Оценка вибрации при проектировании...

СИСТЕМА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ ВСТРОИТЕЛЬСТВЕ

СВОД ПРАВИЛПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ОЦЕНКА ВИБРАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ,СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

ОБЪЕКТОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

СП 23-105-2004

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМУКОМПЛЕКСУ

(ГОССТРОЙ РОССИИ)

Москва

2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

1 РАЗРАБОТАН Общероссийской общественной организацией«Тоннельная ассоциация России»

ВНЕСЕН Управлением технического нормирования,стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ ГосстрояРоссии

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением ГосстрояРоссии № 20 от 09.03.2004 г.

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Область применения

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

1

www.princexml.com

Prince - Non-commercial License

This document was created with Prince, a great way of getting web content onto paper.

2 Нормативные ссылки

3 Расчет вибрации от движения поездов метрополитена

3.1 Общие положения

3.2 Расчет величин вибрации обделок тоннелей

3.3 Расчет величин вибрации лотковой части станций,тупиков и камер съезда

3.4 Расчет ожидаемых значений вибрации поверхностигрунта вблизи перегонных тоннелей, станций, тупиков икамер съезда

4 Определение физико-механических свойств грунта прирасчетах вибрации в помещениях жилых и общественныхзданий от движения поездов метрополитена


4.2 Оценка упругих динамических, массовых и диссипативныхпараметров грунта

4.3 Получение исходной экспериментальной информации приопределении параметров грунта

4.4 Ограничения методики определения динамическихпараметров грунта

5 Виброизоляция верхнего строения пути метрополитена


5.2 Расчет конструкции виброизоляции верхнего строенияпути для метрополитена

5.3 Дополнительные мероприятия в верхнем строении пути поснижению возбуждаемой вибрации

6 Методы измерения и оценки вибрации в помещениях жилыхи общественных зданий от движения поездов вметрополитенах


2


6.2 Средства измерений

6.3 Условия и правила проведения измерений

6.4 Обработка результатов измерений

6.5 Оценка вибрационного воздействия

6.6 представление результатов

Приложение А. Физико-механические свойства грунтов

Приложение Б. Расчет значений виброскорости наповерхности грунта вблизи перегонных тоннелей

Приложение В. Эффективность некоторых виброзащитныхустройств

Приложение Г. Конструкции тоннельных обделок, лотка иверхнего строения пути

Приложение Д. Аппаратура, рекомендуемая для выполненияизмерений и выполнения частотного анализа

Приложение Е. Пример определения физико-механическихпараметров грунта

Приложение Ж. Сводка обобщенных характеристиквиброзащитных устройств

Приложение З. Пример подбора параметроввиброизолирующей конструкции верхнего строения пути

Приложение И. Определение постоянной С

Приложение К. Библиография

ВВЕДЕНИЕ


3

Контроль окружающей среды в крупных современных городахявляется одной из социально важных задач. От состоянияокружающей среды зависят здоровье жителей города,производительность труда, полноценность отдыха и обучения. Кчислу факторов, определяющих качество окружающей среды,относятся шум и вибрация. Среди их многочисленных источниковособое место занимают действующие линии метрополитена.Повышенные величины вибрации могут также негативносказываться на состоянии зданий, коммуникаций и пр.

До настоящего времени не существовало корректной расчетнойметодики прогноза значений вибрации от действующих линийметрополитена. Это связано с тем, что механизм возбуждениявибрации изучен недостаточно. Прежде всего, это относится квзаимодействию в системе колесо - рельс и на внешнейповерхности обделки тоннеля и излучению упругих волн в грунт.Грунт является довольно сложной средой, требующей записигромоздких моделей теории упругости и их трудоемкогочисленного анализа. В дополнение к математическим трудностямпроблема осложняется неполнотой данных о геометрическиххарактеристиках и упругих свойствах слоев грунта. В этом случаедаже корректно сформулированные модели практическибесполезны вследствие их параметрической неопределенности. Всилу этого использование традиционных численных подходов примоделировании распространения упругих волн, основанных надостаточно точных алгоритмах метода конечных элементов (МКЭ),метода граничных элементов (МГЭ), сеточных и вариационныхподходах, приводит к избыточным вычислительным затратам принеизбежной потере точности из-за ошибок в задании параметров.Здесь же возникает и проблема выбора шага интегрированияисходных уравнений. Наличие в задаче процессов и объектов ссущественно различными масштабами может привести к потереважных составляющих решения при некорректном заданиичисленной сетки. Чрезмерная детализация может привести кнедопустимому росту объема необходимых вычислений иужесточению требований на производительность используемыхЭВМ. В настоящем Своде правил использован другой подход,основанный на использовании физически прозрачных моделей,включающих временное и пространственное осреднениерассматриваемых величин. Получаемые в результате эффективныезначения входящих в модели параметров требуют дополнительнойнастройки, что и было выполнено в ходе натурных измерений надействующих линиях метрополитена. В дополнение к этомуразработан метод, позволяющий оценивать геометрические иупругие свойства верхней части грунта для последующего


4

использования в прямых расчетах. Таким образом, для оценкивеличин вибрации вблизи действующих линий метрополитена, атакже в процессе проектирования и строительства необходимоиспользовать процедуру, изложенную в настоящем Своде правил.Для оценки исходных параметров используется раздел 4настоящего Свода правил. Процедура оценки полученных величинвибрации на соответствие санитарным нормам описана в разделе6. В случае если требования санитарных норм не выполняются,необходимо применение специальных мер по снижениюизбыточной вибрации в соответствии с положениями разделов 3 и5 настоящего Свода правил.

Свод правил разработан «Тоннельной ассоциацией России» наосновании проведенных научно-исследовательских работ,натурных экспериментальных исследований, обобщения опытаэксплуатации линий метрополитена и анализа литературныхисточников. В его основу положены соответствующие руководства,подготовленные Виброакустической лабораторией МОО«Тоннельная ассоциация» и прошедшие апробацию на линияхМосковского метрополитена.

Настоящий Свод правил необходимо использовать приполучении оценок величин вибрации в наземных зданиях исооружениях, возникающих от движения поездов метрополитенана участках перегонных тоннелей, в пределах станций, камерсъездов. Свод правил адаптирован к сложившимся в настоящеевремя принципам нормирования. В частности, в качествеосновного оцениваемого параметра используются абсолютныезначения виброскорости (м/с). Логарифмические единицы (уровнив дБ) также допускается использовать в качестве вспомогательныхпараметров.

Если исходные параметры для расчета вибрации не заданы,настоящий Свод правил следует использовать для определениядинамических и диссипативных характеристик грунта (скоростей икоэффициентов затухания упругих волн) в различных естественныхгеологических и вызванных техногенными факторами условияхгорода. Знание указанных характеристик необходимо припрогнозировании величин вибрации в наземных зданиях исооружениях, возникающих при движении поездов метрополитена,а также для оценки эффективности мероприятий по ихвиброзащите.

Согласно настоящему Своду правил динамическиехарактеристики грунтов, необходимые для расчета абсолютных


5

величин или уровней вибрации в зданиях, определяются впроцессе геологических изысканий или по имеющимсястандартным табличным данным. Второй путь зачастуюнеприемлем из-за имеющегося большого разброса характеристикоднотипных грунтов. Вследствие этого рекомендуетсяиспользовать прямые измерения на месте и основанные на нихрасчеты характеристик грунтов. Здесь представленапоследовательность шагов, реализующих данный подходопределения динамических параметров грунта для ихпоследующего использования при расчетах виброакустическойситуации на поверхности.

Динамические свойства грунта будут характеризоватьсяскоростями продольных и поперечных упругих волн в твердойсреде, а также связанными с ними динамическими модулямиупругости (Юнга и Пуассона) и скоростью распространенияповерхностных волн Рэлея. Диссипативные свойствахарактеризуются энергетическим коэффициентом затухания g илисвязанным с ним амплитудным коэффициентом b = g / 2.Рассматриваются средние значения параметров для октавныхдиапазонов частот, при этом их величина может зависеть отчастоты.

Настоящий Свод правил следует использовать для разработкисредств виброзащитных мероприятий в конструкции верхнегостроения пути метрополитена при необходимости сниженияизбыточной вибрации. Приводится порядок подбора требуемыххарактеристик виброзащитных устройств в зависимости отвеличины требуемого снижения вибрации, а также значенийпараметров грунта и характеристик тоннельной конструкции. Вприложении З дается пример использования Свода правил вконкретной ситуации.

Настоящий Свод правил устанавливает методы измерения иоценки вибрации, генерируемой при движении поездов вметрополитенах, в помещениях жилых и общественных зданий,при определении степени воздействия вибрации на человеческийорганизм.

Измерения выполняют с целью контроля вибрации,генерируемой при движении поездов в метрополитенах, впомещениях жилых и общественных зданий, на соответствиедопустимым уровням, установленным СНиП 32-02.


6

http://www.complexdoc.ru/ntd/551519

Свод правил предназначен для контроля вибрации, создаваемойв помещениях жилых и общественных зданий при движениипоездов в метрополитенах, осуществляемого при приемке вэксплуатацию новых линий. Он входит в комплекс нормативныхдокументов, подготовленных в связи с разработкой СНиП 32-02«Метрополитены». Он может использоваться также припериодическом контроле действующих линий метрополитенов.

В Своде правил учтены требования и рекомендацииосновополагающих нормативно-технических документов: ГОСТ12.1.012, СН 2.2.4/2.1.8.566-96, МР 2957-84 общетехническогохарактера. Вместе с тем в нем конкретизированы требования квиду и составу подлежащих измерению и контролю параметроввибрации исходя из временного характера и спектрального состававибрации, генерируемой при движении поездов; определенытребования к аппаратуре, условиям и правилам выполненияизмерений; процедурам обработки результатов измерений иоценке их на соответствие допустимым значениям. При этомиспользован опыт, накопленный мировой практикой и отраженныйв международном стандарте ИСО 2631/1 и немецком стандартеДИН 4150/2.

В разработке данного Свода правил принимали участие:

Зав. виброакустической лабораторией ТАР канд. техн. наук, ст.науч. сотр. С.А. Костарев - руководитель разработки; научныйконсульстант ТАР д-р. физ.-мат. наук, проф. С.А. Рыбак, гл. науч.сотр. ТАР канд. физ.-мат. наук С.А. Махортых, главный научныйсотрудник ТАР д-р техн. наук, снс, член-кор. Метрологическойакадемии (раздел 6, приложения Д, И) И.Е. Цукерников.

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ОЦЕНКА ВИБРАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ,СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ

МЕТРОПОЛИТЕНА

VIBRATION ASSESSEMENT FOR DESIGN,CONSTRUCTION AND OPERATION OF METRO UNITS

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ


7





Настоящий Свод правил необходимо использовать приполучении оценок значений вибрации в ходе проектирования истроительства линий метрополитенов, расположенных вселитебной зоне, а также проектирования и строительства жилыхзданий, располагающихся в технической зоне метрополитена.

Положения настоящего Свода правил необходимо использоватьпри экспериментальном определении на месте динамических идиссипативных характеристик грунта в естественныхгеологических и вызванных техногенными факторами условияхгорода, необходимых при прогнозировании величин вибрации вназемных зданиях и сооружениях, расположенных в зоневозможного влияния проектируемых линий метрополитена, сцелью проверки их на соответствие требованиям СНиП 32-02, атакже при разработке конкретных технических решений повиброзащите зданий и сооружений.

Положения настоящего Свода правил необходимо использоватьпри разработке конструкций виброзащитных устройств верхнегостроения пути метрополитена в случае превышения предельнодопустимых санитарными нормами величин вибрации наповерхности грунта в примыкающих к линии метро районах жилойи административной застройки, в станционных помещениях и наплатформах станций метрополитена. Помимо этого, настоящийСвод правил необходимо использовать для снижения избыточныхуровней шума на станциях и в зданиях на поверхности грунта,если акустическая эмиссия связана с преобладающей структурнойкомпонентой (в октавном диапазоне 63 Гц). Контроль достигаемойэффективности разрабатываемых мероприятий и прогнозируемыхуровней виброскорости и шума при этом проводится всоответствии с требованиями СНиП 32-02.

