于振动的激励仍然不可能完全符合实际情况。列车运行引起的振动一方面受场地地质条件的影响，另一方面也与列车的运行速度、载重情况、轨道结构形式和扣件的类型密不可分，具有相当的复杂性，对于复杂的结构、涉及

7、非线性的振动，单靠现有的振动理论和计算方法来分析往往是不够的，因此通过振动试验或直接进行现场振动实测成为研究振动问题的重要手段。此外，理论分析中模型参数的确定，包括模型范围、单元尺寸、构件性能等参数，都需要根据具体部位的真实振动情况来确定，而开展现场实测是获取这些重要信息的最有效方式。在对国内外以往振动试验研究现状的调查分析中，发现大多试验研究对象为沿线结构物或环境土体，由于仪器、测试环境、测试条件的限制等因素，高速铁路轨道结构的振动实测数据很少，所以本次测试目的包括：(1)选取高架桥和路基两种线路结构

8、进行振动测试，对比分析两种线路结构条件下铁路振动的差异，测试结果为后续数值建模分析中工况条件的选取提供指导；(2)对关键位置处的振动特性进行分析，特别是高速铁路轨道结构各部位的振动情况，为理论分析模型相关参数的确定提供依据；(3)将测试数据与理论模型计算结果进行对比，验证模型的正确性。..2.2测试现场情况测试断面选取的合理与否会直接影响到测试成果，测试断面的选取应综合考虑多方面因素，才能保证试验结果的合理性和准确性，主要考虑了以下因素：(