预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置及预测方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置及预测方法。

背景技术：

降低轨道交通引起的环境振动对于发挥轨道交通的环境友好特性具有重要意义，城市轨道交通对其环境振动尤为重视，目前环境振动控制体系已经初步形成，各种轨道减振措施广泛应用，轨道交通环境振动控制体系主要内容和实施过程如图1所示。

减振轨道是将减振部件置于钢轨下、轨枕下或道床下，为轨道系统提供必要的弹性以获得减振性能，由此可以分为钢轨下减振轨道、轨枕下减振轨道和道床下减振轨道三类，一般道床下减振轨道性能最好，轨枕下减振轨道性能次之，钢轨下减振轨道性能最次。

对振动敏感点振动超标量的预测是轨道交通环境振动控制体系的基础环节，其准确程度直接影响工程投资和振动控制效果。我国采用经验公式法对轨道交通引起的环境振动进行预测，其公式为：vlz＝vlz0+δlt+δls+δlr+δlp+δlc+δlst+δlb，式中vlz0为基准振动源强，δlt～δlb为考虑各类主要影响因素的修正项，其中δlt为车辆轴重修正、δls为列车运行速度修正、δlr为轮轨条件修正、δlp为轨道修正、δlc为结构形式修正、δlst为传播衰减修正、δlb为建筑物类型修正；修正项的经验回归公式及参数取值主要基于上世纪90年代在北京、上海和广州地铁的工程经验和测试研究结果，由于影响因素众多，预测准确程度亟须提高。列车运行时，线路周边建筑物内最低楼层室内中部的二次辐射噪声，采用hj453-2008《环境影响评价技术导则·城市轨道交通》提供的经验公式进行预测，预测准确度也有待提高。

经验公式预测的优点是公式简单，便于工程人员使用，但目前在工程中的预测准确度不高，主要原因是由于部分修正项代表的衰减机理尚待查明，在实际操作中没有考虑，如地质条件和岩土特性的影响等；振动和噪声预测公式中，基准振动源强的确定是基于实测数据，不同地区存在差别，其取值靠对类似地区的参考和经验，误差较大。

由于经验公式预测准确度不高，轨道减振措施选型过程中一般预留3db～5db的富裕量，振动过度控制造成的浪费较多；即便减振措施考选预留了较大的富裕量，线路运营后，线路周边振动和噪声敏感点附近居民对环境振动和噪声的投诉现象非常普遍，且呈现增多趋势。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的经验公式预测准确度不高，振动过度控制造成的浪费较多，由于前期预测不足造成线路运营后振动和噪声超过环评标准的上述不足，提供一种预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置及预测方法，通过车辆-轨道相互动力作用模拟激振装置产生不同型式轨道的激振源，并测试引起线路周边振动敏感点的振动，可准确预测振动超标量，并给出合理的轨道减振措施选型方案。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，包括：

轨道结构模拟台，设于待测线路基础上，包括轨道结构层和弹性减振层；

动荷载发生器，设于所述轨道结构模拟台上，用于对所述轨道结构模拟台施加动荷载。

采用本发明所述的预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，可以准确模拟列车运行时车轮作用在钢轨上的动荷载，动载荷作用于普通道床及各种减振轨道模式；预测时机选在线路基础施工完毕之后，使激振装置激发的振动向振动和噪声敏感点的传递过程与列车运营时完全一致，该激振装置配合监测装置可确保预测轨道交通环境振动和噪声结果的准确性，该激振装置拆装方便，预测试验速度快，便于推广应用。

优选地，所述轨道结构层包括钢轨和道床模拟块，所述弹性减振层包括钢轨减振模拟层和/或道床减振模拟层。

优选地，所述弹性减振层还包括轨枕模拟块，所述弹性减振层还包括轨枕减振模拟层。

优选地，所述道床模拟块顶面为水平面，底面形状适配所述线路基础的形状；即若为圆形隧道，所述线路基础截面形状为圆形，所述道床模拟块截面的底边为圆弧；若为马蹄形隧道，所述道床模拟块底面与隧道断面的仰拱形状一致；若为矩形隧道、路基或者桥梁，所述道床模拟块底面为平面。

