城市轨道铁路经济论文提纲

论文题目：高速铁路地下线环境振动预测与控制研究

摘要：目前我国已建成了全球最大的高速铁路网络,成为世界上高速铁路发展速度最快、运营里程最长、在建规模最大的国家。截止2019年底,我国高速铁路运营里程已达3.5万公里,超过全球高速铁路总运营里程的2/3。虽然高速铁路存在诸多优点,但其带来的噪声振动等相关环保问题日益受到社会关注。在高速铁路通过城区段,为减少对城市建成区的分割,减少工程拆迁量,减少地面噪声污染,采用地下线敷设方式已经逐渐成为一种趋势。此时,高速铁路地下线带来的环境振动问题得到越来越多的关注。由于高速铁路地下线工程样本数量较少,目前对其振源特性、传播规律、影响因素、控制方法等理论和实测研究均不足,实际中尚无可靠的预测和控制方法指导环评、设计和施工。高速铁路的车辆、线路、轨道、隧道等工程技术标准和普速铁路及城市轨道交通差别较大,地下线环境振动特性也明显区别于普速铁路和城市轨道交通,既有环境振动预测和控制方法无法直接采用。出于控制环境振动的保守考虑,近几年建设的高速铁路地下线设计速度不高,如京张高铁地下线城区段设计速度为120km/h,京广高铁石家庄段、广深港高铁福田段和香港段、济青高铁青岛城区段等设计速度为200km/h,严重影响到了高速铁路的运营效率。因此,迫切需要研究高速铁路地下线环境振动预测及控制方法。本文针对高速铁路地下线环境振动问题,综合运用轮轨耦合动力学理论、振动传播理论,利用现场试验、数值仿真及数据回归分析方法对高速铁路地下线环境振动产生机理、传播规律、影响因素、控制方法等几个方面进行研究。本文研究成果具有重要的工程价值和良好的经济及社会效益。本文研究内容和成果具体如下:（1）研究建立了可精准反映高速铁路地下线环境振动振级水平、频谱特征,环境振动随速度快速变化特征和传播规律的高速铁路车辆-轨道-隧道-土体-建筑物空间耦合环境振动精细化理论模型。论文研究综合了多体动力学、有限元法、轮轨相互作用关系及结构动力学等理论方法,从系统动力学角度实现了高速铁路地下线环境振动的时域和频域仿真分析。模型能够表征列车、轨道、隧道、土体、建筑物等细部结构影响,可系统考虑车-轨-隧-土-建筑物的耦合作用,在系统性、精细化、全面性及可应用性等方面进行了创新,能够可靠的表征高速铁路环境振动的振级水平,振动在时域和频域的分布特性。（2）选取高速铁路地下线典型测试区段,研究开展了高速铁路地下线环境振动系统性试验,验证了环境振动精细化理论模型。论文研究设计了环境振动关键传播途径系统测试方案,有针对性的选取高速铁路典型测试区段（莞惠城际、佛肇城际、广深港高铁等地下线）进行环境振动现场测试。通过对隧道内、地表及邻近建筑的现场实车动态同步测试,得到了高速铁路诱发环境振动在振源（钢轨-轨道板-隧道壁）、传播途径（土体）、受振体（邻近建筑）等各个部位的分布及传播规律。并基于实测数据,对所建立的理论分析模型进行了验证。（3）基于传递链损失方法,研究了振源、振动传播途径和受振体的关键影响参数,建立了适用于高速铁路地下线的环境振动经验预测模型。利用建立的高速铁路车辆-轨道-隧道-土体-建筑空间耦合动力精细化理论模型和地下线环境振动系统试验数据,深入分析了车辆类型、轨道类型、隧道类型、土层参数、线路埋深及距离、建筑结构型式等各类关键因素对环境振动产生、传播及衰减的影响规律。在归纳分析理论计算结果及系统试验成果基础上,基于传递链损失方法,提出了高速铁路地下线环境振动经验预测公式。（4）提出了高速铁路地下线不同设计速度条件下环境振动规划设计控制方法,优化轨道、隧道结构参数的振源控制方法及设置隔振桩的传播途径控制方法。提出了高速铁路地下线环境振动控制的原则,研究了不同设计速度下的线路规划控制方法,研究了采用改变轨道和隧道结构参数的振源控制方法和设置隔振桩的传播途径控制方法。