Настоящий Свод правил устанавливает методы измерения иоценки вибрации, генерируемой при движении поездовметрополитенов в помещениях жилых и общественных зданий, приопределении степени воздействия вибрации на человеческийорганизм.

Измерения выполняют с целью контроля вибрации,генерируемой при движении поездов метрополитенов впомещениях жилых и общественных зданий, на соответствиедопустимым уровням, установленным СНиП 32-02.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ


8




В настоящем Своде правил использованы ссылки на следующиенормативные документы:

ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общиетребования

ГОСТ 12.4.012-83 ССБТ. Вибрация. Средства измерения иконтроля вибрации на рабочих местах. Технические требования

ГОСТ 17168-82 Фильтры электронные октавные и третьоктавные.Общие технические требования и методы испытаний

СНиП 32-02-2003 Метрополитены

3 РАСЧЕТ ВИБРАЦИИ ОТДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВМЕТРОПОЛИТЕНА

3.1 Общие положения3.1.1 Расчет вибрации от движения поездов метрополитена

проводится при прогнозировании ожидаемых значений вибрациив зданиях, расположенных в зоне возможного влиянияпроектируемых линий метрополитена, с целью проверки их насоответствие требованиям СНиП 32-02, а также при разработкеконкретных технических решений по виброзащите зданий исооружений.

3.1.2 Оценку вибрации от движения поездов метрополитена вжилых помещениях, палатах больниц, санаториев необходимопроводить для ночного времени суток. Рассчитываемымипараметрами вибрации в соответствии с настоящим Сводом правилявляются:

· корректированные максимальные и эквивалентные значениявиброскорости

-


9



http://www.complexdoc.ru/ntd/



и

-

, м/с;

· максимальные и эквивалентные значения виброскорости vmaxи veq, м/с, в октавных полосах со среднегеометрическимичастотами 16, 31,5 и 63 Гц, наиболее характерных дляметрополитена.

Расчет корректированных и эквивалентных значенийвиброскорости следует выполнять по формулам ГОСТ 12.1.012,принимая весовые коэффициенты коррекции для вертикального игоризонтального направлений для случая общей вибрации.

3.1.3 В качестве дополнительного параметра вибрации могутиспользоваться уровни виброскорости L (дБ), определяемыесоотношением вида L = 20lg (v / v0), где в качестве величиныv выступают перечисленные выше параметры; v0 - пороговаявеличина виброскорости, равная 5 × 10-8 м/с.

3.1.4 При проектировании в селитебной зоне линийметрополитена необходимо выполнение следующих условий:

v £ vдоп, L £ Lдоп, (3.1)

где v и L - ожидаемые абсолютные величины и уровнивиброскорости в оцениваемом здании соответственно в м/с и дБ;

vдоп и Lдоп - допустимые абсолютные величины и уровнивиброскорости, принимаемые в соответствии с СНиП 32-02 потаблице 3.1.

Т а б л и ц а 3.1 - Нормативные значения для оценкивибрационного воздействия на соответствие требованиямСНиП 32-02


10




Допустимое значение

Помещения, здания vmax×

104,

м/с

Lmax,дБ

veq×

105,м/с

Leq,дБ

-

×104,м/с

Lmax,дБ

-

×105,м/с

Leq,дБ

Жилые 1,1 67 3,5 57 2,3 73 7.4 63

Палаты больниц исанаториев

0,8 64 2,6 54 1,7 70 5,4 60

Административно-управленческие,общественные здания

2,8 75 9,0 65 5,9 81 18,8 71

Учебные заведения,читальные залыбиблиотек

2,0 72 6,4 62 4,2 78 13,4 68

При проверке условий (3.1) в качестве ожидаемых величинвибрации в оцениваемом здании допускается принимать значениявиброскорости, рассчитанные на поверхности грунта в местерасположения фундамента.

3.1.5 В случае, когда расчетные величины вибрации превышаютдопустимые значения, рекомендуется предусматриватьспециальные виброзащитные мероприятия и устройства, которыеподразделяются на следующие типы:

· устройства, уменьшающие динамические нагрузки привзаимодействии колесной пары с верхним строением пути;

· амортизирующие устройства в конструкции верхнего и нижнегостроения пути;


11

· виброзащитные конструкции обделок тоннелейметрополитенов;

· экранирующие конструкции в грунте;

·амортизирующие элементы в конструкции зданий.

Выбор средств защиты от вибрации производится с учетом ихэффективности и экономической целесообразности.

3.1.6 Прогнозирование величин виброскорости в жилых зданияхи подбор виброзащитных мероприятий проводятся в следующейпоследовательности:

а) оцениваются величины вибрации обделок тоннелей илотковой части пути метрополитена в соответствии с положениямиразделов 3.2, 3.3;

б) задается или определяется в соответствии с разделом 4исходное для расчета геологическое строение верхней частигрунта: число и толщины слагающих слоев верхней части грунтаобщей толщиной Н ³ h + 10 м, где h - расстояние от поверхностигрунта до лотка;

в) определяются массовые, динамические упругие идиссипативные параметры слагающих грунтов: плотность,скорости продольных и поперечных волн и коэффициент затуханияв каждом слое;

г) определяются ожидаемые значения виброскоростиповерхности грунта в соответствии с разделом 3.4;

д) проверяются условия (3.1) и в случае их невыполненияподбираются виброзащитные мероприятия в соответствии с 3.1.5.

3.1.7 Динамические характеристики грунтов, необходимые длярасчета величин вибрации в зданиях (перечисление в 3.1.6, в),определяются в процессе геологических изысканий или всоответствии с разделом 4 на основе прямых акустическихизмерений на месте. Приближенные значения параметровразличных типов грунтов приводятся в приложении А.

3.2 Расчет величин вибрации обделоктоннелей


12

3.2.1 Исходными расчетными параметрами колебаний обделоктоннелей метрополитена являются величины вертикальной игоризонтальной составляющих виброскорости ее лотковой части (

-

и

-

), определяемые в октавных полосах частот 16, 31,5 и 63 Гцдля принятой в качестве типовой конструкции обделки круговогосечения, выполненной из сборного железобетона, а также типовойконструкции верхнего строения пути и заданной структурыокружающего грунта. Конкретные значения параметровприводятся в таблице 3.2. Представленные значения получены входе прямых измерений на действующих линиях метрополитена.

3.2.2 В ходе процедуры вычислений производится перерасчетвеличин виброскорости на типовой обделке (кругового сечения)в значения виброскорости на реально рассматриваемой обделкепроизвольного сечения с заданными грунтовыми условиями.Величина виброскорости лотковой части тоннеля определяется поформуле

-

(3.2)

где l2 - ширина тоннеля;

Е - модуль Юнга стен тоннеля;

т - погонная масса обделки тоннеля;

-

,


13

-

, k = 0,7 м-1,

J - момент инерции поперечного сечения тоннеля;

r, lг, mг - плотность и коэффициенты Ламэ прилегающего грунта;

с - скорость распространения продольных упругих волн в грунте;

f - частота колебаний.

Величина р вычисляется по формуле

-

(3.3)

где все параметры в выражении - те же, что и в (3.2), но принятыедля стандартизованного тоннеля, величины виброскорости длякоторого приведены в таблице 3.2, R = 2,75 м - радиус обделкитоннеля.

3.2.3. На стадии разработки технико-экономическогообоснования или проекта перегонных тоннелей линииметрополитена величины виброскорости на лотковой частиобделки допускается оценивать на основе результатов натурныхизмерений, проведенных на эксплуатируемых участках линийметрополитена, имеющих аналогичную конструкцию обделки иверхнего строения пути, а также находящихся в аналогичных, каки проектируемый участок, инженерно-геологических условиях.При этом различие свойств грунта и скорости движения поездовне должно превышать 10 - 15 %. Пример расчета приводится вприложении Б.

Т а б л и ц а 3.2 - Исходные данные для расчета. Величинывибрации на типовой обделке


14

Скорость продольных волн в грунте 600 м/с

Скорость поперечных волн в грунте 200 м/с

Плотность грунта 1800 кг/м3

Толщина обделки 0,2 м

Радиус обделки 2,6 м

Частота (Гц) 16 31.5 63

Максимальная величина горизонтальнойкомпоненты виброскорости (м/с)

0,00011 0,00096 0,00083

Максимальная величина вертикальнойкомпоненты виброскорости (м/с)

0,00011 0,00096 0,00083

Эквивалентная величина горизонтальнойкомпоненты виброскорости (м/с)

0,00006 0,00055 0,00048

Эквивалентная величина вертикальнойкомпоненты виброскорости (м/с)

0,00006 0,00055 0,00048

3.3 Расчет величин вибрации лотковойчасти станций, тупиков и камер съезда

3.3.1 Исходным расчетным параметром колебаний элементовконструкции станций, тупиков, камер съезда метрополитенаявляется значение динамической силы, действующей на лотковуючасть тоннеля. Величина последней определяется в октавныхполосах частот 16, 31,5 и 63 Гц, для типовой конструкции обделки,имеющей прямоугольное сечение и выполненной из сборногожелезобетона, типовой конструкции верхнего строения пути изаданной структуры непосредственно прилегающего к лотковой


15

части грунта. Конкретные значения параметров приводятся втаблице 3.3.

3.3.2. В ходе процедуры вычислений производится перерасчетвеличин виброскорости на лотковой части типовой обделкитоннеля (прямоугольного сечения) в значения виброскорости налотковой части рассматриваемого сооружения (станции, тупика,камеры съезда) с заданными грунтовыми условиями. В качествеисходных стандартизованных величин вертикальной игоризонтальной составляющих виброскорости используютсявычисленные величины, полученные в вычислительной частиподпрограммы из заданных параметров лотковой частиконструкции и непосредственно прилегающего грунта.

3.3.3 Для расчета величин виброскорости элементовконструкции станций, тупиков, камер съезда метрополитенаприменяется следующая модель.

В декартовой системе координат рассмотрим лежащую наполуплоскости (z < 0) площадку толщины h в виде бесконечной внаправлении у полосы и ширины X в направлении х (рисунок 3.1).Далее разобьем площадку на систему балок, каждая из которыхимеет высоту h, бесконечна в направлении у и ширину l2.Величина виброскорости каждой балки определяется по формуле

-

(3.4)

где

-

-


16

-

- момент инерции балки;

т, l2, h - соответственно погонная масса, ширина и высота балки;

Е - модуль Юнга материала балки;

lг и mг - коэффициенты Ламэ;

r - плотность грунта;

с - скорость продольных волн в грунте;

Pвн - внешняя сила, действующая со стороны поезда на балку,остальные обозначения приводятся в 3.2.2 настоящего СП.

Т а б л и ц а 3.3 - Исходные параметры для расчета. Значениединамической силы, действующей на лотковую частьтоннеля

Модуль деформации грунта 18 МПа

Коэффициент Пуассона грунта 0,3

Плотность грунта 1700 кг/м3

Толщина лотковой части тоннеля 0,5 м

Ширина лотковой части тоннеля 19 м

Модуль деформации лотковой частиконструкции

30000 МПа


17

Коэффициент Пуассона лотковой частиконструкции

0,2

Плотность лотковой части конструкции 2300 кг/м3

Частота (Гц) 16 31,5 63

Приведенная динамическая сила (Н/м) 1 0,25 2

Рвн - приведенная динамическая сила, действующая на лоток состороны поезда; 1 - обделка; 2 - лоток; 3 - поезд

Рисунок 3.1 - Схема расчета

Таким образом, для известных сил Рвн найдем виброскоростибалок с точностью до констант из общего решения, определяемыхусловиями на границе балки. Общее решение для виброскоростилотковой части тоннеля находится из решения линейной системыуравнений на вышеупомянутые константы, составленной изуравнений на граничные условия для балок, а именно на условияравенства смещений и виброскоростей примыкающих друг к другукраев балок. Величины сил Рвн для каждой балки определяютсяпересчетом экспериментальных данных, выполненных по формуле(3.3).


