значительно сложнее предлагаемой в "Нормах". Подчеркнем важность учета нестационарного характера нагружения обделки.
Вызывает возражение указание на то, что расстояние в 40 метров является достаточной гарантией выполнения санитарных норм, поскольку в условиях неоднородного грунта может реализовываться волноводное распространение, а наличие поверхности приведет к появлению волны Релея, обладающей малым пространственным затуханием.
На верхней границе диапазона частот длина волны для насыпных грунтов, часто встречающихся в черте города, сравнима или значительно меньше, чем характерный размер обделки, поэтому выбор размера конечного элемента равным размеру обделки приведет к значительным погрешностям.
Нормы изложены таким образом, что неясно, учтено ли отражение волн от поверхности грунта и возникающая при этом поверхностная волна Релея.
Предложенная авторами расчетная схема могла бы претендовать на некую правомерность при наличии надежного экспериментального подтверждения, которое отсутствует.
Учитывая высокие требования, предъявляемые к точности прогноза значений виброперемещения на поверхности грунта, а также оценке эффективности мероприятий по виброзащите, расчетная схема, принятая в Нормах, не может считаться удовлетворительной и требует коренной переработки. Необходим учет локального характера нагружения тоннеля, порождающего изгибные волны в нем, трехмерного характера поля вибраций в грунте, достоверные оценки эффективности защиты зданий экранами и другими средствами.
Настоящая работа выполнена с целью создания более совершенных методик прогнозирования уровней вибрации в жилой застройке, прилегающей к проектируемым и строящимся линиям метрополитена и оценки эффективности мероприятий по вибро- и звукоизоляции зданий и сооружений. Основными задачами данной работы являются:
- выявление факторов, определяющих виброизлучение при движении поездов метрополитена;
- разработка математической модели возбуждения обделки и распространения упругих колебаний в грунте;
- проведение натурных экспериментальных исследований на действующих линиях метрополитена для проверки адекватности математической модели;
- разработка методик расчета уровней вибрации в зданиях, расположенных в зоне влияния линий метрополитена;
- разработка программного обеспечения, реализующего методики расчета уровней вибрации в зданиях и оценку эффективности мероприятий по их виброзащите.
1.3. Анализ существующих методов борьбы с вибрацией трасс метрополитена
Из содержания предыдущих разделов следует, что снижение вибрации, вызванной движением метропоездов, возможно двумя способами: путем уменьшения сил взаимодействия колеса и рельса и путем ослабления вибрации на пути распространения.
Таким образом, общая классификация способов ослабления вибрации может быть следующей:
- меры по снижению вибрации в источнике (проточка бандажей колес и уменьшение жесткости буксовой системы рессорного подвешивания, виброизоляция полотна железной дороги от грунтового основания. Такими мерами являются:
- укладка шпал на упругое основание или устройство упругих рельсовых скреплений);
- уменьшение вибрации по пути ее распространения (экранирование с помощью поперечных щелей или траншей);
- виброизоляция фундаментов зданий от грунта.
Так как механизм генерации вибрации грунта связан со взаимодействием колесной пары и верхнего строения пути, проточка бандажей колес приводит к существенному уменьшению вибрации лишь в том случае, когда неровности поверхности катания колес превышают неровности поверхности катания рельсов. Ползуны, плохие стыки рельсов или деформированные рельсы могут быть причиной увеличения уровней вибрации на 10-20 дБ [116]. Износ поверхности
колес приводит к увеличению уровней вибрации на 2 - 10 дБ, а волнообразный износ рельса - еще на 10-20 дБ [128].
Согласно данным, приведенным в [14] замена звеньевого пути бесстыковым уменьшает амплитуды колебаний на стыках в 2-4 раза, а при проходе подвижного состава по стрелкам и крестовинам шум и вибрация возрастает в 3 раза по сравнению с уровнем вибраций и шума при движении вагонов по болтовым стыкам.
Систематическая шлифовка рельсов и вспрыскивание жидкости на рельсы в кривых малого радиуса (применяется в Гамбургском метро) уровни шума и вибрации снижаются в несколько раз.
Примечание. Известны широко применяемые на практике конструктивные усовершенствования ходовой части железнодорожного подвижного состава, способствующие снижению вибрационных процессов. Например, к ним относится прикрепление упругих дисков-прокладок к колесному центру колес колесной пары. С такими упругими элементами колесные пары эксплуатируются в трамвайных вагонах Т-3 и КТМ. Однако с 1980 г. вагоны метро изготавливаются с колесными парами без упругих дисков. Это конечно способствовало усилению вибрационных процессов. Способствует снижению вибрации и шума еще и смазка гребней колесных пар, подбор пружин в рессорных комплектах и т.п. Безусловно, при этом следует также считать, что усиление вибрации и шума происходит из-за особенностей устройства и содержания конструктивных элементов верхнего строения пути, состоящего, согласно устоявшейся терминологии из рельсов, скреплений, шпал (блоков, плит) и балластного слоя. Обязательно также необходимо отмечать, что путь - подвижной состав представляет собой взаимосвязанную механическую систему, в которой возникают и развиваются вибрационные процессы. При этом соответствующее влияние оказывают конструктивные особенности устройства и содержания ходовой части подвижного состава и верхнего строения пути. Наибольшую весомость имеет устройство кривых участков пути и жесткость соединения с осью колес колесной пары. В перспективе можно полагать, что окажется технически возможным существенно снизить негативность влияния этих технических недостатков, например, путем применения дифференциальных осей в колесных парах и использования упругих покрытий рабочей поверхности ободьев (бандажей) колес подвижного состава слоем высокопрочных полимеров (при условии, что