Page 209 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 8 期 谭新宇，等： 地铁振源‑传播路径协同控制全频段环境振动方法研究 1849

级别的轨道减振措施，被广泛应用于精密仪器隔振 轨道的加入会不可避免地放大其自振频率处的环境
路段。目前，常规设计使用的浮置板轨道自振频率 振动 ［10］ 。局域共振型周期性排桩结构（如图 1 所示）
在 10 Hz 左右，能有效控制大于其自振频率 2 倍以 通过在混凝土桩身与土体间加入材料差异较大的包
上频段的环境振动，但浮置板轨道的使用一定程度 裹层，并同时对桩体材料、结构形式及周期常数等进
上会放大其自振频率处的环境振动，且其低频振动 行设计，可使基本单元所构成的振子在低频范围内
［3］
［2］
控制效果有限 。为解决此问题，杨吉忠等 、朱胜 发生共振产生带隙，使低频振动波无法通过，实现对
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［4］
阳等 、张龙庆等 对动力吸振器在浮置板轨道进行 特定频段的振动控制。图 1 中，r 1 和 r 2 分别为混凝土
低频振动控制的效果进行了研究，发现动力吸振器 桩半径和橡胶套筒外径；A 为群桩结构的周期常数。
［6］
可抑制轨道在自振频率处的振动；盛曦等 设计了 其 优 势 在 于 隔 振 频 段 明 确 且 可 调 ，但 其 隔 振 频 段
声子晶体型浮置板轨道结构，引入弹性波带隙使浮 较窄 ［11］ 。
置板轨道的低频减振性能得以提升。以上研究均是
从轨道减振的单一角度进行考虑。
近年来，带隙理论发展迅速，其基本思想是通过
设计周期性结构的参数，使特定频段的振动波无法
［7］
通过周期性结构 ，以达到隔绝振动传播的目的 。
石志飞等 基于此设计了周期性群桩并将其引入工
［8］
程隔振领域。姜博龙等 系统地研究了局域共振型 图 1 局域共振型周期性排桩结构形式与其基本单元示意图
［9］
排桩在轨道交通隔振中的应用，并对排桩选型、材料 Fig. 1 Schematic diagram of the structure form and basic
组成及参数设计等提出了建议。针对特定频段隔振 unit of local resonance periodic row piles
的周期性排桩在工程隔振领域的试验研究，为地铁
基于此，以钢弹簧浮置板轨道的自振频率附近
振动协同隔振设计提供了思路。
频段为振动阻隔目标，基于声子晶体理论对周期性
本文基于带隙理论，提出一种考虑频率匹配的
排桩结构进行选型，完成与轨道减振匹配的路径隔
浮置板轨道和周期性排桩协同的环境振动控制方
振措施设计，实现基于频率规划的环境振动协同控
法。首先建立三维地铁列车‑浮置板轨道频域耦合
制设计。振动协同控制方法示意图如图 2 所示。
解析模型，计算列车通过时引起的板下钢弹簧支承
反力，随后按实际空间位置将其施加到三维道床‑隧
道‑地层‑排桩有限元模型，计算地表拾振点处的振
动加速度响应。通过现场测试获得某地铁沿线地表
拾振点处列车通过时的振动响应，以此为基础对模
型计算结果进行校核，随后进一步对浮置板轨道振
源减振与周期性排桩路径隔振的环境振动协同控制
方法的应用效果进行探究，以期在全频段内实现对
车致环境振动的控制，为解决地铁运行与精密仪器
图 2 振动协同控制方法示意图
正 常 使 用 间 的 矛 盾 提 供 思 路 ，并 提 供 具 体 的 设 计
Fig. 2 Schematic diagram of the vibration cooperative
参数。
control method

1 协同减振基本原理及思路
2 模型的建立
为实现对地表振动敏感点进行全频段振动控制
的目的，可采用城轨交通领域普遍使用的振源减振 本文采用模型分析法对所提环境振动协同控制
方法辅以路径隔振方法，两者优势互补，实现环境振 方法的效果进行评价。目前，在对轨道交通振动环
动协同控制。 境影响问题进行模型分析时，国内外学者多将整个
具体地，钢弹簧浮置板轨道作为轨道最高等级 系统分成车辆‑轨道系统和隧道‑地层系统两个子系
振动控制措施，具有宽频段高量级的振动控制能力， 统进行研究 ［12‑13］ ，将车辆‑轨道系统计算得到的轨下
能有效控制高于其自振频率 2 倍以上频段的振动 力作为隧道‑地层系统的激励源，实现两个系统的联
响应，分频最大振级插入损失可达 40 dB，但浮置板 结。本文首先在频域内建立三维地铁列车‑浮置板