日本台阶仪浅析轨道交通振动对精细仪器的影响

环境振动会影响精细仪器、设备的正常工作，惹起读数不准，以至形成设备事故等。关于某些灵活度极高的设备，如电子显微镜，50dB以下的振动就可能形成影响。图1是150000倍率的电子显微镜在振动环境下影像遭到影响的频率和振幅范围。目前，轨道交通振动对精细仪器设备的影响已成为一个世界性难题。精细仪器，特别是某些纳米级超精细电镜对环境的温度、湿度、振动、磁场请求极高，任何微小的振动将有可能招致成像的含糊。图2为精细仪器在无振动和有振动环境下的成像比拟。

总的来说，振动对精细仪器和设备的影响主要有以下几个方面：

1. 振动对精细仪器的影响

影响仪器仪表的正常运转，振动过大时会使仪器仪表遭到损伤和毁坏。

影响对仪器仪表的刻度阅读的精确性和阅读速度，以至基本无法读数。

对某些精细和灵活的电器，如灵活继电器，振动能使其自坚持触头断开，从而惹起主电路断路等连锁反响，形成机器停转等严重事故。

2. 振动对精细机电设备的影响

振动会影响精细设备的正常运转，使机械设备自身疲倦和磨损，降低机械设备的运用寿命，以至使机械设备中的构件发作刚度和强度毁坏、某些零件产生变形或断裂，从而形成严重设备事故和人身事故。

对精细机械加工机床，振动会使工件的加工面粗糙度和精度降落，并且还会降低刀具的运用寿命。

国外案例概略

在国外，虽然有关精细仪器振动规范及被动隔振的研讨展开得较早，但特地针对交通振动对精细仪器影响的案例很少。比拟著名的一个例子是，西雅图海湾运输局轻轨线 (LRT) 穿越华盛顿大学既有物理天文楼和规划的生命科学楼等一系列科研建筑的潜在微振动影响问题。

该轻轨线采用盾构隧道经过的型式，盾构线间距27.4m，线路间隔华盛顿大学既有的物理及天文楼和规划的生命科学III号楼分别为128.0m和27.4m。其中在物理及天文楼西侧路段规划修建Pacific大街站，车站采用双圆大盾构，盾构外径约11.3m，埋深53.3m；规划生命科学III楼西侧为常规盾构区间隧道，盾构外径6.4m，埋深45.7m（图3）。

物理及天文实验楼内的精细仪器主要对6.3Hz内低频有较高请求。为了预测线路通车后的振动影响，研讨人员基于对既有波特兰轻轨的现场测试类比剖析，估计西雅图轻轨振动不会对物理天文楼内仪器产生影响。经过对物理与天文楼实验室内停止连续振动检测，察看到当室外交通和活动最小时，环境振动在0.1-1.5Hz范围内约为1.34μm，而经过有限差分软件计算预测的最不利轻轨影响为0.048~1.32μm，小于现况最小环境振动程度。同时，还有限差分计算的生命科学III楼轻轨振动预测影响为1.58~7.26μm，大于环境振动；并剖析得到在间隔隧道中心线152m以外的振动位移会小于现况背景环境振动。

 区间盾构与车站盾构断面及埋深表示图

由于华盛顿大学请求：由列车惹起的振动要小于等于现行的环境振动程度，并且只承受振源减振。如图4所示，规划线路曾经调整远离了物理天文楼和生命科学楼，并设计采用如下减振措施：

车速从30～55km/h降为30km/h；

采用装备普通直接固定式扣件的双带状支承浮置板轨道，自振频率设计为12～16Hz，扣件刚度14kN/mm；

在华盛顿大学车站南侧双向穿插处施作可挪动的点辙叉。经过采用经历预测法：不采取减振措施时，校园内15处敏感建筑振动超标；采用减振措施后，超标的实验楼由15处降为5处（图4中紫色标注，编号为5、9、16、19、20，与新规划线路位置关系见表1）。在其他初步满足振动请求的建筑中，间隔线路最近的1号楼新电子工程楼，程度间隔为103m、隧道埋深37.8m。从这组数据能够看出，要单纯经过振源减振来满足高精细仪器的振动请求，对隧道埋深和程度间隔都提出了极高的请求。在密集的大城市中，假如仅从调整振源与敏感目的位置关系和振源减振两方面来降低敏感度，则有可能对线路位置做出大的调整，从而失去吸收客流的意义。因此处理地铁振动与精细仪器的矛盾，有时是需求采取多种减隔振措施的，这也是研讨难点所在。图4 新规划线（紫色）与原规划线（黑色）比拟

