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高速鐵路軌道振動分析及減振策略

文檔作者：殷俊曾陳鑫文檔來源：西南交通大學希望學院		更新日期： 2026年08月27日	點擊數：
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·210· | 發展與創新 | Development and Innovation 2019 年第23 期
高速鐵路軌道振動分析及減振策略
殷 俊，曾陳鑫
（西南交通大學希望學院，四川 成都 610400）
摘 要：隨著高速鐵路技術的不斷創新與發展，安全性和舒適性受到更為廣泛的重視，高速鐵路振動問題也成為廣大學
者研究的重要方向。文章主要闡述了高速鐵路軌道振動的評價標準，分析了振動產生的原因及其影響，并提出了高速鐵
路減振的有效策略。
關鍵詞：高速鐵路軌道；振動；減振策略
中圖分類號：U213.2 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789（2019）23-0210-02
作者簡介：殷?。?987—），男，碩士，講師，研究方向：
軌道交通。
1964 年世界上第一條高速鐵路——日本東海道新干
線的投入運營，成了世界鐵路發展歷史的轉折點，標志
著高速鐵路正式進入人們的生活。數十年來，更快的速
度和更高的舒適性成為鐵路發展不斷追求的目標，高速
鐵路也突出展現了速度快、運能大、安全性高、舒適度高、
效益好等優勢。但高速鐵路運行時產生的振動卻極大影
響了高鐵的安全性和舒適性，特別是車輛長期處于高頻
振動狀態，會對車輛本身及軌道等產生許多不穩定的安
全隱患，甚至有引發高鐵事故的隱患。
1 高速鐵路軌道振動成因
高速鐵路列車在運行過程中持續產生的高頻振動與
車輛本身、車輪與鋼軌接觸面、軌道平順性、地基強度
等有關，分析高速鐵路的振動產生原因有助于提前預防
并盡可能減少振動產生，從而降低振動的危害。
1.1 由車輛自身引發的振動
高速鐵路的振動不是由單一原因引起的，一般是在
高速運行狀態下由列車本身與軌道共同作用產生的。僅
考慮列車自身因素，引起振動的主要原因主要與車輪有
關，列車的長期運行會造成車輪擦傷，當列車高速運行時，
擦傷的車輪與鋼軌在不斷接觸的過程中就會產生振動。除
此以外，還與軌道接頭的狀態以及幾何不平順性等有關。
1.2 由微小不匹配而產生的沖擊作用
高速鐵路從開始運營起，其使用壽命一般為一百年。
在如此長的使用年限內，高速鐵路會產生許多的微小形
變，比如鋼軌的變形、長期運營引起的軌道不平順、路
堤和地基的變形等。而這些微小形變會導致列車產生各種
微小的不匹配，降低各個部位接觸面的精度，同時各種微
小的不匹配會導致列車在高速運行的狀態下產生振動。
1.3 由相關因素誘發的二次振動
當高速鐵路在上述情況下產生振動后，在傳播的過
程中振動會通過鋼軌等結構件傳遞到周圍的地層中，通
過大地來削弱振動。在該過程中，部分作用力會產生反
彈，而反彈回去的這部分力會重新作用在路堤和地基上，
然后使其振動，產生二次振動。
2 高速鐵路軌道振動的影響
高鐵因為運行而產生的振動以及二次振動會對沿線
的建筑物以及人產生影響，振動問題也成為高速鐵路在
市內建設發展的重要考慮因素。
2.1 對人體的影響
列車在高速鐵路上高速運行時產生的振動，會對居
住在鐵路沿線工作單位的工作人員以及居民的生活產生
不同程度的影響，危害身體健康、降低生活舒適度以及
工作效率等。日本學者山崎秀和曾就振動對人的睡眠影
