铁路引起的地面噪声和振动的实际观点
铁路振动通常伴随着地面噪声。这两种情况的严重程度因国家而异，可能取决于地面/土壤类型，以及火车车轮和轨道类型。在这里，Arcadis的同事们专注于两个主要挑战，并提出了简单实用的方法，铁路行业可以利用这些方法来帮助解决振动和噪声问题。
铁路运营要求高安全、可靠性、可用性和乘客舒适的低维护努力，以便在竞争激烈的市场上与其他交通工具取得成功。然而，它也需要得到公众的认可，对环境的影响应该是最小的。在过去的几十年里，岩土工程和铁路工程从业人员对铁路诱发的地基振动和噪声的理解和预测越来越感兴趣。
地面振动主要是由于轨道与车轮的相互作用而产生的，这也可能导致靠近铁路轨道的建筑物/住宅产生地面噪音。有不同的因素影响振动振幅，包括但不限于地面条件和阻尼特性;列车类型和数量;火车速度;跟踪配置;平交道口等等。预测铁路振动本身就是一项复杂的任务，涉及许多不确定性，特别是在对大面积列车轨迹进行分析时。
不利的环境影响促使一些研究人员和从业人员研究铁路地面振动和噪声。它始于20世纪90年代的实验和实证方法。基于这些结果，分析和数值方法已经发展和校准。同时，数值方法是最先进的，具有更先进的计算能力。
当前的挑战
一般来说，铁路振动可以分为两类。首先，振动对周围环境的影响环境由货运和客运列车(常规铁路交通)产生;其次，通过高速列车或常规铁路交通中列车提速引起的振动产生循环动态影响，如图1所示。
现今，在设计高速铁路网或处理列车速度增加时，特别是对地面结构的影响时，循环动力冲击被认为是优先考虑的问题。这是因为轨道与地基之间的相互作用(图1中0点和1点)应满足可用性和稳定性的要求。当列车运行速度超过土壤表面瑞利波速时，将出现临界列车速度现象。这将放大所产生的变形，对铁路轨道造成损坏，或产生影响运营的额外维护需求。
环境影响既包括对居住在铁路轨道附近的住宅或办公建筑的居民的困扰;以及由产生的振动对所造成的办公室或住宅建筑物的损害。这些影响可以通过到达住宅或建筑物之前的传播路径(图1中的1点和2点)、基础层(图1中的3点)以及不同楼层(图1中的4点和5点)来描述。
用于评估振动影响的标准/指南示例包括荷兰轨道振动政策规则(荷兰语:BTS)，美国的FTA-VA-90-1003-06，德国的DIN 4150-2和DIN 4150-3，英国的BS 6472-1，瑞典的SS 460 4861和挪威的NS 8176。
首先，针对上述影响提出切实可行的方法。随后，将简要说明如何进行减排措施评估。
图1 -铁路振动和噪声引起的循环动力现象和环境影响。
实用的方法
与其他研究人员和从业者一起，Arcadis在过去的几十年里，一直积极参与铁路引起的振动和噪声项目。这些问题包括与循环动态现象和环境影响有关的问题。下面简要总结一下目前的方法，其中重点是振动问题。
Cyclic-dynamic影响
重要的是要确保在达到最大运行速度的情况下，不会因为超过阈值的位移、碰撞效应而损坏轨道，从而对乘客造成干扰，增加维护成本，并使线路在预期的设计列车速度下运行。为满足高速铁路安全、可靠、运行和维护的要求，对轨道系统和路基的循环动力影响进行评价。人们普遍认为，与产生的振动相关的瑞利波速被确定为降低地面运动放大和轨道系统恶化风险的准则。这是最先进的技术，得到了铁路部门的认可。然而，从德国、中国和荷兰等不同国家正在进行的项目来看，最终的标准似乎是动态位移，它应该与瑞利波速度一起考虑，以限制维护工作，提高乘客的舒适度。图2显示了评估循环动态影响的方法。
图2 -执行循环动态影响评估的流程概述1
环境影响
在一个项目的一定距离内处理大量数据，例如沿着数十公里长的铁路轨道，是现有项目中最具挑战性的任务之一。这些数据包括房屋住宅及其类型(纪念碑或现代建筑)的结构特征，各种地面条件以及铁路线路的振动特征。例如，所有关于铁路沿线住宅或办公楼的gis相关信息都在单独处理和处理。此外，上层建筑和地面条件沿铁路轨道的特点。为此目的，聘请了岩土、铁路、环境和地理信息系统专家进行合作。同时，为了评估沿铁路轨道和垂直于铁路轨道的客运和/或货运列车产生的振动强度，进行了测量活动。在处理完所有与gis相关的信息和测量数据后，应该解决由于轨道上每个属性的振动而引起的烦恼问题。为此，通过分析/经验方法和数值方法，确定和识别轨道上每个单一属性的最大振动水平。随后，使用评估过程以确保振动在阈值水平内。如超过临界值，则须进行彻底的减排措施评估。 A methodology for assessing environmental impact is shown in Figure 3.
