Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение... 6
Глава!. Обзор литературы и постановка задачи... 7
1.1. Вибрации, возбуждаемые движением метропоездов. Анализ
факторов, влияющих на виброактивность трасс метрополитена... 7
1.1.1. Распространение вибраций по грунту... 10
1.2. Методы прогнозирования уровней вибрации от линии метрополитена 11
1.2.1. Метод Унгара и Бендера... 11
1.2.2. Метод расчета, разработанный компаниями WIA и LTI... 12
1.2.3. Отечественный метод расчета... 13
1.3. Анализ существующих методов борьбы с вибрацией трасс метрополитена... 16
1.3.1. Экранирование... 22
1.4. Подходы к задаче определения параметров вязкоупругих неоднородных сред... 23
1.4.1. Сейсмическая томография на временных задержках... 23
1.4.2. Томография на поверхностных волнах... 24
1.4.3. Томография неоднородных вязкоупругих сред... 25
1.5. Выводы... 29
Глава 2. Методика натурных исследований вибрации, возбуждаемой
поездами метрополитена и процедура камеральной обработки
результатов... 31
2.1. Методика натурных исследований... 31
2.2. Процедура камеральной обработки результатов измерений... 32
2.3. Результаты измерений вибрации в перегонных тоннелях метрополитена... 33
2.4. Результаты измерений вибрации на станциях метрополитена... 42
2.5. Выводы... 45
Глава 3. Математические модели возбуждения вибрации обделки
тоннеля и распространения колебаний в грунте... 46
3.1. Механическая модель... 46
3.2. Формулировка математической модели колебаний обделки. Модовая структура акустического поля, возбуждаемого колебаниями цилиндрической обделки тоннеля метрополитена в грунте... 48
3.3. Моделирование распространения упругой волны в грунте... 63
3.4. Моделирование волны Релея в приповерхностном слое грунта... 65
3.5. Изолирующие свойства вертикальной стенки... 67
3.6. Компьютерное моделирование... 68
3.7. Результаты расчетов распространения упругих волн в грунте и эффективности виброизолирующих экранов... 69
3.8. Выводы... 93
Глава 4. Математические модели возбуждения вибрации
конструктивных элементов протяженных подземных объектов
метрополитена... 95
4.1. Общие положения... 95
4.2. Конструкции станций, тупиков, СТП и камер съезда метрополитена 98 4.2.1. Путь и контактный рельс... 99
4.3. Разработка методики расчета уровня вибрации... 99
4.3.1. Метод бесконечной в длину плиты... 99
4.3.2. Метод плиты конечных размеров... 102
4.3.3. Процедура интегрирования в пределах октавной полосы... 103
4.4. Излучение упругих волн в грунт, вызванное колебаниями упругой пластины... 104
4.4.1. Формулировка математической модели колебаний площадки ... 104
4.4.2. Модель распространения упругих волн в грунте... 106
4.5. Расчет типовых конструкций подземных сооружений метрополитена 113
4.5.1. Расчет станций... 113
4.5.2. Расчет камер съезда... 116
4.5.3. Расчет СТП... 117
4.6. Расчет и прогнозирование виброакустической обстановки внутри
подземных объектов метрополитена... 119
4.6.1. Расчет уровня вибрации на платформах нижнего и верхнего ярусов
двухъярусной станции... 120
4.6.2. Модель бесконечной плиты... 121
4.6.3. Расчет с учетом активной реакции грунта... 128
4.6.4. Расчет по модели конечной прямоугольной плиты 128
4.7. Расчет уровня вибрации на несущих плитах подземных объектов
метрополитена... 132
4.8. Расчет уровня вибрации на поверхность грунта вблизи подземных
сооружений метрополитена... 139
4.9. Выводы... 141
Глава 5. Распространение упругих волн в грунте с вертикальной
стратификацией (случай приповерхностного волновода)... 143
5.1. Постановка задачи... 143
5.2. Расчет вибрации в стратифицированном грунте, возбуждаемой
проходящим составом... 146
5.3. Выводы... 148
Глава 6. Расчет виброизоляционной конструкции пути метрополитена 150
6.1. Формулировка модели... 150
6.2. Результаты расчетов... 154
6.2.1. Возможные технические реализации... 156
6.3. Выводы... 161
Глава 7. Разработка методики определения физико-механических
свойств грунтов... 163
7.1. Общие положения... 163
7.2. Проведение измерений... 166
7.3. Вычисление коэффициента затухания а(со). Задача параметрической идентификации... 169
7.4. Расчет уровней вибрации на поверхности грунта... 172
7.5. Постановка задачи по экспериментальному определению механических свойств грунтов... 175
7.6. Процедура оценки упругих динамических, массовых и диссипативных параметров грунта... 180
7.7. Рекомендации по проведению измерений. Основные задачи определения акустических параметров грунта... 185
7.8. Выводы 187 Глава 8. Оценка вибрации в помещениях жилых и общественных зданий от
движения поездов метрополитена... 190
8.1. Анализ состояния вопроса в области нормирования, измерения и оценки вибрации... 190
8.1.1. Нормирование вибрации... 190
8.1.1.1.Отечественная практика... 190
8.1.1.2. Международный опыт... 196
8.1.1.3. Немецкий стандарт DIN 4150, часть 2... 200
8.1.2. Измерение и оценка вибрации... 202
8.1.2.1. Аппаратура... 202
8.1.2.2. Условия и правила проведения измерений... 204