響進行專門的試驗研究。研究的數據經過分析后表明，
當振動加速度在65dB 以下時，一般不會對人的睡眠產
生影響，極度敏感者除外；振動加速度一旦達到70dB
人就很難順利進入睡眠狀態；當振動加速度達到80dB
還會使已經進入睡眠狀態的人驚醒過來。不僅是睡眠質
量，當振動的頻率比較強烈時，還會對人體的骨骼、肌
肉、關節、韌帶等造成嚴重損傷，促使消化系統腸胃蠕
動增加、影響胃液分泌和消化系統能力，導致肝臟的解
讀功能代謝發生障礙。同時，對于振動比較敏感的人群，
容易發生心情煩躁、心理失衡等現象。
2.2 對高速鐵路安全性的影響
目前，高鐵以其超高的安全性成為深受全球人民的
青睞的出行方式。但是，偶發的高速鐵路事故時刻警醒
著我們，并沒有絕對意義上安全的出行方式。高速鐵路
列車運行所產生的振動不僅僅會對沿途的人、建筑物以
及精密儀器產生影響，振動對高鐵本身的安全性也存在
一定的影響。例如1998 年德國ICE 城際快車特大事故，
事故的原因之一就是車輪在經過長時間的振動影響下產
生金屬疲勞使彈性車輪鋼圈脫落而造成的。高速鐵路在
運行時產生的高頻振動會使車輛的零件、車輪與鋼軌等
同樣產生高速振動，加速車輪與鋼軌的磨損，縮短列車
的使用壽命。隨著科技的高速發展，相關檢測工具也越
來越先進，諸多因振動造成的各種微小破損可以被及時
檢測出來并得到及時、有效的保養和維修，從而減少了
因振動而可能引發的高鐵事故。
2.3 對建筑物的影響
一般情況下由交通載荷引起的振動不會對建筑物造
成倒塌等直接性危害，但由交通載荷引起的振動會持續
不斷地一直對建筑物產生不利影響。高速鐵路運營時的
振動同樣具有相同的特性，并且因為高速鐵路運行時的
速度很快，其頻率也相對較高，隨著時間的推移，會慢
慢影響到建筑物的靜力狀況，嚴重時可能會導致建筑物
倒塌，尤其是對一些特殊材料建造而成的建筑，危害更
大。如古建筑基本是由石材等脆性材料建造而成，振動
對于這種古建筑的危害將會更加嚴重，持續的高頻振動會
使建筑物出現裂縫，導致作用力失效，造成結構性破壞。
2.4 對精密儀器的影響
當高速鐵路列車運行產生的振動達到一定的強度
2019 年第 23 期 Development and Innovation | 發展與創新 | ·211·
時，會導致精密儀器不能正常使用。雖然高速鐵路在規
劃時會避免穿過安裝有精密儀器的區域，不過在一些特
殊的地域里，這種由于振動產生的影響依舊有可能對精
密儀器產生影響。如臺北至高雄的高速鐵路運行穿越臺
灣南部科學園區域時在一定程度上影響了園區精密儀器
工作的精確性。
2.5 對高速鐵路舒適性的影響
高速鐵路在投入運營以后，因為長期使用以及各種
原因會導致高速鐵路的軌道出現微小的高低不平現象，
會使列車運行時產生振動從而降低舒適感。盡管車輛懸
掛裝置在一定程度上會過濾部分振動，但持續振動對懸
掛設備本身的工作性能也會造成一定程度的損耗。
從以上幾個方面可得出，高速鐵路軌道振動對于高
速鐵路運行安全性、舒適性及周邊環境均有較大影響，
使得研究和解決高速鐵路軌道振動問題對高速鐵路發展
有極其重要的意義。
3 振動問題評價標準
為了更好進行環境振動的影響評價，國際化組織以
及一些西方的發達國家，如美國、英國、德國、加拿
大等都先后提出了各自有關環境場地和建筑物的控制標
準，但是環境評價標準一直以來并沒有形成一個統一的
模式。
在已發布的各種振動問題評價標準中，以國際標準
化組織進行的研究和標準制定較為系統，且更具廣泛性。
世界各主要國家所制定的振動評價標準均是以國際標準
化組織ISO 公布的 《Guide for the evaluation of human