18

3.3.4. На стадии разработки технико-экономическогообоснования или проекта подземных сооружений метрополитена(станций, тупиков и камер съезда) величины виброскоростилотковой части допускается оценивать на основе результатовнатурных измерений, проведенных на действующих сооруженияхметрополитена, имеющих аналогичную конструкцию помещенияи верхнего строения пути, а также находящихся в аналогичных,как и проектируемый объект, инженерно-геологических условиях.При этом различие свойств грунта и скорости движения поездов недолжно превышать 10 - 15 %.

3.4 Расчет ожидаемых значенийвибрации поверхности грунта вблизиперегонных тоннелей, станций, тупикови камер съезда

3.4.1 Вертикальные и горизонтальные составляющиевиброскорости на поверхности грунта определяются по формуле

-

(3.5)

Здесь vR - виброскорость, вызванная волной Рэлея, вычисляемая поформуле

-

(3.6)

b - коэффициент затухания в грунте;

kR - волновое число волны Рэлея;


19

-

- соответствующие проекции виброскорости, вызванныепродольной волной в грунте, вычисляемые по формуле

-

.

Причем Н0 - глубина, на которой находится лотковая часть обделкитоннеля;

х - удаление от продольной оси тоннеля;

R0 - характерный размер, представляющий собой минимальноеиз D / 2 - половины ширины тоннеля;

-

- отношению скорости продольных волн в грунте к круговойчастоте;

-

- максимальные величины виброскорости на лотковой частиобделки тоннеля, принимаемые в соответствии с разделом 4;

vmax - максимальное из них.

3.4.2 Величины виброскорости (максимального илиэквивалентного) поверхности грунта в октавных полосах частот

при использовании виброзащитных мероприятийопределяются по формуле


20

-

где D(i) - эффективность одного или нескольких одновременноиспользуемых виброзащитных мероприятий в октавной полосе сномером i, которая определяется по таблице В.1, приведенной вприложении В настоящего Свода правил, или рассчитывается всоответствии с разделом 5 (см. также таблицу Ж.1 в приложенииЖ).

3.4.3 Корректированная величина виброскорости вычисляетсяпо формуле

-

Величины вычисляются в разделах 6.1 или 6.2 настоящегоСвода правил.

3.4.4 Эквивалентное корректированное значение виброскоростивычисляют по формуле

-

.

Здесь Tr - время оценки вибрационного воздействия;

Тej - частичное время воздействия вибрации, соответствующеереализации j-го режима движения поездов;

-

- максимальное корректированное значение виброскорости,характеризующее интенсивность вибрации за время Тej.


21

Значения величин времени воздействия вибрации определяютсясогласно предполагаемому графику движения поездов на линииметрополитена.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВГРУНТА ПРИ РАСЧЕТАХВИБРАЦИИ В ПОМЕЩЕНИЯХЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХЗДАНИЙ ОТ ДВИЖЕНИЯПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

4.1 Общие положения4.1.1 За критерий вибрации принимаются абсолютные

максимальные и эквивалентные величины vmax, veq в октавныхдиапазонах (со среднегеометрическими частотами 16, 31,5 и 63Гц), м/с2, а также корректированные максимальные иэквивалентные величины. Допускается также пользоватьсясоответствующими перечисленным величинам v уровнямивиброскорости, определяемыми соотношением:

L = 20lg (v / v0), дБ, (4.1)

где v0 - пороговая величина виброскорости, равная 5 × 10-8 м/с.Величина виброскорости v определяется в соответствии с разделом3.

4.1.2 Для стандартизации излагаемой в настоящем Сводеправил методики определения физико-механических параметровгрунта в дальнейшем рассматриваются эквивалентные величинывиброскорости в октавных диапазонах 16, 31,5 и 63 Гц.

4.1.3 При использовании положений раздела 3 в расчетахамплитуд виброскорости на поверхности грунта требуется заданиеследующих параметров грунтовых условий:


22

·типа стратификации (число слоев);

·плотности грунта в каждом слое r;

· скоростей продольных и поперечных упругих волн сl и ct вкаждом слое;

· коэффициента затухания b в каждом слое.

4.1.4 При анализе распространения вибрации в грунте оттоннелей метрополитена расчеты следует проводить внормируемых октавных диапазонах со среднегеометрическимичастотами 16, 31,5 и 63 Гц, так как именно в этих октавах придвижении поездов метрополитена наблюдаются наибольшиепревышения значений вибрации в зданиях над нормативнымивеличинами.

4.2 Оценка упругих динамических,массовых и диссипативных параметровгрунта

4.2.1 В соответствии с разделом 3 (3.1.6, в) при расчетах величинвибрации на поверхности грунта требуется определениеследующих параметров грунтовых условий в заданном районе:

· стратификации - число слоев и толщину каждого слоя (далеепринимается общее число слоев 1 £ Nc £ 3 с существенноотличающимися свойствами);

· плотности грунта в каждом слое r;

· скоростей продольных и поперечных упругих волн сl и сt вкаждом слое;

· коэффициента затухания b в каждом слое.

Максимальное число слоев 3 выбрано с учетом многочисленныхрасчетов, проделанных в реальных городских условиях. Этогочисла достаточно для достижения требуемом точности оценоквеличин виброскорости в 2 - 3 дБ.

Если динамические и диссипативные свойства двух соседнихслоев отличаются соответственно менее чем в 1,5 и 2 раза, данные


23

слои объединяются в один с общей суммарной толщиной h = h1+ h2 и средними скоростями распространения упругих волн икоэффициента затухания:

-

-

(4.2)

Здесь 1, 2 - номер слоя, индексы l и t соответствуют продольными поперечным волнам. При этом необходимо рассматривать лишьверхнюю часть грунта до глубины

H = hобд + 5, м, (4.3)

здесь hобд - расстояние от поверхности грунта до основанияобделки тоннеля.

4.2.2 При определении структуры верхней части грунта напредварительном этапе анализа геологической ситуациинеобходимо руководствоваться имеющейся геологическойинформацией: схемами разрезов вдоль трассы и т.п. Используязначения, представленные в приложении А и правило объединенияслоев с близкими свойствами из п. 4.2.1, строим начальную одно-, двух- или трехслойную модель грунта. При этом толщины слоевзадаются окончательно, а их динамические и диссипативныепараметры требуют дальнейшего уточнения.

4.2.3 Если предварительная информация о геологическомстроении грунта отсутствует, необходимо решать полную обратнуюзадачу с неизвестным числом слоев, их толщинами,динамическими и диссипативными свойствами.

4.2.4 Вследствие того, что в городских условиях плотностьгрунта меняется незначительно (1600 - 2000 кг/м3), этимизменением в пределах приемлемой точности расчетов можнопренебречь и считать ее постоянной r = 1800 кг/м3.


24

4.2.5 Коэффициент Пуассона для грунта в городских условияхменяется в пределах от 0,1 до 0,45. Несмотря на это, опыт расчетовпоказывает, что конкретная величина данного коэффициентаоказывает незначительное влияние на величину виброскорости.В силу этого в пределах приемлемой точности расчетов можносчитать его постоянным и равным его среднему значению v = 0,4.

4.2.6 Чтобы учесть зависимость определяемых параметров отчастоты, а также, принимая во внимание 4.1.4, расчеты следуетпроводить в октавных диапазонах со среднегеометрическимичастотами 16, 31,5 и 63 Гц.

4.2.7 Решение обратной задачи оценки параметров грунтапроизводится методом подбора их конкретных величин сподстановкой в расчетную схему, изложенную в разделе 3 исравнением рассчитанных значений с набором измеренныхвеличин на разных расстояниях от источника вибрации. При этомпоступать надо следующим образом. В качестве начальногоприближения берутся нижние значения скорости продольных волни минимальные величины коэффициента затухания (см.приложение А) для соответствующего грунта. Задаются такжемаксимальные значения тех же параметров для соответствующеготипа грунта (из той же таблицы). С учетом принятого постоянногозначения коэффициента Пуассона, скорость поперечных волн вгрунте находится по формуле

-

(4.4)

Подставляя значения для скоростей продольных и поперечныхволн и коэффициента затухания в каждом слое в расчетную схему,описанную в разделе 3.4, находим величины виброскорости в техже точках, в которых производились измерения. Если получаемаяневязка не превосходит точности измерений (обычно это 2 - 3 дБ),тогда задача оценки параметров считается решенной.

Если при первой прогонке требуемой точности достичь неудается, необходимо варьировать начальные значения дляопределяющих параметров (рисунок 4.1). Вначале следуетизменять коэффициент затухания, на каждом следующем шагеитерации определяем его как


25

b = bmin + iDb, i = l, 2, 3 (4.5)

с шагом

Db = (bmах - bmin) / 3. (4.6)

Здесь bmах и bmin - соответственно максимальное и минимальноезначение коэффициента затухания для данного типа грунта (см.приложение А).

Если при некотором значении коэффициента затухания удаетсядостичь удовлетворительного соответствия экспериментальнымданным, то задача считается решенной. В противном случаеварьируем скорость продольных волн для каждого слоя грунта.При этом каждое следующее i-е значение скорости выбираетсяследующим образом:

-

, i = 1, 2, 3, ... (4.7)

Коэффициент d выбирается в зависимости от величиныотношения сmax / сmin из таблицы 4.1.

Т а б л и ц а 4.1 - Выбор коэффициента d из выражения (4.7)

сmax / сmin d

£ 3

-

£ 6

-


26

сmax / сmin d

> 6

-

Здесь cmin и cmax - минимальная и максимальная скоростипродольных волн для данного типа грунта (см. приложение А).

Таким образом, в зависимости от значения сmax / сmin имеем3, 4 или 5 итераций по скорости продольных волн. Скоростьпоперечных волн при каждой итерации вычисляется по формуле(4.4) настоящего СП с постоянным коэффициентом Пуассона. Принеобходимости на каждой итерации варьируется коэффициентзатухания.

Если на некотором шаге достигается требуемая точность, задачаоценки параметров считается решенной.

4.2.8 Если исходные данные по геологическому строению грунтав рассматриваемом районе отсутствуют, тогда из исходных данныхисключается информация о стратификации, при этомдополнительными неизвестными параметрами являются числослоев (от 1 до 3) и толщина каждого слоя (общее числодополнительных параметров от 1 до 4). Анализ ведется, начинаяс простейшей однослойной модели, если при этом требуемаяточность не достигается, осуществляется переход к двух- итрехслойным стратификациям. Выбор толщины каждого слояосуществляется из учета характера поведения поля вибрации,полученного в эксперименте, на малом и большом расстоянии отисточника.

Начальными значениями для скорости продольных волнвыбирается величина с = 100 м/с, а для коэффициента затухания b= 0,05.

4.2.9 В случае наличия предварительной информации огеологическом строении верхней части грунта дополнительнымиисходными данными (параметрами) являются:


27

· тип стратификации, т.е. число слоев в верхней части грунтадо глубины, определяемой выражением (4.3) с учетом 4.2.1настоящего Свода правил;

·толщина каждого слоя;

·минимальная и максимальная величина скорости продольныхволн для каждого слоя (приложение А);

·минимальная и максимальная величина коэффициентазатухания продольных волн для каждого слоя (приложение А).

4.3 Получение исходнойэкспериментальной информации приопределении параметров грунта

4.3.1 Средства измерений вибрации должны соответствоватьтребованиям ГОСТ 12.4.012 и иметь действующее свидетельство оповерке.

4.3.2. Для измерения корректированного значениявиброскорости следует применять средства измерений,обеспечивающие частотную коррекцию в вертикальном игоризонтальном направлениях для общей вибрации по ГОСТ12.1.012.

4.3.3. Для выполнения частотного анализа следует применятьаппаратуру, удовлетворяющую требованиям ГОСТ 17168.Рекомендуемый перечень современных цифровых анализаторовприведен в приложении Д.

4.3.4 Допускается предварительная запись сигнала наизмерительный магнитофон с последующей обработкойзаписанной информации.