优选地，所述轨道结构模拟台沿线路方向设置的长度为0.5-1.5m(1-3个钢轨扣件间距)。

优选地，该预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置还包括自适应结构层，所述自适应结构层设于所述轨道结构模拟台和所述待测线路基础之间。

采用这种结构设置，所述自适应结构层用于消除所述轨道结构模拟台和所述待测线路基础之间的间隙，调整并定位所述轨道结构模拟台。

优选地，所述自适应结构层包括向填装袋中注入自流平混凝土或者ca沙浆形成的自流平层，便于试验后拆除。

优选地，所述填装袋为尼龙袋。

本发明还提供了一种预测轨道交通环境振动和噪声的方法，应用如以上任一项所述的预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，包括以下步骤：

a、所述线路基础施工完毕并达到负荷要求后，在振动和噪声敏感点对应的所述线路基础设置所述激振装置；

b、在所述敏感点处设置监测装置；

c、调整所述轨道结构模拟台至普通整体道床轨道结构模式；

d、所述动荷载发生器向所述轨道结构模拟台施加模拟列车通过的动荷载，所述监测装置采集所述敏感点处的振动和噪声信号；

e、获取记录监测数据，并与环评报告中数据做对比，若达标，完成本次预测评估；若超标，根据该线路减振设计资料所确定的减振措施，调整所述轨道结构模拟台的工作模式，对应的减振措施性能由低到高，依次重复所述步骤d和e，直至所述监测数据相对所述环评报告中数据达标。

采用本发明所述的预测轨道交通环境振动和噪声的方法，可以准确模拟列车运行时车轮作用在钢轨上的动荷载，动载荷作用于普通道床及各种减振轨道模式；预测时机选在线路基础施工完毕之后，使激振装置激发的振动向振动和噪声敏感点的传递过程与列车运营时完全一致，可确保预测结果的准确性；该预测方法弥补了轨道交通环境振动和噪声预测完全依靠经验公式，预测结果准确性较低，振动过度控制造成的浪费较多，及前期预测不足造成线路运营后振动和噪声超过环评标准的不足，并给出合理的轨道减振措施选型方案，该预测方法推广应用前景广阔。

此处需要说明的是，所述普通整体道床轨道结构为钢轨通过普通扣件(钢轨连接轨枕或道床的扣件分为普通扣件和减振扣件，普通扣件的弹性小于减振扣件的弹性)连接道床模拟块，道床模拟块连接所述线路基础；所述减振措施性能由低到高的所述轨道结构模拟台分为减振结构ⅰ型轨道结构模拟台、减振结构ⅱ型轨道结构模拟台、减振结构ⅲ型轨道结构模拟台、减振结构ⅳ型轨道结构模拟台、减振结构ⅴ型轨道结构模拟台、减振结构ⅵ型轨道结构模拟台六型减振轨道结构：

减振结构ⅰ型轨道结构模拟台，钢轨连接钢轨减振模拟层，钢轨减振模拟层连接道床模拟块，道床模拟块设于待测所述线路基础上，所述钢轨减振模拟层可为减振扣件；

减振结构ⅱ型轨道结构模拟台，钢轨连接钢轨减振模拟层，钢轨减振模拟层连接轨枕模拟块，轨枕模拟块连接轨枕减振模拟层，轨枕减振模拟层连接道床模拟块，道床模拟块设于待测所述线路基础上；

减振结构ⅲ型轨道结构模拟台，钢轨连接道床模拟块，道床模拟块连接道床减振模拟层，道床减振模拟层设于待测所述线路基础上；

减振结构ⅳ型轨道结构模拟台，钢轨连接钢轨减振模拟层，钢轨减振模拟层连接道床模拟块，道床模拟块连接道床减振模拟层，道床减振模拟层设于待测所述线路基础上；

减振结构ⅴ型轨道结构模拟台，钢轨连接轨枕模拟块，轨枕模拟块连接轨枕减振模拟层，轨枕减振模拟层连接道床模拟块，道床模拟块连接道床减振模拟层，道床减振模拟层设于待测线路基础上；

