地铁引起环境振动的特性分析与预测方法研究.pdf

摘要

地铁交通促进了城市人员的快速流动，为城市的经济发展注入了新活力，但也引发

了环境振动问题。我国《环境影响评价技术导则城市轨道交通》（HJ453-2018）（以下简

称2018环评导则）中给出了地铁交通振动环境影响预测公式，其可为地铁项目的规划

环评和设计环评提供技术支持，也可为地铁线路周边区域开发建设时的环境振动评估提

供预测方法。由于2018环评导则振动预测公式是通过有限个经验模型得到的，其修正

项在预测复杂地层的振动传递特性上存在着较大局限，因而对2018环评导则振动预测

公式中某些敏感参量的修正参数就具体工程条件进行补充和完善具有一定的工程应用

价值。本文在国内外相关研究的基础上，根据西安地区的工程条件，采用仿真模拟与实

测数据相结合的方法对地铁环境振动特性和2018环评导则预测公式进行了研究，主要

工作如下：

（1）利用车辆-轨道耦合动力学理论建立了轮轨垂向相互作用的二维数值模型和三

维多体动力学模型，并对这两种模型的振动响应进行了各自验证和相互对比验证。在对

比验证时，发现两种模型计算得到振动响应总体上相近；在钢轨垂向最大的振动位移和

支座反力方面，二维数值模型的计算结果略大于三维多体动力学模型的计算结果。

（2）根据西安地铁某线路段的地勘资料，在ABAQUS中建立了道床-隧道-土体三

维有限元模型，并将二维数值模型计算得到的6节编组列车的钢轨支座反力用DLOAD

子程序施加到道床-隧道-土体三维有限元模型中的扣件位置处。采用隐式动力学分析法，

计算了不同埋深、不同运行车速、不同轴重时地表垂向的振动加速度、振动速度、振动

位移等响应，并探究了这些振动响应的变化规律和传播特性。用MATLAB程序计算了

地表测点的VLzmax及振动加速度级1/3倍频程谱，并对其变化规律进行了研究。

（3）根据不同工况下道床-隧道-土体三维有限元模型的计算结果，对2018环评导

则预测公式中车速、距离、轴重敏感参量的修正参数CV、CD、CW就西安地区的工程条

件进行了补充完善，并给出了建议值（中间值/值区间）。

关键词：地铁环境振动，有限元法，车辆-轨道耦合动力学，MATLAB，环境影响评

价技术导则

I

Abstract

Subwaytraffichaspromotedtherapidflowofurbanpersonnel,injectednewvitalityinto

urbaneconomicdevelopment,butalsocausedenvironmentalvibrationproblems.Chinas

EnvironmentalImpactAssessmentTechnicalGuidelinesUrbanRailTransit(HJ453-2018)

(hereinafterreferredtoasthe2018EnvironmentalImpactAssessment(EIA)Guidelines)gives

theenvironmentalimpactpredictionformulaofsubwaytrafficvibration,whichcanprovide

technicalsupportfortheplanninganddesignEIAofsubwayprojects,andalsoprovide

predictionmethodsforenvironmentalvibrationassessmentduringregionaldevelopmentand

constructionaroundmetrolines.Sincethevibrationpredictionformulaofthe2018EIA

Guidelinesisobtainedthroughalimitednumberofempiricalmodels,thecorrectiontermhas

gre