高速列车振动对沿线居民的影响及应对措施
我国已建成“四纵四横”的高铁网，成为世界上高速铁路运营里程最长、运营速度最快、在建规模最大的国家。高速铁路的快速发展极大方便了人们出行、推动了我国经济发展，但与此同时，带来不可忽视的问题，其中之一就是列车运行引起周围环境的振动问题，环境振动将影响人体健康、房屋损伤和精密仪器的使用等，如图1。特别对于我国东部沿海区域高铁线路密集，软土地基（波动传播速度较小）分布广泛，列车速度接近或超过路基土体的波动传播速度时，列车运行产生的振动会成倍放大。那么，如何减小列车高速运行对周围环境的影响呢？首先需要了解列车高速运行时振动波是如何产生的，如何通过路基和场地传播，有哪些振动传播规律，然后才能采取合理的措施减小振动对周围环境的影响。
（1）振动产生 的三要素
振动的产生实际上即为振动波的传播过程，如图1所示，产生振动的三要素包括：振源（列车-轨道）、传播介质（路基系统和周围场地）、受振体（建筑物）。列车高速运行过程中与轨道之间不断地碰撞接触产生振动，即为轮轨接触作用，使轨道结构产生振动波，形成振源，向下（路基结构）传播。随后振动在经过传播介质（即路基和地基土体）向四周传播，由于土体的分层作用，振动波在传播过程不断发生反射、折射和衍射等作用，最终到达建筑物。振动波通过基础-柱-梁-板向上传播，从而损坏建筑物或影响建筑中居民的工作生活。可见，要减小列车高速运行对周围环境的影响，了解振动波在路基结构以及地基土体中的传播规律至关重要。
（2）高速铁路 运行引起的 振动波 在路基中的 传播 规律
为了解振动波在路基结构中的传播规律，我们可以做个模型试验，如图2所示，在模型槽中做个轨道-路基结构缩尺模型，利用作动器模拟列车荷载，通过测试轨道和路基结构不同位置处的动力响应，获得振动波在轨道-路基结构中的振动传播规律。为了更真实的重现高铁轨道-路基结构，需要对其深入了解。我国高速铁路采用无砟轨道板，路面整洁，而不像普速铁路铺设大大小小的碎石（即道砟），这是为什么呢？因为高铁采用无缝钢轨，消除了以往钢轨间接头的冲击力，减小了振动，使列车运营时速高达350km/h，如此高速将产生很强的振动气流，引起的风会卷起碎石，从而威胁列车安全。无砟轨道结构形式，就像三层结构的奥利奥，无砟轨道板和支承层是它两边的韧性饼干，CA砂浆层填充层是夹在中间的乳脂奶油（如图2所示）。这种夹心式整体结构形式使得轨道结构具有较高的强度、承载能力和稳定性，从而更好的吸收和分散上部列车传递的高频振动能量。而高铁路基结构为层状结构，一般分为基床表层和基床底层（如图2所示）。基床表层作为轨道结构的直接承载层，直接承受上部剧烈振动作用，需要较高的强度、稳定性和减振能力，故采用级配碎石强化结构。基床底层承受基床表层扩散列车动荷载的承载结构，同时传递上部传来的振动能量，选用符合标准的填料或经改良过的土。路基结构的以上形式具有衰减上部能量的特点，但是振动波能量在轨道和路基中的衰减规律如何呢？通过一系列振动试验可以发现一些有意义的结论，其中，（加）速度传感器的布置如图3所示。
通过进行动力模型试验发现，如图4所示，路基竖向加速度幅值随路基深度的增加而呈递减的趋势，基床底层以上的衰减速度远远高于路堤层。频率从1Hz增大到20Hz时，各点竖向加速度峰值也在逐渐增大，系统自振频率为21Hz，在21-25Hz频率范围是下降段，故25Hz各点竖向加速度数值小于20Hz情况，之后缓慢上升。由此可见，高频振动波在路基中衰减迅速，远大于低频振动波在路基中的衰减速度。
（1）振动产生 的三要素
振动的产生实际上即为振动波的传播过程，如图1所示，产生振动的三要素包括：振源（列车-轨道）、传播介质（路基系统和周围场地）、受振体（建筑物）。列车高速运行过程中与轨道之间不断地碰撞接触产生振动，即为轮轨接触作用，使轨道结构产生振动波，形成振源，向下（路基结构）传播。随后振动在经过传播介质（即路基和地基土体）向四周传播，由于土体的分层作用，振动波在传播过程不断发生反射、折射和衍射等作用，最终到达建筑物。振动波通过基础-柱-梁-板向上传播，从而损坏建筑物或影响建筑中居民的工作生活。可见，要减小列车高速运行对周围环境的影响，了解振动波在路基结构以及地基土体中的传播规律至关重要。
（2）高速铁路 运行引起的 振动波 在路基中的 传播 规律
为了解振动波在路基结构中的传播规律，我们可以做个模型试验，如图2所示，在模型槽中做个轨道-路基结构缩尺模型，利用作动器模拟列车荷载，通过测试轨道和路基结构不同位置处的动力响应，获得振动波在轨道-路基结构中的振动传播规律。为了更真实的重现高铁轨道-路基结构，需要对其深入了解。我国高速铁路采用无砟轨道板，路面整洁，而不像普速铁路铺设大大小小的碎石（即道砟），这是为什么呢？因为高铁采用无缝钢轨，消除了以往钢轨间接头的冲击力，减小了振动，使列车运营时速高达350km/h，如此高速将产生很强的振动气流，引起的风会卷起碎石，从而威胁列车安全。无砟轨道结构形式，就像三层结构的奥利奥，无砟轨道板和支承层是它两边的韧性饼干，CA砂浆层填充层是夹在中间的乳脂奶油（如图2所示）。这种夹心式整体结构形式使得轨道结构具有较高的强度、承载能力和稳定性，从而更好的吸收和分散上部列车传递的高频振动能量。而高铁路基结构为层状结构，一般分为基床表层和基床底层（如图2所示）。基床表层作为轨道结构的直接承载层，直接承受上部剧烈振动作用，需要较高的强度、稳定性和减振能力，故采用级配碎石强化结构。基床底层承受基床表层扩散列车动荷载的承载结构，同时传递上部传来的振动能量，选用符合标准的填料或经改良过的土。路基结构的以上形式具有衰减上部能量的特点，但是振动波能量在轨道和路基中的衰减规律如何呢？通过一系列振动试验可以发现一些有意义的结论，其中，（加）速度传感器的布置如图3所示。
通过进行动力模型试验发现，如图4所示，路基竖向加速度幅值随路基深度的增加而呈递减的趋势，基床底层以上的衰减速度远远高于路堤层。频率从1Hz增大到20Hz时，各点竖向加速度峰值也在逐渐增大，系统自振频率为21Hz，在21-25Hz频率范围是下降段，故25Hz各点竖向加速度数值小于20Hz情况，之后缓慢上升。由此可见，高频振动波在路基中衰减迅速，远大于低频振动波在路基中的衰减速度。
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