exposure to whole-body vibration》（ISO 2631）為指導
而制定的。我國也于1988 年制定了適應于我國相關行業
的標準——《城市區域環境振動標準》（GB 10070-88）。
4 高速鐵路減振對策
振動的傳播過程是相互關聯的鏈式傳播，牽一發而
動全身，因此在研究減振對策時必須綜合考慮所有有可
能的影響因素。高速鐵路軌道振動的傳遞過程：車輛→
軌道→結構物→基礎→地基→建筑物。
4.1 改進車輛技術
通過分析高鐵振動的振動因素可知，車輛是振動的
主要因素之一。在針對車輛振動的控制措施方面，主要
包括進一步使車輛輕量化、改善輪軸配置、合理優化彈
簧系統等方法。例如研發新的高性能輕型材料，降低列
車的整體重量，以期達到輕量化的目的。目前我國在振
動源方面的控制技術上已經比較成熟，形成了一套自己
的控制方法。
4.2 改進軌道技術
目前世界各主要國家基本都是采用的無縫線路長鋼
軌，其不僅能增加軌道結構的彈性，還能增加鋼軌的平
順度，可以有效降低施加在結構物的沖擊作用。也可采
用重型鋼軌，重型鋼軌相比較輕型鋼軌，在受到相同大
小的沖擊力作用下所產生的振動相對較小，但造價相對
輕型鋼軌而言較高。與此同時，應加大研究減振型軌道
結構的力度，采用能夠更好地吸收能量的彈性扣件、軌
道彈性墊層、道床厚度；為保持鋼軌的高平順度，還需
要研究更先進的檢測設備和更加完善的維護方案。
4.3 提高路堤、地基施工精度和質量
路堤、地基一經修建完成難以開展根本性修復，因
此路堤、地基在修建的過程中必須保持足夠的剛度，確
保線路在設計的使用壽命年限內總沉降量和不均勻沉降
量控制在一定的范圍內。
4.4 在線路和受影響的建筑物之間安裝減振結構
國內外曾參照預防減弱聲波的結構方案隔音墻，在
振動的傳播途徑中設置隔振溝、地屏障等隔振措施來削
弱振動對高速鐵路以及鐵路沿線的影響。鐵科院曾在鐵
科院東郊的試驗線設置不同類型的隔振溝、地屏障來開
展相關研究，希望以此達到降低鐵路對環境的振動影響。
但在高速鐵路用地沿線范圍內設置減振溝或地屏障等隔
振裝置本身便對高速鐵路運輸安全存在一定的隱患。目
前并無有關這方面的實際效果報道。
4.5 提高建筑物的抗振能力
在高速鐵路修建的過程中，提前研究計算相應線路
各種條件下產生的振動的影響，對需要搬遷的對象予以
論述規劃。同時，提高建筑物的抗振能力，研發效果更
加的抗振結構，采用能吸振的材料等等來盡可能地降低
振動對高速鐵路沿線工作單位的影響。
5 結束語
經過不斷研究，文章對軌道交通引起的環境振動已
經有了相對較全面的認識，在有效減振方面進行了諸多
探索和實踐。當前，國內外仍然在研究自行減振軌道、
設計更為合理的高架橋梁結構、隔振溝、阻振障、道床
減振材料等方面不斷開展深入研究，以尋求更為有效的
方式和途徑消除振動，控制振動傳播范圍，減小振動的
負面影響。相信在未來，高速鐵路軌道減振技術必將得
到全面推廣和使用。
參考文獻：
[1] 徐路遙. 復雜地形對鐵路環境振動的影響分析[D]. 南昌:
華東交通大學,2018.
[2] 鄒志鋒. 高速動車組車輪磨耗對振動特性的影響[D]. 南昌:
華東交通大學,2018.
[3] 劉海濤, 劉偉斌, 王繼軍. 高速鐵路減振無砟軌道關鍵技術
研究[J]. 鐵道建筑,2019(1):71-75.
[4] 中國鐵道科學研究院. 典型地屏障對鐵路線路減振效果的
分析研究[R].2010.

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