¿Investigación sobre la vibración del metro y su control?
El metro es un medio de transporte importante en la modernización urbana. Con sus ventajas de no ocupar espacio terrestre, gran volumen de transporte, alta velocidad, puntualidad y conveniencia, se ha convertido en un medio eficaz para resolver la congestión del tráfico urbano y reducir el ruido y la contaminación del aire. Pero al mismo tiempo, las vibraciones y el ruido generados por el funcionamiento de los trenes subterráneos también son problemas comunes en los metros de todo el mundo. A nivel internacional, las vibraciones han sido catalogadas como uno de los siete principales peligros ambientales.
El funcionamiento a alta velocidad de los trenes subterráneos es la principal fuente de vibraciones del metro. No solo afecta directamente la comodidad y la salud de los pasajeros en el tren, sino que también provoca vibraciones forzadas en los edificios del suelo a lo largo del metro. Dado que la mayoría de las líneas de metro pasan por edificios y centros urbanos abarrotados, las vibraciones del metro tendrán un cierto impacto en el medio ambiente y en la vida y el trabajo de los residentes de los edificios circundantes. Los residentes cerca de la estación Xidan del metro de Beijing se han quejado de las vibraciones y el ruido estructural causado por el metro.
El Centro de Salud Laboral del Ministerio de Ferrocarriles investigó la situación actual de la contaminación por vibraciones ambientales causada por la operación de trenes en áreas residenciales a lo largo de la vía a través de mediciones in situ de las vibraciones ambientales ferroviarias en varias ciudades típicas de mi país. . Los resultados de las pruebas muestran que la mayoría de los niveles de vibración dentro de los 30 metros de la línea central de la vía están cerca de 80 dB.
(1) Cuando el tren está en marcha, el impacto de la carga de gravedad en la vía provocará vibraciones en las ruedas y estructura de la vía;
(1) Cuando el tren está en marcha, el impacto de la carga de gravedad en la vía causará vibración de las ruedas y la estructura de la vía p>
(2) Cuando un vehículo subterráneo está; En marcha, las fuerzas generadas por la acción simultánea de múltiples ruedas y rieles provocan vibraciones en el vehículo y en la estructura de la vía (incluidos rieles, componentes, plataformas, etc.). ) (Los resultados reales de las mediciones muestran que el nivel de vibración en la fuente de vibración puede alcanzar 103 db);
(3) Vibración de la estructura rueda-riel causada por la interacción rueda-riel cuando la rueda rueda sobre el riel articulación;
(4) Vibración causada por excitaciones aleatorias, como irregularidades de la vía y daños bruscos en las ruedas;
(5) Vibración causada por excitaciones periódicas, como la excentricidad de las ruedas.
2.2 Factores que influyen
Los factores que afectan a la fuente de vibración cuando los trenes subterráneos están en marcha involucran vehículos, vías, lechos de vía, túneles, condiciones geológicas, etc. Los factores específicos se muestran en la Tabla 1:
(1) Dentro de un cierto rango de velocidad, el nivel de vibración de los túneles del metro aumenta a medida que aumenta la velocidad del tren. En términos generales, por cada aumento de velocidad, el nivel de vibración aumenta aproximadamente 6 dB.
(2) Las superficies desiguales de las ruedas y los rieles aumentarán el nivel de vibración entre 5 y 10 dB, y las ruedas desiguales aumentarán el nivel de vibración entre 10 y 22 dB.
(3) Análisis externo de diferentes estructuras de túneles. Las conclusiones de la investigación sobre los valores de corrección se muestran en la Tabla 2. En las mismas condiciones geológicas y el mismo material del túnel, si se duplica el espesor estructural, la vibración de la pared se puede reducir de 5 a 18 dB, y la vibración de un túnel de hormigón de un solo orificio es menor que la de un túnel de hierro fundido o de fundición. Túnel de acero de un solo orificio. La vibración de la estructura del túnel de tres orificios es menor que la de la estructura del túnel de dos orificios, y la vibración de la estructura de la plataforma es la más baja.