图3 -执行环境影响评估的程序概览1
减排措施
在预测了地面振动之后，可以将得到的结果与所考虑地点的标准和法规规定的允许阈值进行比较。在荷兰，沿着铁路轨道定位的每个单一属性的阈值振动水平是基于BTS确定的。这是基于确定在一个属性的位置记录的最大振动水平(Vmax)，以及基于在火车通过的特定时间段内测量的平均振动水平(Vper)。一旦超过基于BTS定义的Vmax或Vper的阈值水平，将执行减排措施评估。
减振措施分为三个不同的组，反映在振动源的措施;在振动源和接收端之间通过传播路径所采取的措施;在接收器处测量。在实践中，进行彻底的减排措施评估时采用以下准则:
- 该措施的有效性针对频率范围的问题
- 措施是否适合现有的工作空间
- 所考虑区域的实际应用措施
- 维持预期/要求的措施
- 测量的稳健性
- 实施该措施的可能成本。
结论
铁路引起的振动和噪声评估涉及处理许多不确定性。在过去的二十年里，Arcadis与其他研究人员和从业人员一起，试图采用更严格的方法来最大限度地减少这些不确定性。在本文中，使用简单实用的方法提出了两个主要挑战;可以用来帮助从业者解决这些问题。
Saeed Hosseinzadeh拥有应用地球科学(代尔夫特理工大学)和矿产资源管理(埃克塞特大学)双硕士学位，专攻岩土工程。他目前在Arcadis担任岩土工程和振动专家。Saeed在全球岩土工程和铁路工程行业拥有超过七年的实践经验，为欧洲、美洲和亚洲的项目做出了贡献。他的工作包括对铁路诱发振动的研究和考虑环境因素的消减措施的设计。
Peter Schouten拥有土木工程硕士学位，是岩土工程高级专家。自1984年起，他一直从事基础设施工程的岩土工程顾问工作。从他职业生涯的一开始，Peter就一直参与振动评估研究。后者已经发展成为对铁路轨道上列车运行的环境影响研究的评价和荷兰和国外主要铁路项目的轨道动态稳定性分析。
Agnes van Uitert拥有应用地球科学硕士学位，专攻工程地质学。自2005年以来，她一直担任Arcadis的岩土工程顾问。在铁路和打桩诱导振动领域拥有超过10年的实践经验，迄今为止，Agnes为多个本地和国际项目做出了贡献。她目前正在荷兰阿卡迪斯岩土工程部门协调几个振动项目。
奥托·赫雷斯拥有代尔夫特理工大学土木工程博士学位，在那里他还担任了七年的土壤力学和数值模拟助理教授。他擅长岩土工程以及土壤和结构的动力学。奥托在全球范围内拥有超过25年的动力学、土木和岩土工程实践经验，曾担任包括工程振动在内的各种项目的技术设计经理和首席顾问。
Gerhard Schulz拥有土木工程硕士学位，是岩土工程专家。他在全球范围内拥有30多年从设计到施工的高速铁路经验。20多年来，他一直致力于铁路循环动态影响的研究，通过大规模现场测试、运营期间的测量和数值分析，并制定了缓解措施。格哈德还参与了板式轨道的开发，特别是土工结构。
Gerard van der Werf拥有土木工程(铁路工程)硕士学位和铁路系统商业硕士学位，发表了21篇文章。自1995年以来，他一直在Arcadis工作，担任许多(复杂)铁路项目研究/项目管理的永久方式/资产管理国际顾问。2000年至2003年期间，他还在代尔夫特大学土木工程系埃斯维尔德教授的铁路工程小组担任铁路工程教师。
引用:
- 在一些工程中，为了确定振动和/或位移水平，也首先采用数值分析。