减振结构ⅵ型轨道结构模拟台，钢轨连接钢轨减振模拟层，钢轨减振模拟层连接轨枕模拟块，轨枕模拟块连接轨枕减振模拟层，轨枕减振模拟层连接道床模拟块，道床模拟块连接道床减振模拟层，道床减振模拟层设于待测线路基础上。

优选地，先执行步骤b再执行步骤a或者同时执行步骤a、b。

优选地，敏感点包括环境振动测点和二次结构噪声测点。

综上，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、运用本发明所述的预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，可以准确模拟列车运行时车轮作用在钢轨上的动荷载，动载荷作用于普通道床及各种减振轨道模式；预测时机选在线路基础施工完毕之后，使激振装置激发的振动向振动和噪声敏感点的传递过程与列车运营时完全一致，该激振装置配合监测装置可确保预测轨道交通环境振动和噪声结果的准确性，该激振装置拆装方便，预测试验速度快，便于推广应用；

2、运用本发明所述的预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，还包括自适应结构层，所述自适应结构层设于所述轨道结构模拟台和所述待测线路基础之间，采用这种结构设置，所述自适应结构层用于消除所述轨道结构模拟台和所述待测线路基础之间的间隙，调整并定位所述轨道结构模拟台；

3、运用本发明所述的预测轨道交通环境振动和噪声的方法，可以准确模拟列车运行时车轮作用在钢轨上的动荷载，动载荷作用于普通道床及各种减振轨道模式；预测时机选在线路基础施工完毕之后，使激振装置激发的振动向振动和噪声敏感点的传递过程与列车运营时完全一致，可确保预测结果的准确性；该预测方法弥补了轨道交通环境振动和噪声预测完全依靠经验公式，预测结果准确性较低，振动过度控制造成的浪费较多，及前期预测不足造成线路运营后振动和噪声超过环评标准的不足，并给出合理的轨道减振措施选型方案，该预测方法推广应用前景广阔。

附图说明

图1为轨道交通环境振动控制体系流程示意图；

图2为本发明所述的激振装置的结构示意图；

图3为图2中所述轨道结构模拟台的俯视图；

图4为本发明所述的激振装置的使用示意图。

图中标记：1-轨道结构模拟台，11-钢轨，12-轨枕模拟块，13-道床模拟块，14-钢轨减振模拟层，15-轨枕减振模拟层，16-道床减振模拟层，2-动荷载发生器，3-待测线路基础，4-自适应结构层，5-环境振动测点，6-二次结构噪声测点。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图2-4所示，本发明所述的一种预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，包括：

轨道结构模拟台1，设于待测线路基础3上，包括轨道结构层和弹性减振层；

动荷载发生器2，设于所述轨道结构模拟台1上，用于对所述轨道结构模拟台1施加动荷载。

作为本实施例的一个优选方案，所述轨道结构层包括钢轨11和道床模拟块13，所述弹性减振层包括钢轨减振模拟层14和/或道床减振模拟层16。所述弹性减振层还包括轨枕模拟块12，所述弹性减振层还包括轨枕减振模拟层15。

如图2所示，圆形隧道，所述线路基础3截面形状为圆形，所述道床模拟块13顶面为水平面，底面形状适配所述线路基础3的形状，即所述道床模拟块13截面的底边为圆弧。所述轨道结构模拟台1沿线路方向设置的长度为1m。

作为本实施例的一个优选方案，该预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置还包括自适应结构层4，所述自适应结构层4设于所述轨道结构模拟台1和所述待测线路基础3之间，采用这种结构设置，所述自适应结构层4用于消除所述轨道结构模拟台1和所述待测线路基础3之间的间隙，调整并定位所述轨道结构模拟台1。所述自适应结构层4包括向填装袋中注入自流平混凝土形成的自流平层，便于试验后拆除，所述填装袋为尼龙袋。

运用本发明所述的预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，可以准确模拟列车运行时车轮作用在钢轨上的动荷载，动载荷作用于普通道床及各种减振轨道模式；作用时机选在线路基础3施工完毕之后，使激振装置激发的振动向振动和噪声敏感点的传递过程与列车运营时完全一致，该激振装置配合监测装置可确保预测轨道交通环境振动和噪声结果的准确性，该激振装置拆装方便，预测试验速度快，便于推广应用。