4.3.5 Использование последовательности расчета 4.2.1 - 4.2.9(см. рисунок 4.1) настоящего СП основано на результатахизмерений величин вибрации на разных расстояниях отстандартного источника на участке, на котором впоследствиипредполагается прогнозирование вибрации от действующей,строящейся или проектируемой линии метрополитена. Общаяметодика получения экспериментальной информации должнавключать следующие компоненты:


28





· описание аппаратуры, используемой в процессе измерений;

·описание процедуры измерений;

·описание способа представления полученных результатов;

·описание процедуры обработки результатов.

4.3.6 Стандартизованный источник вибрации на поверхностигрунта должен удовлетворять следующим требованиям:

· в качестве источника используется стандартный взрывпакетмощностью 50 - 100 г тротилового эквивалента (далее - источник);

·источник помещается в скважине на глубину, соответствующуюглубине закладки тоннеля метрополитена;

·в месте расположения источника скважина не должна иметьчугунной или железобетонной обсадной трубы;

· в случае, если проведение измерения без обсадной трубыневозможно, допускается использовать последнюю,предварительно определив ее акустический коэффициентпередачи (снижение амплитуды вибрации на внешней поверхноститрубы, контактирующей с грунтом);

·в плане место закладки источника должно быть удалено неболее чем на 10 м от оси тоннеля.


29

Рисунок 4.1 - Блок-схема реализации алгоритма определениядинамических параметров грунта. «Да» и «Нет» означают

соответственно выполнение и невыполнение условий совпадениярасчетных и измеренных данных

4.3.7 Натурные измерения величин виброскорости (рисунок 4.2)должны удовлетворять следующим требованиям:

· измеряемыми величинами являются абсолютныеэквивалентные значения вертикальных и горизонтальныхкомпонент виброскорости;


30

·измерение величин вертикальных и горизонтальных компонентвиброскорости производится на поверхности грунта в 5 точках сшагом 10 м, удаленных от источника на расстояние от 0 до 40 м (поповерхности грунта) в перпендикулярном к линии метрополитенанаправлении в сторону имеющейся жилой или административнойзастройки, при этом первую точку необходимо располагать надосью тоннеля по одну сторону от скважины, а остальные - подругую на расстояниях 10, 20, 30, 40 м от оси скважины;

· измерения проводятся в нормируемых октавных диапазонах сосреднегеометрическими частотами 16, 31,5 и 63 Гц.

4.3.8 Рекомендуется результаты измерений подвергатьстатистической обработке с вычислением средних значенийвиброскорости vср в октавных полосах частот по формуле

-

При этом среднеквадратические уклонения виброскорости воктавных полосах частот вычисляются по формуле

-

Достаточность числа проведенных измерений п проверяетсяисходя из условия обеспечения относительного доверительногоинтервала е = ± 0,4 среднего значения виброскорости в октавныхполосах частот при доверительной вероятности 0,95.

Доверительный интервал вычислялся по формуле

-


31

где п - число измерений;

s - значения среднеквадратических уклонений виброскорости воктавных полосах частот;

tn - коэффициент Стьюдента.

4.3.9 После получения экспериментального массива данных (внашем случае состоящего из наборов абсолютных эквивалентныхвеличин вертикальных и горизонтальных проекций виброскоростив 5 точках на поверхности грунта) применяется процедура,изложенная в разделе 4.2. В результате ее выполнениякорректируется предварительная модель строения верхней частигрунта или в случае ее отсутствия строится новая.

4.4 Ограничения методики определениядинамических параметров грунта

4.4.1 Настоящий Свод правил позволяет определитьдинамические и диссипативные параметры вертикальностратифицированного грунта при расчетах величин вибрации отдвижения поездов метрополитена согласно разделу 3.

ОО¢ - ось тоннеля (действующего или строящегося); AS -скважина, в которую помещается источник S, глубина источника


32

должна равняться расстоянию от оси тоннеля до поверхностигрунта; 1 - 5 - точки измерений, расстояние от скважины до

ближайших точек измерения (1 и 2) не должно превышать 10 м;аz, ax - измеряемые величины (вертикальная и горизонтальная

проекции виброскорости)

Рисунок 4.2 - Схема проведения измерений (разрез)

4.4.2 В случае если свойства грунта меняются вдоль оси тоннеляметрополитена, допускается использование данного Свода правил,если горизонтальный пространственный масштаб измененийпараметров превышает величину 40 м. При этом необходимонезависимое проведение измерений на поперечных разрезах сшагом вдоль линии метрополитена, равным данномупространственному масштабу изменений.

4.4.3 В случае если изменения основных определяющихпараметров грунта в поперечном направлении превышают 50 %,допускается использование данного Свода правил с определениеми дальнейшим использованием при расчетах усредненных вдольэтого направления характеристик.

5 ВИБРОИЗОЛЯЦИЯВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИМЕТРОПОЛИТЕНА

5.1 Общие положения5.1.1 Порядок оценки вибрации от движения поездов

метрополитена необходимо проводить в соответствии с разделом 3настоящего Свода правил.

При оценке эффективности разрабатываемого мероприятия поснижению избыточных величин вибрации необходимо учитыватьоктавные диапазоны частот 16, 31,5, 63 Гц, а при контролеструктурного шума - диапазон 63 Гц. Последнее связано стребованиями санитарных норм и особенностями спектравозбуждаемой поездами метрополитена вибрации.


33

5.1.2 В качестве нормируемых параметров вибрации всоответствии с положениями СНиП 32-02 принимаютсямаксимальные и эквивалентные значения виброскорости vmax иveq, м/с, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами16, 31,5 и 63 Гц, наиболее характерных для метрополитена, атакже корректированные максимальные и эквивалентныевеличины.

Для удобства оценки величины превышения вибрации, а такжеопределения эффективности виброзащитного мероприятия будутиспользоваться также уровни виброскорости, определяемые поформуле (4.1).

5.1.3 При проектировании виброзащитных мероприятийверхнего строения пути на линиях, расположенных в пределахселитебной зоны, а также в помещениях станций метрополитенатребуется выполнение условий (3.1). На станции метрополитенаусловие (3.1) проверяется в 1 м от края платформы.

5.1.4 В случае, когда расчетные значения виброскорости вжилом здании или помещении (платформе) станции превышаютнормативные значения и после применения предлагаемоготехнического решения виброизолирующей конструкции верхнегостроения пути (достигаемая эффективность меньше требуемой),рекомендуется предусматривать дополнительные виброзащитныемероприятия и устройства, которые подразделяются на следующиетипы:

·устройства, уменьшающие динамические нагрузки привзаимодействии колесной пары с верхним строением пути;

· виброзащитные конструкции обделок тоннелейметрополитенов;

· экранирующие конструкции в грунте;

· амортизирующие элементы в конструкции зданий.

Выбор дополнительных средств защиты от вибрации иструктурного шума проводится с учетом их эффективности иэкономической целесообразности с использованием положенийраздела 3, а также таблицы, приведенной в приложении Ж.


34


5.1.5 Необходимость разработки виброзащитной конструкцииверхнего строения пути устанавливается в результате выполненияследующей предварительной процедуры.

5.1.5.1 Оцениваются величины вибрации в помещениях станции(на платформе) и ожидаемые значения вибрации поверхностигрунта в соответствии с разделом 3.

5.1.5.2 Проверяется условие (3.1) и в случае его невыполнениядля величин виброскорости в октавных частотных диапазонах (16,31,5, 63 Гц) подбираются виброзащитные мероприятия всоответствии с настоящим Сводом правил.

5.1.6 Динамические характеристики грунтов, необходимые длярасчета уровней вибрации и подбора параметров виброзащитнойконструкции, определяются в процессе геологических изысканийили в соответствии с разделом 4 настоящего Свода правил наоснове прямых акустических измерений на месте.

5.2 Расчет конструкции виброизоляцииверхнего строения пути дляметрополитена

5.2.1 Одним из наиболее эффективных средств борьбы свибрацией, возбуждаемой движением поездов метрополитена,является виброизоляция верхнего строения железнодорожногополотна эластичными резиновыми прокладками иамортизаторами. При этом смещается собственная частотаколебаний обделки в сторону более низких частот и уменьшаетсяамплитуда вибрации во всем диапазоне частот, за исключениемновой собственной частоты.

Однако, чтобы получить требуемый эффект необходимтщательный учет механических параметров при моделированиивибрации в получаемой механической системе. При некорректномприменении виброзащитных мероприятий [1], [2] можно неполучить необходимого снижения уровней или получитьотрицательный эффект.

На рисунках 5.1, 5.2 приводится общая компоновка различныхвариантов исполнения виброизолирующей конструкции верхнегостроения пути.


35

1 - балластное корыто, 2 - рельс, 3 - шпала, 4 - щебеночнаяпостель, 5 - трехслойный резиновый мат, 6 - обделка тоннеля

Рисунок 5.1 - Система виброизоляции эластичными матами подконструкцией верхнего строения пути

а - амортизаторами под конструкцией верхнего строения пути; б -амортизаторами под лежнями

1 - балластное корыто; 2 - рельс; 3 - шпала; 4 - щебеночнаяпостель; 5 - амортизатор; 6 - обделка тоннеля; 7 - лежень; 8 -

стальные связи

Рисунок 5.2 - Система виброизоляции


36

При этом, как видно из рисунков, возможна реализацияконструкции из сплошных эластичных матов (рисунок 5.1) и изотдельных элементов (амортизаторов) (рисунок 5.2). Во второмслучае возможно размещение виброизолирующих элементов подбалластным слоем (в дальнейшем вариант 1) и под несущимиэлементами рельсового пути (шпалами, лежнями - вариант 2). Посути оба типа конструкции (из сплошных и дискретных элементов)эквивалентны, в силу чего требуется выдерживать усредненныехарактеристики конструкции (упругость, масса, коэффициентдиссипации, приведенные к длине вагона). Далее будутрассматриваться два варианта реализации с виброизолирующимиэлементами под балластным слоем (вариант 1) и амортизаторамипод лежнями (вариант 2), общие схемы конструкций показаны нарисунках 5.1, 5.2.

5.2.2 Общая схема и физическая модель системы «поезд втоннеле с виброизоляторами в верхнем строении пути»представлена на рисунке 5.3.

Параметры, входящие в модель, имеют следующий смысл:

m1 - масса вагона с пассажирами без учета тележки и колесныхпар;

т2 - масса двух тележек;

т3 - масса колесных пар + масса верхнего строения пути:корыта, щебня, рельсов (вариант 1) или масса лежней и рельсов(вариант 2) на длине вагона;

m4 - масса обделки + масса грунта на длине вагона (+ массабалластного слоя для варианта 2);

k1 и b1 - жесткость и коэффициент демпфирования центральногоподвешивания;

k2 и b2 - жесткость и коэффициент демпфирования буксовогоподвешивания;

k3 и b3 - жесткость и коэффициент демпфированияамортизаторов на длине вагона;

k4 и b4 - жесткость и коэффициент демпфирования грунта иобделки на длине вагона.


37

5.2.3 Величина жесткости k4 и коэффициент затухания b4рассчитываются по известным характеристикам обделки и грунта.В данном случае имеем: присоединенная масса грунта икоэффициент упругости реакции окружающего грунта задаютсяформулами (см. [3]):

тг = 4prгR2L;

-

Здесь s - коэффициент Пуассона;

rг - плотность грунта;

R - радиус обделки;

L - длина вагона.

В результате следует принимать

k4 = 109 Н/м; b4 = 2 × 105 Н×с/м.


38

а - механическая схема; б - физическая модель системы

Рисунок 5.3 - Взаимодействующие вязкоупругие элементы всистеме «вагон - виброизоляционная конструкция верхнего

строения пути»

5.2.4 В расчетах для подвижного состава и обделки выбираютсяследующие значения определяющих параметров:

m1 = 50 т;

т2 = 9,9 т;


39

m3 = 55 т (вариант 1) и 13 т (вариант 2);

m4 = 50 - 150 т (вариант 1);

m4 = 100 - 200 т (вариант 2);

k1 = 5,45 × 106 Н/м;

k2 = 1,36 × 107 Н/м;

Im k1 = 0,05k1;

Im k2 = 0,05k2;

Im k3 = 0,05k2.

