[摘要]随着科学技术的飞速发展，各类精密科学仪器对于环境振动的要求也愈发严格，而高速铁路列车作为现代生活中一种常见的交通工具，其对周边场地的环境振动具有较大影响。以位于城际高铁附近的某精密仪器建筑拟建场地为例，研究高铁对建筑场地环境振动的影响。通过在距离高铁不同位置处布置测点，得到现场实测数据并对高铁在不同距离处引起的环境振动进行分析，通过分析结果对该场地中高铁引起的环境振动随距离的衰减特性进行分析，根据精密仪器建筑场地对环境振动的要求对该拟建场地进行了评价，并提出了建筑场地对于高铁的退让距离。
[关键词]高速铁路;精密仪器;环境振动;衰减特性
0引言
随着我国科学技术的飞速发展，大量高科技设备的建设也得到大力推动。许多高科技设备在工作时对振动非常敏感，因此对于工作环境中的振动要求也极其严格，许多精密的光学仪器对竖向振动位移的控制标准均达到微米级[1]，而微电子等更加精密的设备对于环境振动有更严格的要求。高速铁路列车作为现代生活中常见的交通工具，其运行会对周边场地的环境振动产生较大影响[2-3]，是精密仪器建筑选址时的重要考虑因素之一。
本文以某精密仪器拟建场地为例，根据现场实测结果进行分析，研究了城际高铁对场地环境振动的影响，根据精密仪器的环境振动要求对场地进行评价，提出了场地对于高铁的退让距离，对精密仪器建筑选址具有指导意义。
1工程概况
由于精密仪器对环境振动非常敏感，根据设备工艺对微振动的控制要求，场地环境振动的位移均方根在1-100Hz内积分位移不大于200nm。
场地周围有高速铁路、高速公路、城市道路和工业园区等振源，地形涵盖部分水域和山地，拟建场地距离高铁最近，环境振动受高铁的影响最明显，因此本文主要考虑高铁对拟图1场地平面示意图建场地环境振动的影响，场地平面示意图如图1所示。场地内地层自上而下依次为人工填土层、第四系全新坡洪基层，下伏基岩为侏罗系下统金鸡组砂岩。第四系底层埋深及厚度变化较大，基岩风化不均匀，为不均匀地基。
城际高铁运行时速约为300km/h，距离场地约10km处有一高铁站，在该站停靠的列车经过该场地时处于减速状态。
2测试方案
分别将测点1～5布置在距离高铁110m、135m、160m、220m、300m处，如图2所示。测试时间共30h，其中包括安静时段(0:00-5:00)9h，嘈杂时段(5:00-24:00)21h。振动采集设备采用江苏东华测试技术股份有限公司DH5983采集仪及配套数据采集软件，传感器采用JF0924磁电式速度传感器，采样频率为500Hz。
3.2实测数据分析
由于该项目工程仪器对场地垂直方向的环境振动更加敏感，因此本文主要对场地垂向振动进行分析。图3为测点1典型10min的位移时程数据，可以看出高铁经过时对场地垂直方向的振动有明显影响，并且从振动幅度明显增加到减弱至正常水平历时约为10s，因此本文样本分析时长取10s。
图4为场地不同时段典型10s垂直方向的功率谱密度，
可以看出嘈杂时段的功率谱密度略大于安静时段，整体差别不明显。高铁经过时段的功率谱密度明显高于其他时段，其中增大最明显的频率范围集中在4～40Hz，精密仪器的自振频率应尽可能避开该频率范围，同时也应避开建筑固有频率，或进行相应的减隔振处理，以免产生共振效应。
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对各测点不同时段分别取20个同一时间样本的位移均方根，其平均值见表1。可以看出嘈杂时段与安静时段的场地振动与场地高铁间距没有明显关系，嘈杂时段各测点环境振动的位移均方根平均值为16.1nm，安静时段约为13.1nm，嘈杂时段与安静时段相比平均高3nm。高铁通过时各测点环境振动的位移均方根均有明显增加，最大增加十倍以上，距离高铁110m的测点1，在高铁通过时环境振动的位移均方根达到241nm。高铁通过时的环境振动随着与高铁水平距离的增加呈减小趋势。测点3～5处场地在高铁经过时环境振动的位移均方根满足该项目精密仪器200nm的要求。
4振动衰减特性
根据高铁列车通过时各测点的振动位移均方根，可以对高铁造成的场地振动的衰减特性进行分析。由于该场地除了高铁外还存在其他振源，因此需要将统计列车通过时各测点的振动位移均方根减去该时段非高铁造成的位移均方根，得到由高铁引起的场地振动，在此基础上分析场地振动的衰减特性。本文统计了测试时段内共74次高铁通过时各测点的振动测试数据，以测点1为基准点，计算出各数据点的衰减系数如图5所示。由于此处通过的高铁可能于附近站点停靠，因此通过时的速度不同，散点数据的离散性较强。
5结论
(1)某精密仪器建筑场地嘈杂时段与安静时段环境振动的位移均方根分别为16.1nm和13.1nm，在高铁经过时环境振动会出现明显增加，从功率谱密度可以看出高铁造成的环境振动主要集中在4～40Hz，精密仪器的自振频率应尽可能避开上述频率和建筑固有频率，或进行相应的减隔振处理，以免产生共振效应。
(2)高铁引起的振动会随水平距离的增加而减小，与高铁相距110m时高铁经过时的垂向环境振动的位移均方根约为241nm，与高铁相距300m处环境振动的位移均方根降低至55.4nm。由高铁造成的振动随水平距离的衰减近似符合Rayleigh波在土体中的衰减规律，由于场地地基不均匀所以实测结果具有较强的离散性。
(3)根据高铁引起的环境振动随水平距离的衰减曲线，当建筑场地与高铁相距133m时环境振动约为200nm，但由于场地为不均匀地基，实测结果具有较强的离散性，因此建议精密仪器建筑对于高铁的退让距离为150m。
(4)本次环境振动的实测分析是在建筑施工前进行的，当精密仪器建筑及周边配套建筑建成并投入使用后环境振动将会有所增加，为保证精密仪器的正常运行，应严格按设计要求进行施工，并在设备基础完工后再次进行测试，确保设备平台符合其振动控制标准。——论文作者：王沁平
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