 振动超标建筑与规划线路位置关系

是美国另一个案例：图中紫色轻轨线路规划从马里兰大学中穿越，校园中局部建筑内安顿有对振动请求极高的NIST-A级精细仪器，图中红色斜线所示区域为预测得到的以该级别仪器为研讨对象会遭到振动影响的区域。目前，针对这一案例的处理计划仍在研讨与协商中。

轻轨穿越美国马里兰大学振动对精细仪器影响

2008年，为评价都柏林北线地铁 (Dublin metro north) 将来通车后振动对沿线若干带有精细仪器的医院的影响，咨询单位对沿线Mater私人医院、Mater成人医院、Rotunda医院室内停止了现况环境振动测试。其中，Mater私人医院提出医院绝大局部精细仪器的振动请求限值近似为VC曲线中的VC-C级。相关预测剖析和减隔振措施还在进一步研讨中。

左：电子显微镜；右：装置有Integra800天平的生物化学实验室

左：Thinprep显像系统；右：MRI仪器左近的混凝土底板

为研讨都柏林地铁北线而展开的既有环境振动测试

国内案例概略

1999年初，台湾高铁开工动土，但由于高铁惹起的振动会对台南科技园区内众多厂商的精细仪器形成影响，使得华邦、硅统等多家厂商相继撤资或思索撤资。科技园区中现能查到的仪器规范以晶圆厂中0.25μm和0.18μm的工作平台为代表，他们对振动的请求分别为通用振动规范的VC-D级和VC-E级。为理解决高铁振动问题，研讨人员思索了各项减隔振措施，包括：根底加劲结构、设计弹性减振墙、填充式隔振沟、蜂窝式波阻块等。对中标的计划现场测试结果显现，减振措施能够到达预期效果。

桥墩下方根底加劲计划（左）及弹性减振墙计划（右）表示图

 挖沟回填软质资料计划表示图

蜂窝式波阻块计划表示图

大陆地域早在1955年，由于京张铁路位于清华大学校园同侧，列车运转产生的振动严重影响了学校实验室精细仪器的正常工作，致使许多重要实验无法顺利停止，后经有关部门共同协商后决议将京山铁路向东迁移了800m，避开了清华校园。

重庆菜园坝长江大桥工程南城隧道穿越电子部某研讨所，是一个公路交通对仪器影响的案例。该公路隧道双洞四车道，隧道长2*1025m，设计车速60km/h。隧道埋深30.78~15.67m，隧道顶板间隔仪器车间直线间隔最小只要28.64m。其中，研讨所精细仪器请求为：最大位移<5μm，属于对微振动请求较低的仪器。经过采用相似条件既有隧道左近现场测试办法，测试结果介于0.07~0.42μm之间，均小于5μm请求。

轨道交通与路面公交车流共同作用下，振动对仪器影响的问题比拟复杂。在北京，集中了众多科研单位，随着城市轨道交通的修建，因而产生的矛盾也愈加明显。其中，最著名的一个案例当属北京地铁4号线关于临近的北京大学物理实验基地的影响。自2004年9月起，由北京交通大学、北京市政设计院、北京城建立计院、北京地铁科研所、隔而固公司以及比利时天主教鲁汶大学组成的课题组，对该问题停止了一系列创新性的工作，客观上大大推进了地铁振动对精细仪器影响范畴的研讨开展。此外，相似案例还有北京地铁8号线规划经过数家安顿有重要仪器设备的科研单位，地铁14号线规划穿越首都医科大学实验楼，北京地铁15号线规划穿越清华大学校园，北京地铁3号线规划绕行北京大学西侧，北京地铁10号线近间隔经过中国空间技术研讨院等单位。

本文由日本台阶仪采集