8.1.2.3. Обработка и оценка результатов измерений... 206
8.2. Рекомендации по оценке вибрации в помещениях жилых и
общественных зданий от движения поездов метрополитена... 208
8.2.1. Характеристика вибрационного процесса, выбор контролируемого параметра вибрации и нормативных значений . 208
8.2.2. Требования к аппаратуре, условиям и правилам проведения
измерений... 211
8.2.3. Обработка результатов измерений... 212
8.2.4. Оценка вибрационного воздействия 213
8.3. Выводы... 215
Заключение... 218
Основные выводы по диссертации... 227
Приложение 1. Значения упругих, массовых и диссипативных параметров
различных грунтов... 230
Приложение 2. Описание работы с пакетом UNSONIC... 232
Приложение 3. Примеры текстов программ расчета вибрации вблизи
перегонных тоннелей метрополитена... 235
Приложение 4... 248
Приложение 5... 252
Список литературы... 257
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение провозной способности транспорта в современных крупных городах невозможно без развития наиболее совершенного вида массового транспорта - метрополитена. Однако требования к условиям проживания населения вблизи магистралей приводят к необходимости учитывать возможные воздействия поездов на окружающую среду.
Известно, что линии метрополитена, особенно мелкого заложения, являются источником повышенной вибрации зданий, расположенных в зоне их влияния [84]. В связи с этим возникает ряд экологических проблем. Первая задача прогнозирования уровней вибрации в жилой застройке, прилегающей к проектируемым и строящимся линиям. Другой, не менее важной задачей является оценка эффективности различных мероприятий по защите зданий и сооружений как от проектируемых, так и существующих линий метрополитена. Важность этих задач определяется как масштабами развития сети линий метрополитена в городе Москве, так и высоким уровнем материальных и финансовых затрат на реализацию мероприятий по защите зданий от вибрации. Ошибки в прогнозировании ожидаемых уровней вибрации и оценке эффективности виброзащитных мероприятий и конструкций могут привести к значительным материальным и финансовым потерям.
Для прогнозирования уровней вибрации в зоне, прилегающей к линиям метрополитена, а также для оценки эффективности мероприятий по виброизоляции зданий необходимо создание надежной методики расчета вибрационного поля, порождаемого поездами метрополитена.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Вибрации, возбуждаемые движением метропоездов. Анализ факторов, влияющих на виброактивность трасс метрополитена
В настоящее время в странах мира, эксплуатирующих подземные транспортные магистрали, придается большое значение исследованиям экологической обстановки, определяемой вибрацией, связанной с движением поездов метрополитена. Возникающие колебания распространяются на значительные расстояния, вызывая низкочастотные перемещения зданий и сооружений. Помимо вредного воздействия на людей, вибрации, порождаемые линиями метрополитена оказывают нежелательное воздействие на аппаратуру и оборудование и, в отдельных случаях, приводят к повреждению близлежащих зданий.
В данной главе рассмотрены и обобщены материалы отечественных и зарубежных авторов, содержащие информацию о существующих аналитических и эмпирических методах расчета и прогнозирования вибраций, эффективности мероприятий по виброизоляции зданий (см., например [89,140]).
Целью существующих аналитических и эмпирических методов расчета являются:
- расчет уровней вибрации, обусловленной движением поездов, в районах жилой и промышленной застройки для перепланировки расположения зданий;
- прогнозирование и диагностика источников вибрации в существующей застройке;
- оценка эффективности мероприятий по борьбе с вибрацией;
Наиболее сложной задачей является оценка уровней вибрации при малом удалении от пути метрополитена. Вибрацию на примагистральной территории можно оценить прямыми измерениями виброхарактеристик на основании пути.
Расчет уровней вибрации на поверхности грунта существенно опирается на знание структуры верхней части грунта, которая в городских условиях меняется в широких пределах. Даже если структура грунтов и их механические характеристики известны (что довольно редко в реальных условиях), модели используемых моделей сплошных сред сложны, что ограничивает возможность
аналитических решений самыми простыми приближениями. Вследствие этого для решения подобных задач применяются эмпирические или эмпирико-аналитические методы (типа экспертных систем).
Путь распространения вибрации в грунте
Структурная вибрация
Слой земли 3
Рис. 1.1. Возможные пути распространения вибрации от тоннеля к зданию
На рис. 1.1 приведена схема из [140], показывающая возможные пути распространения вибрации от поезда метрополитена к зданию. Структура данной главы следует структуре рассматриваемой модели "источник - упругая сплошная среда - здание", представленной на рисунке.