5.2.5 Общая жесткость амортизаторов рассчитывается поформуле

-

Здесь Е - модуль Юнга резины (для оценок можно использоватьвеличину 5 × 106 Н/м2);

S и h - площадь и высота упругого элемента амортизатора;

п - число амортизаторов на вагон.

5.2.6 Чтобы рассчитать число амортизаторов п на погонныйметр используется выражение

v = п / l,

где l - длина вагона по сцепке, принимаемая для вагонов 81-717,81-714: l = 19210 мм, для вагона Е: l = 19166 мм, для вагона 81-740:l = 28150 мм.

Оценка эффективности проводится в нормируемых октавныхдиапазонах с центральными частотами 16, 31,5, 63 Гц, а такжев диапазоне с центральной частотой 63 Гц, нормируемого дляструктурного шума.


40

При этом эффективность подсчитывается по формуле

-

(5.1)

где vвзм - амплитуда виброскорости с установленными в верхнемстроении пути амортизаторами;

v - амплитуда виброскорости без использования виброзащитныхмероприятий.

5.2.7 Для оценки эффективности виброзащитной конструкцииверхнего строения пути по вариантам 1 и 2 используются графикина рисунках 5.4 - 5.11, полученные расчетным путем дляразличных типов грунта.

5.2.8 Выбор надлежащих характеристик амортизаторовпроводится с учетом результатов, представленных на рисунках 5.4- 5.11, а также требования положительной эффективности внаиболее критичных для метрополитена диапазонах (16, 31,5, 63Гц).

5.2.9 Суммарная жесткость амортизаторов должнаобеспечивать удовлетворение требований на вертикальнуюпросадку пути и боковое смещение. При этом предполагается, чтомаксимально допустимые вертикальные и горизонтальныесмещения пути должны составлять величину от 4 до 6 мм (см.[4]). Зависимость статической просадки состава от приведенной кдлине вагона суммарной жесткости амортизаторов приведена нарисунке 5.12.


41

Рисунок 5.4 - Зависимость эффективности виброзащитнойконструкции (вариант 1) от жесткости амортизаторов,

приведенной к длине вагона, для случая мягких грунтов соскоростью продольных волн 300 - 600 м/с

Здесь и в дальнейшем обозначения величин по оси абсциссдаются в стандартной нотации для ЭВМ, например, 3,60Е + 08 =3,6 × 108


42


приведенной к длине вагона, для случая грунтов со скоростьюпродольных волн 600 - 1200 м/с


43




44


приведенной к длине вагона, для случая грунтов со скоростьюпродольных волн более 2000 м/с


45




46




47




48


приведенной к длине вагона, для случая грунтов со скоростьюпродольных волн более 2000 м/с


49

Рисунок 5.12 - Зависимость статической вертикальной просадкиверхнего строения пути s от жесткости виброзащитной

конструкции k

5.3 Дополнительные мероприятия вверхнем строении пути по снижениювозбуждаемой вибрации

5.3.1 Установка под щебеночную постель шероховатоготрехслойного резинового мата толщиной 3 см приводит куменьшению уровней вибрации, начиная с частотного диапазона63 Гц (таблица 5.1). Аналогичный эффект достигается при укладкепод щебеночную постель минераловолокнистых плит толщиной 10см.

5.3.2 Использование вместо балластного корыта с щебеночнойзасыпкой сплошной плиты толщиной 40 см ведет к повышениюэффективности виброизолирующей конструкции. Значениясоответствующей дополнительной эффективности приводятся втаблице 5.2.

Т а б л и ц а 5.1 - Эффективность шероховатого трехслойногорезинового мата толщиной 3 см, устанавливаемого подщебеночную постель

Октава сосреднегеометрической

частотой, ГцЭффективность, дБ

16 -2

31,5 0

63 4

125 7


50


частотой, ГцЭффективность, дБ

250 10

500 15

Т а б л и ц а 5.2 - Эффективность шероховатого трехслойногорезинового мата толщиной 3 см, устанавливаемого подсплошную плиту толщиной 40 см


частотой, ГцДополнительная эффективность

DLэфф, дБ

16 -7

31,5 5

63 11

125 4

250 15

500 22

6 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИОЦЕНКИ ВИБРАЦИИ ВПОМЕЩЕНИЯХ ЖИЛЫХ И


51

ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙОТ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ВМЕТРОПОЛИТЕНАХ

6.1 Общие положения6.1.1 Вибрация, создаваемая в помещениях жилых и

общественных зданий от движения поездов в метрополитенах,носит непостоянный прерывистый характер с выраженнымпреобладанием сигнала в полосе частот 22,5 - 90 Гц и повторяетсяс периодом, определяемым графиком движения поездов.

6.1.2 Измеряемыми параметрами вибрации в соответствии снастоящим Сводом правил являются:

корректированное среднее квадратическое значениевиброскорости

-

, м/с;

средние квадратические значения виброскорости v, м/с, воктавных полосах со среднегеометрическими частотами 16 Гц,31,5 Гц и 63 Гц.

Весовые коэффициенты коррекции для вертикального игоризонтального направлений принимаются по ГОСТ 12.1.012 дляслучая общей вибрации.

6.1.3 Контролю вибрации от движения поездов вметрополитенах должно предшествовать определение влиянияфоновой вибрации. Если сигнал, регистрируемый припрохождении поезда, не выделяется над уровнем фона, оценкувибрации от движения поездов в соответствии с настоящим Сводомправил выполнить нельзя (см. 6.4.1.6).

6.1.4 Оценку вибрации проводят посредством сопоставлениярезультатов измерений с допустимыми значениями максимальныхи эквивалентных корректированных виброскоростей,


52


максимальных и эквивалентных виброскоростей в октавныхполосах со среднегеометрическими частотами 16 Гц, 31,5 Гц и 63Гц по СНиП 32-02.

6.1.5 Оценку вибрации от движения поездов в метрополитенахв помещениях жилых зданий необходимо проводить для ночноговремени. Определяющим в этом случае является максимальноезначение виброскорости. Измерения вибрации допускаетсяпроводить в дневное время с учетом требований 6.1.3.

Для дневного времени вибрация оценивается только впомещениях общественных зданий, в жилых зданиях - в случаеособой необходимости. При этом измерения вибрации проводятся,как правило, в периоды наиболее интенсивного движения поездов.

6.2 Средства измерений6.2.1 Средства измерений вибрации должны соответствовать

требованиям ГОСТ 12.4.012 и иметь действующее свидетельство оповерке.

6.2.2 Для измерения корректированного значениявиброскорости следует применять средства измерений,обеспечивающие частотную коррекцию в вертикальном игоризонтальном направлениях для общей вибрации по ГОСТ12.1.012.

6.2.3 Для выполнения частотного анализа следует применятьаппаратуру, удовлетворяющую требованиям ГОСТ 17168.Рекомендуемый перечень современных цифровых анализаторовприведен в приложении Д.

Допускается предварительная запись сигнала на измерительныймагнитофон с последующей обработкой записанной информации.

6.3 Условия и правила проведенияизмерений

6.3.1 Измерение вибрации следует проводить в трех точках наполу помещения, удаленных друг от друга и от стен на расстояниене менее 1,5 м, при этом одна точка должна располагаться вцентре перекрытия. Верхнее покрытие пола (пластик, линолеум,


53






паркет и др.) должно плотно прилегать к несущей конструкции вточке измерения.

6.3.2 В каждой точке измерение вибрации осуществляется потрем взаимно перпендикулярным направлениям: вертикальному(ось Z - перпендикулярно полу) и двум горизонтальным (ось X -перпендикулярно, ось Y - параллельно трассе метрополитена).

6.3.3 Вибропреобразователь должен быть прикреплен спомощью резьбового соединения к поверхности промежуточнойплатформы по ГОСТ 12.1.012 или стального диска по МР 2957-84[6]. Для ориентации однокомпонентных преобразователей вразных направлениях допускается применять кубик из легкогосплава по ГОСТ 12.1.012.

6.3.4 Для уменьшения кабельного эффекта присоединяемый квибропреобразователю кабель должен быть эластично прикрепленк неподвижным точкам через промежутки не более 1,5 м.

6.3.5 При проведении измерений на приборе должна бытьустановлена динамическая характеристика «медленно» (t = 1 с).

6.3.6 Измерения следует выполнять в периоды времени,характеризующиеся одним режимом движения поездов.

П р и м е р - Период наиболее интенсивного движения поездов полиниям Московского метрополитена: с 7 ч до 9 ч или с 16 ч до 19 чднем и с 6 ч до 7 ч ночью (таблица И.1).

П р и м е ч а н и е - Режим движения поездов, в котором проводятизмерения, обозначают далее через l. Это обозначение используютв качестве верхнего индекса для соответствующих этому режимувеличин виброскорости.

Допускается проведение измерений в периоды времени,соответствующие различным режимам движения поездов и, принеобходимости, - во всех предписываемых графиком режимахдвижения поездов в дневное или ночное время.

6.3.7 Время измерения Тт должно быть достаточным длярегистрации непрерывной выборки, включающей не менее 10событий прохождения поезда. Время измерения разбивается нацелое число N элементарных интервалов (тактов)продолжительностью 30 с (Тт = 30 ´ N c = 0,5N мин.).


54



За каждый 30-секундный такт регистрируется максимальноеизмеренное корректированное значение виброскорости

-

, i = 1, 2, ..., N и, при необходимости, максимальные измеренныезначения виброскорости в октавных полосах частот

-

, i = 1, 2, ..., N; k = 1, 2, 3.

6.3.8 До и после проведения измерений следует выполнятькалибровку средств измерений в соответствии с инструкциями поих эксплуатации. Если результаты калибровки различаются болеечем в 1,4 раза (3 дБ), измерения вибрации следует повторить.

6.4 Обработка результатов измерений6.4.1 Обработка результатов измерений корректированных

значений

6.4.1.1 По результатам измерений определяют наибольшеемаксимальное корректированное значение виброскорости

-

за время измерения по формуле

-

, i = 1, 2, ..., N, (6.1)

где

-

- максимальное измеренное корректированное значениевиброскорости для i-го такта;


55

N - число 30-секундных тактов за время измерения.

6.4.1.2 Выделяют точку измерения и направление, для которых

-

имеет наибольшее значение. Дальнейшую обработку и оценкувибрации (а также измерение спектральных характеристик)выполняют только для выбранных точки и направления измерения.

6.4.1.3 Значение

-

принимают в качестве максимального корректированногозначения виброскорости за время оценки вибрационноговоздействия, которое сравнивают с нормативными значениями поСНиП 32-02.

6.4.1.4 Рассчитывают среднее квадратическоекорректированное значение виброскорости за время измерения поформуле

-

(6.2)

где

-

и N - те же величины, что в формуле (6.1).

6.4.1.5 Рассчитывают среднее квадратическоекорректированное значение виброскорости

-

, соответствующее времени отсутствия поездов за времяизмерения, по формуле


56


-

(6.3)

где

-

и N - те же величины, что в формуле (6.1);

п - число событий прохождения поезда за время измерения Тт;штрих у знака суммы означает, что учитываются лишь те значения

-

, которые были зарегистрированы в интервалы, когдапрохождение поезда отсутствовало.

6.4.1.6 Рассчитывают эквивалентное корректированноезначение виброскорости

-

за время оценки (16 ч днем, 8 ч ночью) по формуле

-

, (6.4)

где Bl = 1 для дневного времени оценки, Вl = 0,8 для ночноговремени оценки; значение постоянной Сl определяется взависимости от графика движения поездов и режима движения l, вкотором проводятся измерения, по приложению И.

Допускается вычисление эквивалентного корректированногозначения по формуле (6.2) при условии определения средних


57

квадратических корректированных значений виброскорости

-

за время измерения по 6.4.1.4 для всех предписанных графикомрежимов движения поездов в дневное и ночное время суток.

6.4.2 Обработка результатов измерений спектральных значенийвиброскорости.