实施例2

如图2-4所示，本发明所述的一种预测轨道交通环境振动和噪声的方法，应用如以上任一项所述的预测轨道交通环境振动和噪声的激振装置，包括以下步骤：

a、所述线路基础3施工完毕并达到负荷要求后，在振动和噪声敏感点对应的所述线路基础3设置所述激振装置；

b、根据环评报告提供的振动和噪声监测方法，在所述敏感点处设置监测装置；

c、调整所述轨道结构模拟台1至普通整体道床轨道结构模式；

d、所述动荷载发生器2向所述轨道结构模拟台1施加模拟列车通过的动荷载，所述监测装置采集所述敏感点处的振动和噪声信号；

e、获取记录监测数据，并与环评报告中数据做对比，若达标，完成本次预测评估；若超标，根据该线路减振设计资料所确定的减振措施，调整所述轨道结构模拟台1的工作模式，对应的减振措施性能由低到高，依次重复所述步骤d和e，直至所述监测数据相对所述环评报告中数据达标。

此处需要说明的是，所述普通整体道床轨道结构为钢轨11通过扣件连接道床模拟块13，道床模拟块13连接所述线路基础3；所述减振措施性能由低到高的所述轨道结构模拟台1分为减振结构ⅰ型轨道结构模拟台1、减振结构ⅱ型轨道结构模拟台1、减振结构ⅲ型轨道结构模拟台1、减振结构ⅳ型轨道结构模拟台1、减振结构ⅴ型轨道结构模拟台1、减振结构ⅵ型轨道结构模拟台1六型减振轨道结构：

减振结构ⅰ型轨道结构模拟台1，钢轨11连接钢轨减振模拟层14，钢轨减振模拟层14连接道床模拟块13，道床模拟块13设于待测所述线路基础3上；

减振结构ⅱ型轨道结构模拟台1，钢轨11连接钢轨减振模拟层14，钢轨减振模拟层14连接轨枕模拟块12，轨枕模拟块12连接轨枕减振模拟层15，轨枕减振模拟层15连接道床模拟块13，道床模拟块13设于待测所述线路基础3上；

减振结构ⅲ型轨道结构模拟台1，钢轨11连接道床模拟块13，道床模拟块13连接道床减振模拟层16，道床减振模拟层16设于待测所述线路基础3上；

减振结构ⅳ型轨道结构模拟台1，钢轨11连接钢轨减振模拟层14，钢轨减振模拟层14连接道床模拟块13，道床模拟块13连接道床减振模拟层16，道床减振模拟层16设于待测所述线路基础3上；

减振结构ⅴ型轨道结构模拟台1，钢轨11连接轨枕模拟块12，轨枕模拟块12连接轨枕减振模拟层15，轨枕减振模拟层15连接道床模拟块13，道床模拟块13连接道床减振模拟层16，道床减振模拟层16设于待测线路基础3上；

减振结构ⅵ型轨道结构模拟台1，钢轨11连接钢轨减振模拟层14，钢轨减振模拟层14连接轨枕模拟块12，轨枕模拟块12连接轨枕减振模拟层15，轨枕减振模拟层15连接道床模拟块13，道床模拟块13连接道床减振模拟层16，道床减振模拟层16设于待测线路基础3上。

作为本实施例的一个优选方案，同时执行步骤a、b。敏感点包括环境振动测点5和二次结构噪声测点。

运用本发明所述的预测轨道交通环境振动和噪声的方法，可以准确模拟列车运行时车轮作用在钢轨上的动荷载，动载荷作用于普通道床及各种减振轨道模式；预测时机选在线路基础3施工完毕之后，使激振装置激发的振动向振动和噪声敏感点的传递过程与列车运营时完全一致，可确保预测结果的准确性；该预测方法弥补了轨道交通环境振动和噪声预测完全依靠经验公式，预测结果准确性较低，振动过度控制造成的浪费较多，及前期预测不足造成线路运营后振动和噪声超过环评标准的不足，并给出合理的轨道减振措施选型方案，该预测方法推广应用前景广阔。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。