Page 215 - 《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 1855

至此，周期性排桩结构的材料和几何参数最终 7 dB。此时，地表拾振点在此频段内的振动加速度
确定。随后利用图 4 所示的三维有限元模型对振动 级明显低于普通轨道工况下的加速度振级。周期性
协同控制方法的实际效果进行计算分析。 排桩的使用消除了浮置板轨道对地表振动在轨道自
振频率附近频段内增大的不利影响。综上可知，本
4. 3 振动协同控制方法效果分析
文所提协同控制方法通过钢弹簧浮置板轨道控制敏
图 12 给出了增加周期性隔振排桩前后特殊浮 感点处除轨道自振频率附近频段的地表振动响应，
置板工况下计算得到的拾振点处的振动加速度时程 周期性排桩阻隔轨道自振频率附近频段振动波传至
对比曲线。图 13 对比了普通轨道工况、周期性排桩 振动控制点，实现了对地表控制点处车致地表振动
工况、特殊浮置板轨道工况及振动协同控制工况下， 的全频段控制。
地 表 垂 向 振 动 加 速 度 计 算 值 的 三 分 之 一 倍 频 程
曲线。 5 结 论

针对精密仪器等对环境振动控制高要求及地表
振动在浮置板轨道自振频率处存在放大效应的现
象，本文基于结构带隙理论提出了一种考虑频率匹
配的钢弹簧浮置板轨道和周期性排桩相结合的地铁
振动协同控制方法。设计钢弹簧浮置板轨道及局域
共振型排桩参数，同时建立三维地铁列车‑浮置板轨
道频域耦合解析模型及三维道床‑隧道‑土体‑排桩有
限元分析模型，对环境振动协同控制方法的实际效
图 12 周 期 性 排 桩 布 置 前 后 拾 振 点 处 的 振 动 加 速 度 时 程 果进行了研究探索。研究结果表明：
对比 （1）采用浮置板轨道可使地表加速度分频振级
Fig. 12 Comparison of vibration acceleration time‑history at 最大降低 40 dB，但其自振频率处存在振动放大现
surface vibration pickup point before and after
象，放大量约为 10 dB；改良浮置板厚度、阻尼、刚度
periodic row piles
后，轨道自振频率向低频转移至 8 Hz，且在轨道自
振频率附近频段处地表振动降低约 3~6 dB，但仍存
在振动放大现象。
（2）针对钢弹簧浮置板轨道固有频率处振动放
大问题，采用声子晶体理论设计周期性局域共振排
桩，调整设计参数使结构带隙范围为 7~9 Hz，可有
效减小浮置板轨道固有频率处地表振动，减小量为
4~7 dB，低于普通轨道工况下的地表振动水平。
（3）所提局域共振型隔振排桩和考虑频率匹配
的地铁振源‑传递路径协同的环境振动控制方法，解
图 13 四种工况下地表垂向振动加速度计算值的三分之一 决了地表振动敏感点在浮置板轨道固有频率处的振
倍频程曲线 动放大问题，且与普通轨道相比，在 20 Hz 以下频段
Fig. 13 One‑third octave curve of calculated values of 分频振级减小 4~12 dB，在 20 Hz 以上频段分频振
surface vertical vibration acceleration under four 级减小 10~40 dB，实现了地表敏感点处的全频段减
working conditions
振，为地铁沿线精密仪器等特殊敏感点的振动控制
提供了思路和有效手段。
从图 12 和 13 中可以看出，周期性排桩结构能够
明显降低地表拾振点在 7~9 Hz 频段内的振动加速
参考文献:
度响应。时域内，地表振动加速度较未使用排桩前
有明显减小，振动加速度峰值降低约 10%；频域内，
［1］ 刘维宁， 马蒙， 刘卫丰， 等 . 我国城市轨道交通环境振
7~9 Hz 频段的振动波被周期性排桩有效阻隔，使拾
动影响的研究现况［J］. 中国科学 ： 技术科学 ， 2016，
振点处的地表振动加速度级在浮置板轨道自振频率 46（6）： 547‑559.

附 近 频 段（6~12 Hz）较 未 使 用 排 桩 时 降 低 约 4~ LIU Weining， MA Meng， LIU Weifeng， et al. Over‑