При необходимости выполнения спектрального анализа (см.6.5.2) обработку результатов измерений проводят по 6.4.1.1 -6.4.1.6 с заменой корректированных величин на величины

-

,

-

,

-

,

-

,

-

, обозначающие соответствующие значения виброскорости воктавных полосах со среднегеометрическими частотами 16 Гц (k =1), 31,5 Гц (k = 2) и 63 Гц (k = 3).

6.5 Оценка вибрационного воздействия6.5.1 Сначала оценку проводят по корректированным

значениям виброскорости:


58

- при £ / 2,1 и £ / 2,1 требования санитарныхнорм выполнены;

- при

-

>

-

или

-

> требования санитарных норм не выполнены.

Значения

-

и

-

принимают по таблице 3.1 СНиП 32-02.

6.5.2 Если /2,l < £ или

-

/ 2,1 <

-

£

-

, вывод о соответствии или несоответствии вибрациитребованиям санитарных норм делают по результатам оценки


59


значений

-

и veq в октавных полосах со среднегеометрическими частотами16 Гц, 31,5 Гц и 63 Гц:

- при £ vдоп и veqk £ veq,доп, k = 1, 2, 3 требованиясанитарных норм выполнены;

- при

-

> vдоп и veqk > veq,доп в какой-либо из трех октавных полостребования санитарных норм не выполнены.

Значения vдоп и veq,доп принимают по таблице 3.1 СНиП 32-02.

6.6 Представление результатовРезультаты измерений оформляют протоколом, который должен

содержать следующие сведения:

- организация, проводившая измерения;

- линия метрополитена, поезда которой являются источникамиоцениваемой вибрации;

- место проведения измерений (здание, этаж, квартира);

- дата и время проведения измерений;

- средства измерений (прибор, тип, заводской номер, сведения огосповерке);

- план помещения с нанесением точек измерения;

- результаты измерений корректированных виброскоростей(осциллограмма, если снималась, время измерения Тт, число N30-секундных тактов, таблица максимальных измеренныхкорректированных значений виброскорости


60


-

, номер точки и направление, в котором зарегистрировананаибольшая вибрация);

- время оценки (день, ночь);

- результаты обработки максимальных измеренныхкорректированных значений виброскорости (

-

,

-

,

-

,

-

);

- результаты оценки по корректированным значениямвиброскорости;

- при необходимости, результаты измерений, обработки и оценкизначений виброскорости (

-

,

-

,

-


61

,

-

, ) в октавных полосах частот;

- заключение по результатам оценки;

- подписи лиц, проводивших измерения и оценку вибрационноговоздействия.

ПРИЛОЖЕНИЕ А(рекомендуемое)

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕСВОЙСТВА ГРУНТОВТ а б л и ц а А.1 - Значения упругих, массовых и диссипативныхпараметров различных грунтов (ВСН 211-91) [5]

ПлотностьСкорость

распространенияпродольных

упругих волн

Скоростьраспространения

поперечныхупругих волнНаименование

грунта

кг/м3 м/с м/с

Коэффициентпоглощения

Насыпной грунт,уплотненный состепеньювлажности G < 0,5

1600 300 100 0,1

Песок крупный исредней крупности

1700 500 150 0,1


62







грунта



со степеньювлажности G < 0,8

Суглиноктугопластичный иплотно-пластичный

1700 600 250 0,15

Глина твердая иполутвердая

1700 1500 350 0,15

Лесс, лессовидныйсуглинок припоказателепросадочности П =0,17

1500 400 150 0,15 - 0,2

Грунт приотносительномсодержаниирастительныхостатков q > 0,6,торф

1000 200 80 0,2

Илы супесчаные,глинистые

1500 -1800

1100 300 0,2

Водонасыщенныйгрунт ниже уровнягрунтовых вод пристепени влажностиG > 0,9

2000 1750 250 0,1


63






грунта



Насыпные рыхлыепески, супеси,суглинки и другиеневодонасыщенныегрунты

1400 -1700

100 - 300 70 - 150 0,1 - 0,2

Гравелисто-песчаные

1600 -1900

200 - 500 100 - 250 0,1

Песчаныемаловлажные

1400 -1700

150 - 900 130 - 500 0,05 - 0,1

То же, среднейвлажности

1600 -1900

250 - 1300 160 - 600 0,05 - 0,1

То же,водонасыщенные

1700 -2200

300 - 1600 200 - 800 0,05 - 0,1

Супеси 1600 -2000

300 - 1200 120 - 600 0,1 - 0,15

Суглинки 1600 -2100

300 - 1400 140 - 700 0,15 - 0,2

Глинистыевлажные,пластичные

1700 -2200

500 - 2800 130 - 200 0,2

То же, плотные,полутвердые

1900 -2600

2000 - 3500 1100 - 2000 0,15


64






грунта



Лесс и лессовидныегрунты

1300 -1600

380 - 400 130 - 140 0,15

ПОЛУСКАЛЬНЫЕ И СКАЛЬНЫЕ ПОРОДЫ

Мергель 1800 -2600

1400 - 3500 800 - 2000 0,05 - 0,1

Песчаник рыхлый 1800 -2200

1500 - 2500 800 - 1700 0,1

То же, плотный 2000 -2600

2000 - 4300 1100 - 2500 0,05 - 0,1

То же,сильновыветренный

1700 -2200

1000 - 3000 600 - 1800 0,1

Известняк прочный 2000 -3000

3000 - 6500 1500 - 3700 0,05

Глинистые сланцы 2000 -2800

2000 - 5000 1200 - 3000 0,05 - 0,1

Изверженные иметаморфическиепороды (гранит,гнейс, базальт,диабаз и пр.)трещиноватые

2400 -3000

3000 - 5000 1700 - 3000 0,05 - 0,1


65






грунта



То же,нетрещиноватые

2700 -3300

4000 - 6500 2700 - 4300 0,03 - 0,05

ПРИЛОЖЕНИЕ Б(рекомендуемое)

РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЙВИБРОСКОРОСТИ НАПОВЕРХНОСТИ ГРУНТАВБЛИЗИ ПЕРЕГОННЫХТОННЕЛЕЙ

Определение величин вибрации поверхности грунта проводитсяв соответствии с разделами 4, 6 настоящего Свода правил.

Необходимо задать следующие исходные данные:

· величины виброскорости лотковой части обделки тоннеля,определяемые в октавных полосах (таблица 3.2) илинепосредственно с учетом 4.3 настоящего Свода правил;

· параметры грунта;

· параметры обделки, включая геометрическую форму иразмеры, массовые и упругие характеристики материала обделки;


66

· данные о глубине заложения тоннеля и расстояние от оситоннеля до контрольной точки.

Пример расчета

Определить амплитуды виброскорости на поверхности грунта,возбуждаемого движением поездов метрополитена в тоннеле сглубиной заложения 12 м от основания лотка до поверхности.Строение пути - типовое (деревянные шпалы, утопленные в бетон).Конструкция обделки тоннеля - цельносекционнаяжелезобетонная (приложение Г настоящего Свода правил, рисунокГ.2). Геологическая обстановка - суглинок тугопластичный сплотностью 1700 кг/м3, скоростями распространения продольныхи поперечных волн соответственно 600 и 250 м/с и декрементомзатухания во всем нормируемом диапазоне частот 0,1.

Зависимости максимальных величин вибрации в октавныхдиапазонах 16, 31,5 и 63 Гц от расстояния до стены тоннеля (вплане) приводятся соответственно на рисунках Б.1 - Б.3. Всерасчеты производятся для максимальных значений виброскорости.

На тех же рисунках приводятся для сравнения нормативныезначения виброскорости для жилых зданий в ночное время суток.

Переход к эквивалентным значениям производится по формуле,представленной в 6.4 настоящего Свода правил с учетом реальногорежима движения поездов на рассматриваемой линииметрополитена.

Расчет дает следующие результаты:

Удаление 10 м 16 Гц - 1,4 × 10-5 м/с, превышение составляет 2дБ;

31,5 Гц - 1,2 × 10-4 м/с, превышение составляет 21дБ;

63 Гц - 6,4 × 10-5 м/с, превышение составляет 15 дБ.

Корректированная величина - 3,5 × 10-5 м/с, превышениесоставляет 9 дБ.

Удаление 20 м 16 Гц - 7,3 × 10-6 м/с, превышение отсутствует;


67

31,5 Гц - 4,9 × 10-5 м/с, превышение составляет 13дБ;

63 Гц - 1,7 × 10-5 м/с, превышение составляет 4 дБ.

Корректированная величина - 1,3 × 10-5 м/с, превышениесоставляет 2 дБ.

Для снижения величин вибрации в частотных октавныхдиапазонах 16, 31,5 и 63 Гц могут быть использованы плитыжесткости в основании и перекрытии тоннеля в комбинации состеной в грунте, прилегающей к стене обделки со сторонырасчетных точек. Задаем толщину плит и стены в грунте, равную40 см. Расчет максимальных корректированных величинвиброскорости приводит к следующим результатам:

Удаление 10 м

Корректированная величина - 1,1 × 10-5 м/с, превышениеотсутствует.

Удаление 20 м

Корректированная величина - 4,0 × 10-6 м/с, превышениеотсутствует.


68

1 - вертикальная составляющая; 2 - горизонтальнаясоставляющая; 3 - нормативное значение

Рисунок Б.1 - Зависимость максимальной величинывертикальной и горизонтальной составляющих виброскорости v от

расстояния до тоннеля l в октавном диапазоне 16 Гц


Рисунок Б.2 - Зависимость максимальной величины вертикальнойи горизонтальной составляющих виброскорости v от расстояния

до тоннеля l в октавном диапазоне 31,5 Гц


69


Рисунок Б.3 - Зависимость максимальной величины вертикальнойи горизонтальной составляющих виброскорости v от расстояния

до тоннеля l в октавном диапазоне 63 Гц

ПРИЛОЖЕНИЕ В(справочное)

ЭФФЕКТИВНОСТЬНЕКОТОРЫХВИБРОЗАЩИТНЫХУСТРОЙСТВ


70

Т а б л и ц а В.1. - Значения эффективности некоторыхвиброзащитных устройств

Эффективность DLэфф виброзащитногоустройства (дБ) в октавахТип

виброзащитногоустройства

16 Гц и 31,5 Гц 63 Гц

Устройства врельсовыхскреплениях

3 5

Балластное корытона амортизаторах

8 13

Железобетонныерамы,опирающиеся наамортизаторы

9 13

Подшпальныеамортизирующиепрокладки

~ 0 8

Железобетонныележни

~ 0 13

Плиты жесткости

Толщина, м

Воснованиитоннеля

Восновании

иперекрытии

тоннеля

Воснованиитоннеля

Восновании

иперекрытии

тоннеля

0,2 3 5 2 4

0,4 5 7 4 7


71

Эффективность DLэфф виброзащитногоустройства (дБ) в октавахТип

виброзащитногоустройства

16 Гц и 31,5 Гц 63 Гц

0,6 6 10 6 9

0,8 7 12 7 11

Представленные в таблице В.1 значения эффективности DLэффвычисляются по формуле

-

, здесь v и vвзм - амплитуда виброскорости без учетаи с учетом виброзащитного мероприятия в октавной полосе сосреднегеометрической частотой 16, 31,5 или 63 Гц.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г(справочное)

КОНСТРУКЦИИТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК,ЛОТКА И ВЕРХНЕГОСТРОЕНИЯ ПУТИ


72

Перегонный тоннель:

а) из сборных ж/б блоков б) цельносекционный

в) из сборных ж/б блоков г) с чугуннойобделкой


73

д) сдвоенный перегонный тоннель из сборных ж/б блоков

Рис. Г.1 - Конструкции тоннельных обделок

Перегонный тоннель с чугунной обделкой


74

Перегонный тоннель с железобетонной обделкой

Рисунок Г.2 - Конструкции лотка и верхнего строения пути

ПРИЛОЖЕНИЕ Д(рекомендуемое)

АППАРАТУРА,РЕКОМЕНДУЕМАЯ ДЛЯ


75

ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙИ ВЫПОЛНЕНИЯЧАСТОТНОГО АНАЛИЗА

В измерительном тракте в качестве вибродатчиковрекомендуется использовать акселерометры типа АР-98 фирмы«Глобал-Тест» (Россия), типа D3143M1 фирмы «DitranInstruments», типа 4332 фирмы «Bruel & Kjaer» (Дания) или типа353В33 фирмы «Larson-Davis» (США).

