捷运电联车运行振动及控制Word格式.docx
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部份的捷運案被歸為此一類別。
2.“非經常性發生”被定義為一天中有少於70個振動發生。
此一類別包含大部份通勤軌道系統。
3.此標準限制是以大部份稍為敏感之設備(例如光學顯微鏡)能承受之程度為基礎。
對振動敏感之製造或研究將需有更細的評估以定義可承受之振動值。
確保較低之振動值通常要求特殊HVAC系統設計及更堅固的樓版。
4.對振動敏感之設備不會對土傳噪音敏感。
依上述標準以公制重新計算,如表4,此標準係針對最大振動速度相對於m/s而言:
振動[VdB]
噪音[dB(A)]
建築物內部運作易受低振幅振動影響之高度敏感建物,如:
適度敏感設備、光學儀器之高度敏感建物、音樂室、電視台、音樂廳、錄音室
94
-
休息及睡眠用的住宅及建築物,如:
住宅、旅社、醫院、劇院、廟宇
100
35
主要在白天使用之公共性土地,如:
教堂、學校、辦公室
103
40
6.台北市捷運系統振動管制標準是採用民國79年台北市捷運局總顧問(ATC)所作〝捷運系統噪音與振動之偵測及設計準則〞研究報告(編號為FE-31)中訂定標準執行,其標準依建築物型式不同採用不同之振動標準曲線,如表5所示:
建築物型式
振動標準
有精密電子儀器設備之建築物
(如電子工廠、實驗室、地震設備室)
曲線1
有振動敏感設備之建築物
(如醫院、大學等)
曲線2
音樂廳、錄音室、大型演講廳等
小型演講廳、電視台、音樂教室等
曲線3
戲院、電影院、教堂、廟宇、法庭、診所
透天低矮房子
集合住宅
曲線4
一般學校、辦公室、旅館
商業大樓
曲線5
工業廠房
曲線6
各容許振動曲線於八音幅中央頻率分佈如圖一所示。
各容許振動曲線於八音幅中央頻率分佈如表6所示:
八音幅中央頻率
Hz
dBv(ref10-6g)g=9.81m/s2
2
32
49
58
62
67
74
4
35.5
53
60
64
69
76
8
38
57
63
66
71
78
16
42
68
77
84
31.5
45
75
90
53.5
73
82
97
各容許振動曲線中,若以精密電子儀器建築物採用容許振動曲線1而言,其於低頻率區域,f=2Hz~16Hz,容許振動值為32dBv~42dBv。
而一般住家採用容許振動曲線3,於低頻區域容許振動值為58dBv~68dBv。
7.各國振動管制標準的比較
各國振動管制標準透過下列式子轉換,合成單一振動值為振動標準作比較:
1.Lv(a)=20×
log
2.Lv(v)=20×
log=20×
3.Lv(v)=Lv(a)-20×
4.Lv(v)(ref10-6in/s)=Lv(v)(ref10-9m/s)-20×
(1+log2.54)
5.Lv(v)=10×
log(Σ10LV(V)×
0.1)
可得表7:
標準規範
管制地區振動Lv(v)標準值之分貝數(ref10-6in/s)
單位:
dBv
備註
第一類管制區
第二類管制區
第三類管制區
第四類管制區
ISO2631
91.5
97.5~103.5
(94.4)
103.5
109.5
()內為
夜間管制標準
BS6472
99
105~111
(102)
111
117.1
DIN4150
71.9
75.4
(71.9)
81.1
(77.9)
83.9
(81.4)
日本環境廳
85.9
(80.9)
90.9
(85.9)
FTA
65
72
FE-31
65.14~83.28
91.17~94.3
107
由上表得知FE-31之振動管制標準與ISO2631相當,且較BS6472嚴格,然整體而言以FTA之振動管制標準最嚴格。
三、振動評估
電聯車於地下段運行產生地傳振動後,對於地表建築物影響評估須考慮下列因素:
1.電聯車運行時所產生之「振動頻譜」。
其與電聯車規格(如重量、車輪種類及排列、避震系統等)、電聯車車速、電聯車車箱數、軌道線形、軌道及軌床型式及日後維修狀況(如車輪變形(wheelflat)、軌道褶曲(corrugation)、軌道不平整度(undulation)、粗糙度(roughness))等有關。
2.電聯車運行之結構體斷面厚度、強度及形狀。
3.結構體與地表建築物間土壤型式、地下水狀況、土壤灌漿範圍強度、岩盤位置及地表形狀等。
4.地表建築物的振動敏感度,如基礎型式、深度、結構材料(鋼筋混凝土結構或鋼結構)、樓層數等。
