摘要：当前城市快速发展，城市轨道交通建设越来越多，由此引起的环境振动问题也备受关注，尤其对有精密仪器的办公厂房或实验室。以上海市浦东新区计量质量检测所(惠南分部)为背景，在实验室内布置振动传感器，通过测试工作日轨道交通运行、道路车辆运行和轨道交通停运时不同情况下的振动响应，分析和评估不同交通工况下的环境振动对实验室内精密仪器正常工作的影响，以便采取必要的减震措施确保精密仪器能正常工作。
关键词：振动;精密仪器;测试;轨道交通;道路车辆;振动响应
近年来随着城市轨道交通及高铁的迅速发展，列车运行对环境产生噪声及振动的影响逐渐成为人们关注的焦点[1]。截至目前，上海轨道交通运营线路共16条，共设车站422座，运营里程约700km。轨道交通不可避免地会经过各类实验室区域，包括室内有精密仪器、对环境振动有要求的办公厂房或者实验室，轨道交通在带来便利的同时，其运行引起的环境振动，会导致仪器测量数据准确率降低，甚至影响仪器设备正常工作。因此，轨道交通及车辆运行引起的环境振动已经成为影响实验室仪器准确测量及控制精度的主要因素之一。通过对浦东新区计量质量检测所某实验室的环境振动进行测试，分析和评价不同工况下的环境振动响应，为检测所采取合理的减振措施提供数据支持。
1精密仪器对环境振动的要求
精密仪器因内部构造灵敏，在工作时极易受外界环境干扰。为确保测量数据准确、可靠，精密仪器实验室对周边环境提出较高的要求，主要表现在洁净度、温度、湿度和防震4个方面。其中，环境振动可能会影响精密仪器正常工作。如电子显微镜，像差是用光阑控制孔径角加以限制，光阑直径为几百至几十微米不等，定位精度要求为几微米，任何微小的震动经显微镜放大几万、几十万倍后都会导致图像波动[2]。电子显微镜使用的环境振动要求不影响其测试精度，一般采用频域范围内1/3倍频程的容许振动加速度或速度均方根值表示[3]。符合容许振动值的，才能确保环境振动不影响仪器的正常工作;反之，超过容许振动值的，就会对仪器正常工作造成影响。因此，放置精密仪器的实验室对环境的振动有很高的要求。
2现场测试及分析
2.1项目概况
上海市浦东新区计量质量检测所(惠南分部)位于浦东新区惠南镇。人民西路主道北临该所约50m，主要运行小轿车和公交车，人民西路上方为上海轨道交通L16(双线高架)，设计列车运行速度120km/h，A型车6节编组，行车间隔时间5~15min(高峰期3min)。
浦东新区计量质量检测所有部分实验室临近轨道交通线路，实验室内部分精密仪器对环境振动有一定要求。为了解轨道交通运行引起的振动对该所精密仪器正常工作的影响，通过对检测所某实验室的环境振动进行测试分析，比较在工作日，轨道交通运行、道路车辆运行和轨道交通停运时不同情况下的振动响应，为检测所采取合理的减振措施提供数据支持。
2.2测点布置
浦东新区计量质量检测所某实验室位于检测所一楼西边，东西向长度为15.5m，南北向长度为17.7m，实验室外墙距人民西路辅道35m，距轨道交通L1650m。实验室位置示意见图1。
相关期刊推荐：《中国市政工程》(双月刊)创刊于1976年，由上海市城市建设设计研究院主办。本刊主要报道市政工程建设方面的科学研究、设计、施工、材料等方面的实践成果和理论探讨,重点突出市政工程领域的新技术、新工艺等最新科研成果。我们竭诚欢迎从事市政工程及其相关行业的广大科技人员踊跃投稿。
在该实验室内选择3个区域进行振动测试。每个区域测试内容包括垂直向和水平向(分别为南北向和东西向)振动加速度和速度，共布置18个测点。测点布置汇总见表1，布置示意图见图2。其中1号测区距轨道交通线约51m;2号测区距轨道交通线约58m;3号测区距轨道交通线约67m。
2.3测试工况
本次测试采用北京东方振动和噪声技术研究所INV3060A型智能数据采集和信号分析系统、941B型拾振器和INV9828型加速度传感器，在实验室内连续采集24h，测试不同交通工况下环境振动的加速度、速度信号。现场测试见图3。
本次测试主要分3种工况。
1)工况1。轨道交通运行期间(含双线会车)，测试时间段为5∶45~22∶45。
2)工况2。轨道交通停运，路面交通较多，测试时间段为5∶30~23∶00。
3)工况3。轨道交通停运，路面交通很少，测试时间段为23∶00~次日5∶30。
通过比较不同区域、不同工况下的垂向加速度和速度振动响应，可以得出以下几点。
1)在轨道交通运行期间测试时，由于列车通行，振动持续时间较长，存在路面交通的影响，列车和路面车辆同时通过产生的振动叠加，使得轨道交通运行时引起环境振动比路面交通引起环境振动影响大。
2)在轨道交通运行和路面交通影响下，垂向加速度振动响应在2.5~31.5Hz，在10Hz处振动响应最大;垂向速度振动响应在2.5~12.5Hz，在3.15Hz处振动响应最大。
3)轨道交通运行时引起环境振动比路面交通引起环境振动影响大，以透射电子显微镜(TEM)容许振动加速度均方根值0.3mm/s2为例，轨道交通运行和路面交通引起振动响应已超出容许振动值，已阻碍精密仪器的正常工作。在3号测区距轨道交通线路67m，不影响精密仪器的正常工作。两者引起的垂向加速度振动响应较小。
4)轨道交通停运和路面交通很少时间段内，实验室各区域垂向加速度和速度有效值均较小，精密仪器在该时间段内可以正常工作。
各工况下各测点的实测环境振动东西和南北水平向加速度、速度有效值随频率分布曲线见图10~图13。
通过比较不同区域、不同工况下的水平向加速度和速度振动响应，可以得出以下几点。
1)在相同测试区域内，环境振动对速度有效值的影响超过对加速度有效值的影响，在2号和3号测区，环境振动大部分不超过加速度的容许振动值，但均超过速度的容许振动值。
2)环境振动对加速度有效值的影响随着距轨道交通线路距离的增大而减弱，在3号测区，环境振动的影响很微弱。对速度有效值的影响也较小。
3)在轨道交通运行和路面交通影响下，水平向加速度振动响应在8~40Hz，在31.5Hz处的振动响应最大;水平向速度振动响应在2~3.15Hz，在2Hz处振动响应最大。
4)轨道交通运行和路面交通引起的环境振动，对垂直于轨道交通线路(南北)水平向的影响更大，对平行于轨道交通线路(东西)水平向的影响较小;相比于垂向、水平向的加速度和速度，垂向的影响更大。
3结语
通过对浦东新区计量质量检测所实验室内的环境振动进行现场测试，基于实测数据分析和评价在不同交通工况下的环境振动对实验室的振动响应，有利于帮助计量质量检测所了解轨道交通和路面交通的振动对精密仪器的影响。
根据测试结果，轨道交通和路面交通的振动已影响到实验室内精密仪器的正常使用。目前可采用隔离方式即弹性基础、明沟和充填式沟渠[4]。一般而言，对于轨道交通引起的振动，明沟能减振效果较好。由于该检测所周围环境受限未实施进一步的隔振措施，下一步可结合实验室的建设研究相应的隔振技术和隔振效果。——论文作者：刘辉
转载请注明来自：http://www.lunwencheng.com/lunwen/lig/19345.html