Для выполнения частотного анализа рекомендуется применениецифровых анализаторов фирм «Svantek» (Польша) - типы SVAN912AE, SVAN 946, SVAN 947, «Октава+» (Россия) - тип Октава 101В,«Bruel & Kjaer» (Дания) - тип 2260, «Hewlett Packard» (США) - типHP 3569A, «Larson-Davis» (США) - тип D2800 (2900).

ПРИЛОЖЕНИЕ Е(рекомендуемое)

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ГРУНТА

Для определения коэффициента поглощения вибрации в грунтебыли проведены измерения виброскорости, возбуждаемой припроведении десяти слабых стандартизованных взрывов. Измерениявеличин вибраций проводились в соответствии с требованиямиГОСТ 12.1.012. Использовалась аппаратура «Bruel & Kjaer» (Дания)и «Larson-Davis» (США).

В измерительном тракте в качестве вибродатчиковиспользовались акселерометры типа 4332 фирмы «Bruel & Kjaer»и типа 353В33 фирмы «Larson-Davis». Данные акселерометрыявляются прецизионными пьезокерамическими


76


преобразователями с широким частотным (до 30000 Гц) идинамическим (более 120 дБ) диапазонами. Акселерометры серии353В33 используют встроенную электронику для согласованиясигнала. Согласование служит для преобразованиявысокоимпедансного зарядового сигнала с пьезокристалла внизкоимпедансный сигнал напряжения с импедансом менее 100Ом. Такой низкоимпедансный сигнал может передаваться пообычным кабелям на большие расстояния практически безослабления.

Сигнал от вибродатчиков регистрировался на четырехканальноммагнитофоне типа 7005 фирмы «Bruel & Kjaer». Частотнаяхарактеристика магнитофона позволяет производить запись ивоспроизведение сигналов без частотных искажений от 0,1 до10000 Гц.

В качестве согласующих устройств использовались усилителианализатора типа 2900 фирмы «Larson-Davis» и усилителирегистрирующего магнитофона.

Перед проведением измерений и после каждой серии измеренийвсе измерительные тракты калибровались при помощикалибратора типа 4294 фирмы «Bruel & Kjaer».

При измерениях на поверхности грунта для крепления датчиковиспользовались металлические плиты диаметром 500 мм итолщиной 10 мм.

Вибрация в грунте возбуждалась взрывным воздействием настенки и дно шахты глубиной Н = 21,75 м и диаметром 8 м. Шахтапредставляла собой цилиндр, стены которого смонтированы изчугунных тюбингов. В зоне измерений структура грунтаследующая: верхний слой глины толщиной 6 м, далее песок.

На поверхности грунта измерялись вертикальные игоризонтальные среднегеометричные значения виброскорости нарасстояниях от стены шахты l = 0, 10, 20, 30, 40 м.

Сигналы записывались на четыре канала магнитофона ианализировались в лабораторных условиях спектроанализаторомтипа 2900 фирмы «Larson-Davis». Результаты приведены втаблицах Е.1 и Е.2.

Т а б л и ц а Е.1 - Вертикальная компонента виброскорости


77

Амплитуды виброскорости (мм/с)

Расстояние от ствола шахты (м)Октавные полосы со

среднегеометрическимичастотами (Гц)

0 10 20 30 40

16 0,149 0,149 0,149 0,080 0,050

31,5 0,152 0,142 0,076 0,041 0,023

63 0,142 0,129 0,068 0,035 0,019

Т а б л и ц а Е.2 - Горизонтальная компонента виброскорости

Амплитуды виброскорости (мм/с)

Расстояние от ствола шахты (м)Октавные полосы со

среднегеометрическимичастотами (Гц)

0 10 20 30 40

16 0,169 0,169 0,169 0,149 0,030

31,5 0,172 0,172 0,152 0,066 0,027

63 0,169 0,134 0,149 0,066 0,021

В данном случае имеется предварительная информация остратификации верхней части грунта. Поэтому в качествеисходных параметров для расчета берутся величины, указанные втаблице Е.3 (см. приложение А).

Т а б л и ц а Е.3 - Исходные значения параметров


78

№ слоя Тип грунта Толщинаслоя, м

сmin,м/с

сmax,м/с bmin bmax

1 Глинистый 6 50 2800 0,1 0,4

2 Песчаный сухой 20 150 900 0,05 0,1

Кроме приведенных параметров, учитывая 4.2.4, 4.2.5, 4.2.7настоящего СП, задаются постоянная для всех слоев плотность r =1800 кг/м3 и скорость поперечных упругих волн, вычисляемая длякаждого слоя с помощью формулы

-

и постоянного коэффициента Пуассона v = 0,4.

Параметры грунта в соответствии с экспериментальнымиданными оцениваются для двух частот: 16 и 63 Гц. Критериемправильного определения параметров грунта для имеющихся двухслоев является минимум функции невязки

-

Здесь - значения экспериментальной кривой зависимостиамплитуды вибрации в точках измерения хi;

-

- результат расчета по методике раздела 3 в тех же точкаххi;


79

величины тj - определяемые параметры (индексы при с и bотвечают двум слоям):

m1 = с1; m2 = b1;

m3 = с2; m4 = b2.

Результат оценки параметров приводится в таблице Е.4.

Т а б л и ц а Е.4 - Результат определения физико-механическихпараметров грунта

Скорость продольных волн с,м/с Коэффициент затухания b

Номерслоя

16 Гц 31,5 Гц 63 Гц 16 Гц 31,5 Гц 63 Гц

1 800 900 1000 0,2 0,15 0,1

2 600 700 800 0,15 0,1 0,06

Сопоставление расчетных (при найденных значенияхпараметров) и экспериментальных данных (уровней Lвертикальных проекций виброскорости v) для октавных полос 16,31,5 и 63 Гц приведены на рисунке Е.1. Уровни рассчитывались поформуле (4.1).


80


81

¨ - экспериментальные значения, ■ - расчетные значения

Рисунок Е.1 - Измеренные и рассчитанные значениявиброскорости

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж(рекомендуемое)

СВОДКА ОБОБЩЕННЫХХАРАКТЕРИСТИКВИБРОЗАЩИТНЫХУСТРОЙСТВ

В настоящем приложении представлены основныевиброзащитные устройства, применяемые в перегонных тоннеляхметрополитена. Для каждого устройства приводится оценкаэффективности. При этом эффективность подсчитывалась поформуле (4.1). В зависимости от конструкции тоннеля ихарактеристик окружающего грунта приведенная оценка можетменяться в пределах ± 2 дБ.

В сводной таблице Ж.1 представлены конструкции для обделкипрямоугольного типа. Аналогичные результаты получаются и длядругих конструкций: круглой и прямоугольной сдвоенной.

Т а б л и ц а Ж.1 - Эффективность виброзащитных устройств

Поперечный профиль пути на перегоне без применениявиброзащитных мероприятий f = 16

Гц

DL ~ 0

f =31,5 Гц

DL ~ 0


82

1 - путевой бетон; 2 - шпала; 3 - обделка

f = 63Гц

DL ~ 0

Упругая прокладка под рельс

1 - прокладка резиновая; 2 - подкладка стальная; 3 -прокладка гомбелит или фанера клееная, резина; 4 -

деревянная шпала

f = 16Гц

DL ~ 0

f =31,5

Гц DL~ 0

f = 63Гц

DL ~ 0

Конструкция балластного корыта на амортизаторах

1 - балластное корыто; 2 - упругая подвеска-амортизатор;3 - шпала

f = 16Гц

DL ~ 0- 7 дБ

f =31,5 Гц

DL ~ 7- 12 дБ

f = 63Гц


83

DL ~15 - 20дБ

Упругая прокладка под шпалу

1 - прокладка резиновая; 2 - шпала деревянная; 3 -прокладка боковая; 4 - прокладка регулировочная

f = 16Гц

f =31,5 Гц

DL ~ 0дБ

f = 63Гц

DL ~ 5дБ

Упругий мат под бетонным основанием пути

1 - обделка; 2 - рельс и шпала; 3 - путевой бетон; 4 -виброизолирующий мат; 5 - герметик; 6 - балластное

корыто

f = 16Гц

DL ~ 0- 3 дБ

f =31,5 Гц

DL ~ 7- 10 дБ

f = 63Гц

DL ~15 - 20дБ

ПРИЛОЖЕНИЕ З


84

(рекомендуемое)

ПРИМЕР ПОДБОРАПАРАМЕТРОВВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЙКОНСТРУКЦИИ ВЕРХНЕГОСТРОЕНИЯ ПУТИ

Исходные данные

Пусть на участке линии метрополитена имеется типоваяконструкция тоннельной обделки прямоугольного очертания сглубиной заложения 10 м (от оси тоннеля до поверхности грунта).Грунтовые условия определяются типичными для Москвывлажными песчаными грунтами со скоростью продольных ипоперечных упругих волн соответственно 900 и 170 м/с,плотностью 1800 кг/м3 и декрементом затухания 0,1. Величинывозбуждаемых на поверхности грунта уровней вибрацийопределяются согласно разделу 3 и представлены на рисунке З.1:а - 31,5 Гц; б - 63 Гц. Этим частотным диапазонам соответствуютпредельно допустимые санитарными нормами значения в жилыхпомещениях для ночного времени 57 дБ.

Предполагается, что требуется выполнение санитарных норм нарасстоянии 10 м от оси тоннеля. На рисунке З.1 приведенысоответствующие расчетные значения ожидаемой вибрации (67,3и 70,2 дБ на 10 м от оси тоннеля). Таким образом требуетсяснижение уровней возбуждаемой вибрации в диапазонах 31,5 и63 Гц соответственно на 10,2 и 13,2 дБ. Для предварительногоподбора типа виброизолирующей конструкции верхнего строениянеобходимо обратиться к таблице Ж.1 настоящего Свода правил.Требуемую эффективность обеспечивают конструкции верхнегостроения пути типа амортизаторов или упругого мата подбалластным корытом или амортизаторов под лежневыми блоками.Упругие характеристики соответствующих конструкцийподбираются с использованием рисунков 5.4 - 5.11. Дляконкретных значений параметров грунта имеем следующиевеличины требуемых коэффициентов упругости: для упругихэлементов, расположенных под балластным корытом, k = 2,8 × 108


85

Н/м и под лежневыми блоками - k = 1,0 × 108 Н/м в расчете надлину вагона.

Далее проверяется требование удовлетворения условий настатическую просадку системы под нагрузкой подвижного состава.Для этого используется рисунок 5.12. Имеем для жесткости k = 2,8× 108 Н/м просадку s < 3 мм и для k = 1,0 × 108 Н/м s = 5 мм, что вобоих случаях удовлетворяет техническим требованиям (s < 6 мм)[4].

В заключение проверяются прогнозируемые уровнивиброскорости (с учетом вибропонижающего мероприятия) насоответствие санитарным нормам. В рассматриваемом случаеимеем для 31,5 Гц величину L = 61,3 - 10,2 = 51,1 дБ (оба вариантаконструкций) и для 63 Гц L = 58,1 - 25 = 33,1 дБ - амортизаторыпод балластным корытом и L = 58,1 - 23 = 35,1 дБ - под лежневымиблоками. Во всех случаях санитарные нормы, приводимые втаблице 3.1, будут выполняться.

Выбор конкретного конструктивного решения (сплошныеупругие маты или набор амортизаторов) под балластным корытомили лежневыми блоками осуществляется из имеющихсятехнических или/и экономических возможностей.

П р и м е ч а н и е - В случае если ни одно из приведенных решенийне обеспечивает требуемой виброизоляции, применяютсядополнительные мероприятия, приведенные в разделе 5.3(таблицы 5.1 и 5.2) настоящего Свода правил, а такжемероприятия, реализуемые в грунте между источником (тоннелемметрополитена) и нормируемой точкой на поверхности грунта,приводимые в разделе 3.