於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)中預估振動方法是以八度音階頻譜來計算土傳振動,程序如下:
首先以六節車箱之重運量電聯車於雙孔箱涵隧道以65公里/小時速度行駛為基準,訂出八音幅中央頻率(OCTAVEBANDCENTREFREQUENCY)之振動值,如表8所列:
表8
頻率
振動
八音幅中央頻率(Hz)
125
250
500
振動值(dBv)
46
48
56
50
振動評估量是取距軌道中心10米處之加速度水準而定,參考基準量10-6g(9.8×
10-6m/sec2=10-5m/sec2)。
再考慮下列因素給予不同調整值得到地表建築物之振動值:
1.電聯車運行結構體型式如潛盾隧道、地表道碴段、橫渡線、車站等。
2.電聯車運行車速。
3.地表建築物距軌道中心的距離S,為水平距離與深度平方和再開根號,而其間土壤係假設台北盆地土壤為均勻粉土層(silty)。
4.建築物型式,如基礎型式、透天或高樓等。
5.須作振動預估之樓層層數。
由於上述振動預估方法採用台北市捷運營運模式,如六節車箱重運量電聯車,軌道採鋼軌為前題,簡化了土壤層次、地質改良、實際車速、軌道線形、結構體實際形狀尺寸、地表形狀、岩盤位置、建築物形式(鋼結構、鋼筋混土結構)等因素,對於大區域數量多的建築物可作為初步評估方法,然而使用者對於各項調整值實際情形須確實選取,才不會有所疏漏,且對於部份臨界點(criticalpoint)的訂定及分析是有必要作更進一步詳估。
上述振動預估方法已限定電聯車以六節車箱65公里/小時速度行駛於雙孔箱涵時,距軌道中心10公尺的振動值,若依距離修正係數所列修正值。
距軌道中心距離
2公尺
+7
+8
+9
+12
+16
+25
10公尺
則於距軌道中心2公尺的振動值限制為
振動值(dB)
39
41
54
25
因此電聯車實際運行情形須符合上述振動值限制,振動預估才不會失真。
四、振動噪音分析
振動產生聲音的能量可由下列基本方程式求得:
W=ζρc.S.v2
上式中
W:
聲功率;
ζ:
放射效率;
ρc:
cte(~400)
S:
放射面;
v:
振動速率(m/s)
由上式可導出噪音分貝與振動分貝關係如下:
Lp=Lv–C(f)
而Lv:
振動分貝(dBv);
Lp:
噪音分貝(dBv);
C(f),修正係數,為頻率的函數
於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)中振動分貝與噪音分貝之C(f)如下:
C(f),a(dB)
22
17
13
5
-2
-6
-11
-15
參考基準量10-6g(9.8×
上表中分貝是以加速度為參考值,若以速度為參考值,轉換可得
ΔLv
-52
-46
-40
-34
-28
-22
-16
-10
C(f),v(dB)
-30
-29
-27
-25
因此於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)中振動分貝與噪音分貝之C(f)如下:
Lp=Lv–28
而Lv:
振動分貝(dBv),參考單位為速度10-9m/s
Lp:
噪音分貝(dB),參考單位為壓力2×
10-5Pa
上述振動噪音Lp再配合人體所能感受範圍作下式之A加權(A-weighting)處理,可得到人體所能感受噪音Lp(a):
Lp(a)=Lp+A(f)
Lp:
噪音分貝(dB);
Lp(a):
人體所能感受噪音分貝(dB(A))
A(f):
A加權(A-weighting)如表9:
A(f)
-57
-39
-26
-9
-3
五、振動噪音評估結果
於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)規定-對於捷運沿線50m距離內之建築物,須依上述三、四之方法作逐棟振動噪音評估,如表10所示,此與美國聯邦交通署(FTA)研究報告所採用之評估模式類似;
對於超過振動管制標準之建築物,則須作更細分析,如以有限元素數值分析法,評估以浮動式道床軌道或減振軌道扣件材取代傳統道床軌道之效果。
依台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞(FE-31)所列理論修正係數計算,當軌道深度距建築物基礎達20m以上時,電聯車運行對建築物應無振動噪音問題;
因此當捷運線形有穿越建築物情形時,佈置線形時須注意軌道距建築物基礎深度是否足夠。
而於後期路網設計,台北市捷運局正要