3 Propagación de la vibración del metro
La vibración del metro es un fenómeno ondulatorio complejo compuesto por ondas longitudinales, ondas transversales y ondas superficiales, y su forma de propagación también es muy compleja. Según los resultados de la investigación existente, el modo de vibración en el campo cercano se propaga principalmente en forma de ondas de curvatura, y en el campo lejano se propaga principalmente en forma de ondas superficiales. La ruta de propagación de la vibración es desde la vía hasta los sujetadores de la vía y el lecho de la vía, hasta el túnel, la roca y el suelo, lo que provoca vibraciones en los edificios terrestres cercanos. En cuanto a las características de propagación de la vibración, las principales conclusiones son las siguientes:
(1) Cuando el tren subterráneo está en marcha, la distribución de frecuencia de la fuente de vibración es principalmente de baja frecuencia, que es sensible a la reacción del cuerpo humano. Y la intensidad de vibración de 50 ~ 60 Hz es relativamente alta.
(2) Durante el proceso de propagación de la vibración, la vibración disminuye con el aumento de la distancia horizontal desde la pista. Los componentes de alta frecuencia se atenúan más rápido con la distancia, mientras que los componentes de baja frecuencia se atenúan lentamente; la vibración horizontal se atenúa más rápido que la vibración vertical. Por lo tanto, el principal impacto en el suelo y los edificios es la vibración vertical;
(3) El espectro de vibración cambia con la distancia y la frecuencia correspondiente a la vibración máxima del metro está en el rango de 10 ~ 30 Hz;
(4) El rango de influencia de los trenes subterráneos sobre la vibración de los edificios adyacentes no supera los 100 m, y la vibración de los edificios fuera de este rango puede ignorarse. El alcance específico de influencia variará dependiendo de la estructura del túnel y las condiciones geológicas;
(5) Los principales factores que afectan la propagación de las vibraciones son la velocidad del tren, la profundidad del túnel y las condiciones geológicas.
Cuanto mayor es la velocidad del metro, mayor es la respuesta de vibración del edificio; cuanto mayor es la profundidad del túnel, menor es el alcance de influencia; diferentes condiciones geológicas tienen diferente disipación de energía de vibración;
(6) Vibración causada por los trenes La vibración de los edificios terrestres a lo largo de la línea está estrechamente relacionada con la forma estructural, el tipo de cimentación y la distancia desde la línea del metro.
4 Medidas de control de vibraciones en el metro
Los problemas de vibración causados por las operaciones del metro se pueden controlar hasta cierto punto mediante algunas medidas durante las etapas iniciales de planificación, diseño y construcción de los proyectos de metro.
4.1 Medidas de control en la etapa de planificación
En la etapa de planificación inicial, literatura.
(1) Vehículos ligeros.
(2) Las ruedas son lisas. Las medidas para suavizar las ruedas, como ruedas elásticas, ruedas amortiguadoras y pulido de la banda de rodadura, pueden reducir eficazmente la intensidad de la vibración del vehículo.
(3) Utilice rieles pesados y líneas sin costuras.
(4) Utilice frenos de disco.
(5) Utilizar motor lineal. Los motores lineales tienen muchas ventajas, como bajo costo, baja vibración, bajo ruido, bajo consumo de energía, baja contaminación y buen desempeño de seguridad. Son la dirección de desarrollo del transporte ferroviario urbano en el siglo XXI.
(6) Controlar adecuadamente la velocidad de los trenes subterráneos.
(7) Utilice sujetadores elásticos o amortiguadores de vía adecuados. En la actualidad, los sujetadores comúnmente utilizados en el metro nacional incluyen principalmente sujetadores de resorte DTI ~ DT ⅶ, WJ2 y de un solo dedo. Estos sujetadores se utilizan principalmente en secciones de carreteras con requisitos generales de reducción de vibraciones, y la mayoría de los sujetadores pueden reducir la vibración entre 2 y 9 dB. Los amortiguadores de orugas se utilizan a menudo en áreas con altos requisitos de amortiguación de vibraciones. En la actualidad, los nuevos amortiguadores comúnmente utilizados en los amortiguadores de pista incluyen amortiguadores de huevo Kelon, amortiguadores de huevo Kelon mejorados, botas para dormir, etc. Entre ellos, los zapatos para dormir tienen el mejor efecto de amortiguación de vibraciones, que puede alcanzar los 19 dB, seguidos por el huevo Kelong mejorado, que tiene una reducción de vibraciones de 7 a 8 dB y el huevo Kelong tiene un valor de amortiguación de vibraciones de 3 a 5 dB.