86

a - f = 31,5 Гц; б - f = 63 Гц

Рисунок З.1 - Зависимость величины возбуждаемой вибрации отрасстояния до оси тоннеля (в плане)


87

ПРИЛОЖЕНИЕ И(обязательное)

ОПРЕДЕЛЕНИЕПОСТОЯННОЙ С

И.1 При условии выбора одинакового числа событийпрохождения поездов за время измерения в различные режимыдвижения и предположении, что фон существенно ниже сигнала,регистрируемого от поезда, и его можно не учитывать приопределении среднего квадратического корректированного илиспектрального значения виброскорости за время измерения,значения

-

для различных режимов движения связаны с определеннымпо 6.4.1.4 (6.4.2) средним квадратическим корректированным(спектральным) значением виброскорости за время измерения

-

, соответствующим режиму l (в котором выполненыизмерения), выражением

-

, , k = 1, 2, 3, (И.1)

где tj и tl - интервалы движения поездов в j-м режиме и режиме l, вкотором выполнены измерения, мин.

И.2 Значения постоянной Сl, связывающей эквивалентноекорректированное (спектральное) значение виброскорости завремя оценки со средним квадратическим корректированным(спектральным) значением виброскорости за время измерения,


88

определенным для режима, в котором выполнены измерения,вычисляют по формуле

-

, (И.2)

где Тr - время оценки вибрационного воздействия: 16 ч днем, 8 чночью;

Тj - частичное время воздействия вибрации, соответствующеереализации j-го режима движения поездов.

П р и м е р - Представленная службой движения информация очисле поездов, задействованных на линиях Московскогометрополитена в различное время суток, приведена в таблице И.1.

В таблице И.2 приведены вычисленные по данным таблицы И.1интервалы движения поездов в различное время суток. Можновыделить от 5 до 8 режимов движения поездов в дневное времяи от 3 до 5 режимов движения поездов в ночное время,характеризующихся одинаковыми интервалами tj.

Значения постоянной Сl, вычисленные из формулы (И.2) дляслучая выполнения измерений в режиме наиболее интенсивногодвижения поездов (таблица И.2), приведены в таблице И.3.

Т а б л и ц а И.1 - График движения поездов по линиямМосковского метрополитена

Время Сокольническая линия Замоскворецкая линия Каховская-Каширская линия Арбатско-Покровская линия Филевская линия

Дни/Часы Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница

5 - 6 8 7 7 8 13 13 11 13 4 3 3 4 7 6 6 6 8 6 4 8


89



6 - 7 21 11 11 21 29 27 20 29 14 12 10 14 20 18 16 21 18 13 11 18

7 - 1 34 22 22 34 31 30 21 38 14 15 12 14 36 24 16 36 32 17 12 32

8 - 9 36 24 24 36 39 30 24 39 16 15 12 16 36 27 16 36 32 17 15 32

9 - 10 25 24 24 25 21 21 25 21 14 12 12 14 23 24 18 23 17 16 15 17

10 -11

25 25 25 25 24 21 26 24 12 12 12 12 22 24 18 22 15 16 15 15

12 -13

27 26 26 27 24 21 26 24 12 12 12 12 22 24 18 22 15 16 15 15

13 -14

27 27 27 27 25 21 26 25 12 12 12 12 22 24 18 22 15 16 15 17

14 -15

27 27 27 28 30 27 26 30 15 12 12 15 22 24 18 22 17 16 15 23

15 -16

30 27 27 36. 34 27 26 34 15 12 12 15 22 24 18 30 23 16 15 26

16 -17

32 27 27 36 36 27 26 36 17 12 12 17 30 24 18 36 26 16 15 32

17 -18

36 27 27 32 40 27 26 40 20 12 12 20 36 24 18 34 32 17 15 32


90



18 -19

36 21 25 30 40 27 25 40 20 12 12 20 36 24 18 26 32 17 15 25

19 -20

26 21 21 21 31 27 25 38 18 12 12 18 27 24 18 22 25 17 15 11

20 -21

24 19 19 24 34 24 23 34 15 12 12 15 20 19 15 17 18 15 15 14

21 -22

19 15 15 17 24 22 21 24 12 10 10 12 19 17 15 15 14 12 14 13

22 -23

14 13 13 12 22 18 19 22 10 10 10 10 13 14 14 15 13 11 13 13

23 -24

10 11 11 8 18 16 14 18 8 6 6 8 12 14 13 12 12 11 12 12

24 -01

7 8 8 6 12 10 10 12 6 6 6 6 12 14 14 13 11 11 11 11

01 -02

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Окончание таблицы И.1


91

Время Кольцевая линия Калужско-Рижская линия Таганско-Краснопресненская линия Калининская линия Серпуховско-Тимирязевская линия Люблинская линия

Дни/Часы Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница

5 - 6 9 8 9 9 14 10 8 14 9 6 6 9 6 5 5 6 8 7 6 7 5 4 3 5

6 - 7 21 28 16 21 31 25 17 31 28 18 14 28 20 13 13 20 23 13 9 23 15 15 10 15

7 - 1 34 28 20 34 38 27 19 38 39 26 18 39 34 19 19 34 38 20 11 38 20 17 15 20

1 - 9 34 26 24 34 38 26 22 38 40 25 20 40 34 20 20 34 38 20 12 38 20 17 15 20

9 - 10 25 24 24 24 30 26 23 30 25 25 21 25 20 18 18 20 22 17 15 22 15 17 13 15

10 -11

22 24 24 22 25 26 24 25 20 24 22 20 20 17 17 20 20 17 15 20 12 17 15 12

11 -12

22 26 24 22 25 26 24 25 20 24 22 20 20 17 17 20 20 17 15 20 12 17 15 12

12 -13

22 26 24 22 25 26 24 25 20 24 22 20 20 17 17 20 20 17 15 20 12 17 15 12

13 -14

22 26 24 22 25 26 24 25 20 24 22 24 20 17 17 20 20 17 15 20 12 17 15 12

14 -15

22 26 24 23 25 26 24 30 24 24 22 27 20 17 17 26 20 17 15 22 12 17 15 15

15 -16

23 26 24 28 30 26 24 36 28 24 22 36 24 17 17 34 22 17 15 30 15 17 15 18


92

Время Кольцевая линия Калужско-Рижская линия Таганско-Краснопресненская линия Калининская линия Серпуховско-Тимирязевская линия Люблинская линия

Дни/Часы Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница Рабочие Субботние Воскресные Пятница

16 -17

28 26 24 33 35 26 24 38 38 24 22 39 26 17 17 34 30 17 15 38 18 17 15 20

17 -18

33 26 24 35 38 25 24 38 39 24 22 37 34 17 17 28 38 17 15 38 20 17 15 20

18 -19

35 26 24 25 38 25 25 32 35 24 22 30 34 16 16 24 38 17 16 25 20 17 15 18

19 -20

25 22 23 20 30 24 26 30 25 20 22 26 22 15 15 17 23 15 17 22 18 15 15 15

20 -21

19 22 22 20 24 21 23 21 20 18 21 21 17 15 15 15 17 15 15 17 15 15 15 15

21 -22

17 20 20 17 19 18 22 16 16 16 21 16 14 10 10 13 14 12 12 14 12 15 15 12

22 -23

14 18 16 15 15 14 18 15 14 13 14 13 10 9 9 10 9 10 10 10 8 8 10 8

23 -24

14 16 14 14 12 13 14 13 10 10 13 10 8 9 9 7 8 7 8 8 7 7 7 7

24 -01

14 14 14 13 9 10 10 10 9 9 9 9 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 6 7

01 -02

3 3 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 I 1 1

Т а б л и ц а И.2 - Интервалы tj движения поездов в одномнаправлении в рабочие дни на линиях Московского


93

метрополитена по утвержденному графику в соответствии стаблицей И.1

tj, мин, на линииЧасысуток

Сокольнической Замоскворецкой Каховско-Каширской

Арбатско-Покровской Филевской Кольцевой Калужско-

РижскойТаганско-

Краснопресненской Калининской Серпуховско-Тимирязевской Люблинской

5 - 6 7,5 4,5 1,5 8,5 7,5 6,5 4,5 4,5 10,0 7,5 12,0

6 - 7 3,0 2,0 4,5 3,0 3,5 3,0 2,0 2,0 3,0 2,5 4,0

7 - 8 2,0 1,5 4,5 1,5 2,0 2,0 1,5 1,5 2,0 1,5 3,0

8 - 9 1,5 1,5 4,0 1,5 2,0 2,0 1,5 1,5 2,0 1,5 3,0

9 - 10 2,5 2,0 4,5 2,5 3,5 2,5 2,0 2,5 3,0 2,5 4,0

10 -11

2,5 2,5 5,0 2,5 4,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 5,0

11 -12

2,0 2,5 5,0 2,5 4,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 5,0

12 -13

2,0 2,5 5,0 2,5 4,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 5,0

13 -14

2,0 2,5 5,0 2,5 4,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 5,0

14 -15

2,0 2,0 4,0 2,5 3,5 2,5 2,5 2,5 3,0 3,0 5,0


94






15 -16

2,0 2,0 4,0 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,5 2,5 4,0

16 -17

2,0 1,5 3,5 2,0 2,5 2,0 1,5 1,5 2,5 2,0 3,5

17 -18

1,5 1,5 3,0 1,5 2,0 2,0 1,5 1,5 2,0 1,5 3,0

18 -19

1,5 1,5 3,0 1,5 2,0 1,5 1,5 1,5 2,0 1,5 3,0

19 -20

2,5 1,5 3,5 2,0 2,5 2,5 2,0 2,5 2,5 2,5 3,5

20 -21

2,5 2,0 4,0 3,0 3,5 3,0 2,5 3,0 3,5 3,5 4,0

21 -22

3,0 2,5 5,0 4,0 4,5 3,5 3,0 4,0 4,5 4,5 5,0

22 -23

4,5 2,5 6,0 4,5 4,5 4,5 4,0 4,5 6,0 6,5 7,5

23 -24

6,0 3,5 7,5 5,0 5,0 4,5 5,0 6,0 7,5 7,5 8,5

24 -01

8,5 5,0 10,0 5,0 5,0 4,5 6,5 6,5 10,0 10,0 8,5


95






01 -02

8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 4,5 8,5 7,0 7,0 7,0 8,5

Т а б л и ц а И.3 - Значения постоянной Сl для линийМосковского метрополитена при выполнении измерений врежиме наиболее интенсивного движения поездов

Значение Сl для линииВремяоценки





День(с 7 до23 ч)

0,85 0,90 0,85 0,80 0,80 0,80 0,85 0,80 0,85 0,80 0,85

Ночь(с 23до 7 ч)

0,55 0,55 0,60 0,60 0,65 0,60 0,55 0,50 0,55 0,50 0,60

ПРИЛОЖЕНИЕ К(справочное)

БИБЛИОГРАФИЯ[1] Справочник по технической акустике / Под

ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. - Л.:Судостроение, 1980, 437 с.


96

[2] Совершенствование конструкциижелезнодорожного пути метрополитенов. ТрудыВНИИЖТа. Выпуск 630. - М.: Транспорт, 1981.

[3] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теорияупругости. - М.: Наука, 1987.

[4] Разработка рекомендаций повиброизолирующей конструкции верхнегостроения пути для Московского метрополитена.Научно-технический отчет. МОО «Тоннельнаяассоциация», 1998.

[5] ВСН 211-91 Прогнозирование уровней вибрации грунтаот движения метропоездов и расчетвиброзащитных устройств. Минтрансстрой.

[6] МР 2957-84 Методические рекомендации по измерениюи гигиенической оценке вибрации в жилыхпомещениях. Минздрав СССР. - М., 1984.

Ключевые слова: уровень вибрации, физико-механическиесвойства грунта, виброизоляция верхнего строения путиметрополитена, снижение возбуждаемой вибрации, методыизмерения и оценки вибрации в помещениях от движения поездовв метрополитенах


97


Оценка вибрации при проектировании...

Documents

Transcript of Оценка вибрации при проектировании...