关键词：高速铁路;地下线;环境振动;预测方法;振动控制;隔振桩

学科专业：城市轨道工程

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 我国高速铁路地下线建设现状

1.1.2 高速铁路地下线产生的环境振动问题

1.2 国内外研究现状

1.2.1 铁路环境振动理论预测方法研究

1.2.2 铁路环境振动经验评估方法研究

1.2.3 铁路环境振动测试分析方法研究

1.2.4 铁路环境振动控制措施现状研究

1.3 本文的主要研究内容

1.3.1 既有研究存在的问题

1.3.2 研究思路及研究内容

1.3.3 创新点

2 高速铁路地下线环境振动空间精细化理论模型研究

2.1 动力学理论

2.1.1 多体动力学理论

2.1.2 动力有限元理论

2.2 高速铁路车辆动力学建模研究

2.3 有限元模型的建立

2.3.1 轨道子模型

2.3.2 隧道结构子模型

2.3.3 建筑物结构子模型

2.3.4 隔振桩子模型

2.3.5 土体-人工边界子模型

2.4 轮轨相互作用关系模型

2.4.1 轮轨接触关系模型

2.4.2 轨道随机不平顺模型的建立

2.5 仿真模型联立及动力学方程求解

2.5.1 高速铁路车辆-轨道-隧道-土体-建筑物结构动力仿真模型

2.5.2 动力学方程的联立和求解

2.6 仿真模型验证

2.7 本章小结

3 高速铁路地下线环境振动关键影响因素数值分析

3.1 仿真参数

3.2 振源特性及影响因素分析

3.2.1 振源振动特性分析

3.2.2 车辆速度对振源影响规律研究

3.2.3 车辆型式对环境振动影响规律研究

3.2.4 轨道结构型式对振源振动特性的影响

3.3 传播途径振动响应特性及规律分析

3.3.1 传播距离对振动影响分析

3.3.2 不同土层参数对振动影响分析

3.4 受振体的振动响应特性及规律

3.5 本章小结

4 高速铁路地下线环境振动特性系统试验研究

4.1 高速铁路地下线环境振动试验设计

4.1.1 环境振动系统性试验设计

4.1.2 测点选取方法

4.1.3 试验内容设计

4.1.4 测点布置

4.1.5 试验设备

4.2 振源特性及振动衰减测试分析

4.2.1 莞惠城际单洞单线圆形隧道振动测试分析

4.2.2 广深港高铁香港段地下线圆形隧道振动测试分析

4.2.3 莞惠城际单洞单线马蹄形隧道振动测试分析

4.2.4 莞惠城际单洞双线矩形隧道振动测试分析

4.2.5 振源理论计算值多工况实测验证分析

4.3 传播途径上的振动响应及振动衰减测试分析

4.3.1 地面振动响应测试分析

4.3.2 传播途径振动传递衰减测试分析

4.3.3 传播途径理论计算值实测验证分析

4.4 建筑物振动响应、二次结构噪声及传递衰减测试分析

4.4.1 隧道-地面-建筑物振动传递衰减特性

4.4.2 建筑物内二次结构噪声特性

4.5 本章小结

5 高速铁路地下线环境振动经验评估模型的建立

5.1 模型建立方法

5.1.1 预测模型

5.1.2 统计分析方法

5.2 经验评估模型的建立

5.2.1 振源经验预测模型

5.2.2 传播途径经验预测模型

5.2.3 受振体经验预测模型

5.3 经验预测模型的试验验证

5.3.1 京广高铁地下线环境振动试验验证

5.3.2 广深港高铁香港地下线环境振动试验验证

5.4 本章小结

6 高速铁路地下线环境振动控制研究

6.1 高速铁路地下线环境振动对比分析

6.1.1 和普速铁路地下线对比分析

6.1.2 和城市轨道交通地下线对比分析

6.2 高速铁路地下线振动控制研究

6.2.1 环境振动控制原则

6.2.2 规划设计控制措施

6.2.3 振源减振措施研究

6.2.4 传播途径控制措施研究

6.3 本章小结

7 结论

7.1 论文主要研究成果

7.2 展望

参考文献