(8) Elija un tipo de estructura de pista razonable para reducir la intensidad de excitación de la fuente de vibración. En la actualidad, además de la estructura de vía tradicional con balasto, existen dos estructuras de vía que absorben vibraciones: la estructura de vía de placa flotante y la estructura de vía de traviesa corta elástica (LVT, Sony Weir Low Vibration Track). Según datos de mediciones reales en Alemania, el efecto de reducción de vibraciones de la estructura de vía de placa flotante puede llegar a 30 dB, pero su desventaja es el alto costo. Diferentes secciones de Hong Kong West Rail adoptan estructuras de vía en losa flotante y estructuras de vía elásticas con traviesas cortas, que han logrado buenos efectos de reducción de vibraciones, lo que convierte a Hong Kong West Rail en una de las líneas de tránsito ferroviario más silenciosas del mundo. Las líneas 1 y 2 del metro nacional de Guangzhou también adoptaron razonablemente estas dos estructuras de vías y lograron los resultados esperados. Sin embargo, el coste de estas dos estructuras de vía es relativamente alto.
4.2.2 Control de la ruta de propagación de las vibraciones
Al analizar la ruta de propagación de las vibraciones y sus factores que influyen, se pueden tomar cierto aislamiento de las vibraciones u otras medidas para reducir el impacto de las vibraciones.
(1) La elasticidad de los cimientos afecta en gran medida la sensibilidad del edificio a las vibraciones. Cuanto mayor sea la rigidez de los cimientos, menor será la respuesta a las vibraciones del edificio. Por lo tanto, es necesario reforzar los cimientos de los edificios afectados por las vibraciones del metro.
(2) La vibración del edificio está relacionada con la estructura del edificio. Para marcos o cimientos estructurales livianos, la atenuación de la vibración es cero; para marcos o cimientos estructurales pesados, la atenuación de la vibración es (15 ± 5) dB; para edificios de estructuras pesadas, a medida que aumenta el número de capas, la vibración disminuye, cada capa disminuye de 1 a 4 dB, mientras que la vibración de las estructuras livianas no disminuye con el aumento de la altura del edificio.
(3) Al ajustar la rigidez del sistema de estructura del edificio, se cambia la frecuencia de vibración natural de la estructura para evitar * * * vibraciones causadas por el acoplamiento de baja frecuencia entre la fuente principal de vibración y la estructura del edificio. .
(4) El dispositivo de control se puede instalar en la estructura del edificio para reducir la respuesta de vibración de la estructura del edificio causada por la vibración del metro.
5 cuestiones que deben estudiarse
Aunque académicos nacionales y extranjeros han investigado mucho sobre el tema de las vibraciones causadas por las operaciones del metro, todavía quedan muchos problemas que deben abordarse. ser solucionado. Por ejemplo:
(1) En el mecanismo de vibración del metro, los principales factores que influyen en las fuentes de vibración del metro se concluyen a través de mediciones reales, y no existe una expresión madura y precisa para la relación entre los parámetros.
(2) En la actualidad, debido a limitaciones de tiempo y espacio, cuando se estudia el impacto de la vibración del tren subterráneo, este problema espacial tridimensional generalmente se simplifica a un problema plano bidimensional, y la precisión de la conclusión no se puede determinar.
(3) En términos de medidas de control de vibraciones, las medidas de control de vibraciones con frecuencias superiores a 20 Hz han madurado, pero la vibración de baja frecuencia sigue siendo un problema sin resolver.
En los últimos años, estudios sobre el transporte ferroviario urbano en Toronto, San Francisco, Filadelfia y otras ciudades han demostrado que el diseño de los bogies de los vehículos (principalmente sistemas de suspensión de baja rigidez y ruedas elásticas) tiene un gran impacto en las vibraciones de baja frecuencia y es digno de de futuras investigaciones.
(4) La investigación sobre el impacto de la vibración del metro en los edificios terrestres y el control de la respuesta de los edificios tendrá una importante importancia social y de ingeniería.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd