臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要針對台北捷運文湖線進行沿線之振動量測與衰減分析，以探討近域振動量與遠域波傳行為之評估。而文湖線之結構主要由橋樑-深基礎構成，土層可分為沖積層、卵礫石層及岩盤，但主要為軟弱土層。針對量測之結果分別探討列車速度、土層種類、結構型式、兩車交會及頻率因素之影響。
在近域振動量方面，列車之速度約落在55~66 km/h之間，車速對振動量之影響並不顯著。至於土層之影響，則有土層越堅硬，振動量越小之趨勢。從控制頻率之探討顯示U型樑之振動控制頻率落在高頻，而箱型樑則落在低中頻。當兩車交會時，引致之振動量提升1~2 dB。
在遠域振動波傳部分，沖積層之衰減係數落在0.0041~0.0053 (1/m)，卵礫石層落於0.0021~0.0023 (1/m)，岩盤為0.0030 (1/m)，有隨著剪力波速之增加，衰減係數減少之趨勢。影響距離之評估顯示利用Bornitz衰減公式回歸較為合理且有剪力波速上升影響距離越大之趨勢。然而與高鐵之波傳比較結果，發現本研究之波傳衰減情形與高鐵於路堤段較為相近，但與高鐵橋樑段則有些許差異。
另外本研究最後與中華顧問所建立之預估模式比較，顯示預估模式有近距離高估遠距離低估之現象。若考慮頻率因素而使用各頻率或低-中-高頻之衰減係數可得較可靠之預測值，而使用整體振動量不考慮頻率因素之誤差較大。

The purpose of this study is to evaluate the behavior of ground vibration induced by Taipei Wenhu MRT Line. Both near-field vibration and far-field wave propagation are examined for bridge with deep foundations. The geological conditions include alluvial soils, gravelly soils, and rock and mainly consist of soft ground. The effects of train speed, soil type, structure type, trains intersection, and frequency dependence are further analyzed.

For near-field vibration, the train speed, between 55 and 66 km/h, presents no significant effect to vibration. However, the effect of soil type to vibration can be observed. The results show that the harder the soil, the lower the vibration is. In addition, the vibration control frequency for U-beam superstructure is at high frequency range, while box-beam is at middle and low frequency ranges. Furthermore, the vibration level increases 1~2 dB when two trains intersect.

For far-field wave propagation, the wave attenuation coefficients of alluvium, gravel and rock are in the range of 0.0041~0.0053 (1/m), 0.0021~0.0023 (1/m) and 0.0030 (1/m), respectively. The attenuation coefficient is inversely related to the ground shear wave velocity. Moreover, the Bornitz equation shows reasonable results for vibration attenuation evaluation. The regression results show that the vibration influence distance becomes larger when ground shear wave velocity increases. Comparing the results of this study and high-speed trains, the results reveal that the wave propagation on Wenhu MRT Line is comparable to high-speed trains on embankment structures, but somewhat difference between Wenhu MRT Line and high-speed trains on bridge structures.

Finally, this study also examines the prediction model suggested by CECI Engineering Consultants, Inc., Taiwan. The measured results present that the prediction model over-estimates the near-field vibration and under-estimates the far-field vibration. This study suggests that it can be more accurate to predict the ground vibration using each frequency or the low-middle-high frequency ranges for analysis.

目錄
摘要.............................................................................................................I
Abstract.....................................................................................................Ⅲ
致謝..........................................................................................................IV
目錄............................................................................................................V
表目錄...................................................................................................... IX
圖目錄....................................................................................................... XI
第一章 緒論............................................................................................1
1.1 前言.................................................................................................1
1.2 研究動機與目的.............................................................................2
1.3 研究方法與內容.............................................................................2
第二章 文獻回顧....................................................................................5
2.1 波傳原理.........................................................................................5
2.2 振動衰減模式.................................................................................8
2.3 捷運之振動文獻...........................................................................10
2.4 振動相關研究文獻回顧...............................................................14
第三章 捷運列車振動量測與分析方法..............................................23
3.1 列車配置.......................................................................................23
3.2 現地量測.......................................................................................23
3.2.1 量測儀器介紹........................................................................25
3.2.2 量測準備工作與步驟............................................................25
3.3 量測資料分析...............................................................................29
3.3.1 振動量測分析法....................................................................29
3.3.2 振動衰減經驗公式................................................................36
第四章 量測現地基本特性..................................................................39
第五章 近域振動量之影響評估..........................................................55
5.1 各測點之振動量統計...................................................................55
5.2 各現地控制頻率探討...................................................................59
5.3 土層種類對振動量之影響...........................................................64
5.4 車速對振動量之影響...................................................................66
5.5 兩車交會對振動量之影響...........................................................68
第六章 遠域振動波傳之評估..............................................................71
6.1 各現地衰減係數評估...................................................................71
6.2 振波傳遞之影響因素...................................................................77
6.2.1 土層種類對衰減係數之影響評估........................................77
6.2.2 頻率對振動衰減之影響........................................................82
6.3 影響距離之評估...........................................................................86
第七章 捷運與高鐵之比較討論............................................................93
7.1 捷運與高鐵橋樑段比較討論.......................................................93
7.2 捷運與高鐵路堤段比較討論.......................................................97
第八章 振波傳遞之預估與實際量測比較..........................................101
8.1 預估模組之簡易介紹.................................................................101
8.2 預估分析與實際量測比較.........................................................105
第九章 結論與建議..............................................................................123
9.1 近域振動量之評估.....................................................................123
9.2 遠域振動波傳之評估.................................................................123
9.3 捷運與高鐵之比較討論............................................................. 124
9.4 振波傳遞之預估與實際量測比較.............................................125
9.5 建議.............................................................................................125
參考文獻................................................................................................127
附錄A 各測點之振動歷時圖-Z 方向..................................................133
附錄B 各測點之頻譜圖-Z 方向..........................................................167
附錄C Bornitz 線振源衰減圖............................................................201
附錄D Wiss 衰減圖.............................................................................225

表目錄
表2-1 三種彈性波傳遞時能量所佔之比例 (Miller and Pursey 1954)..7
表2-2 振動量之影響因子 (FRA 1998)……………………………….20
表2-3 FRA 及FTA 對列車行駛引致振動所訂之規範標準………...21
表3-1 1/3 八音階頻帶 (ANSI 1993) ………………….…………….34
表4-1 各測點之基本資料………………….………………………….39
表5-1 Site 1 沖積層之量測振動結果………………………………...56
表5-2 Site 2 沖積層之量測振動結果………………………………...56
表5-3 Site 3 沖積層之量測振動結果………………………………...57
表5-4 Site 4 卵礫石層之量測振動結果……………………………...57
表5-5 Site 5 卵礫石層之量測振動結果……………………………...58
表5-6 Site 6 岩盤之量測振動結果…………………………………...58
表5-7 各現地橋墩下之前三高控制頻率分佈………………...……...61
表5-8 各現地橋墩下振動量統計結果………………...……...............65
表6-1 Site 1 各班列車之衰減係數………………...…….......................72
表6-2 Site 2 各班列車之衰減係數………………...…….......................72
表6-3 Site 3 各班列車之衰減係數………………...…….......................73
表6-4 Site 4 各班列車之衰減係數………………...…….......................73
表6-5 Site 5 各班列車之衰減係數………………...…….......................74
表6-6 Site 6 各班列車之衰減係數………………...…….......................74
表6-7 各現地之衰減係數統計總表……………...…….......................78
表6-8 各頻率Z 方向之衰減係數……………...……...........................83
表6-9 各現地各班次利用Bornitz 法推估之影響距離之影響距離….88
表6-10 各現地各班次利用Wiss 法推估之影響距離之影響距離…….90
表6-11 各現地利用Bornitz 法推估之平均影響距離統計表………….91
表7-1 高鐵於橋樑之衰減係數表………...……...................................94
表7-2 高鐵於路堤之衰減係數表..........................................................97
表8-1 在80 km/h 之振源振動量 (中華顧問，2002) ..........................103
表8-2 內湖捷運沿線之地層衰減係數-最大質點速度(中華顧問，2002)
....................................................................................................104
表8-3 受振體之樓層損失與共振增加值一覽表(中華顧問，2002)....104
表8-4 大湖公園站各距離各頻域之誤差率........................................108
表8-5 各距離之各頻域誤差率表於劍南路站.....................................108
表8-6 各距離之各頻域誤差率表於成功公園......................................110
表8-7 大湖公園站各距離之各頻域誤差率統計表..............................115
表8-8 劍南路站各距離各頻域之誤差率表..........................................118
表8-9 成功公園各距離各頻域之誤差率表..........................................120
表8-10 方案一各案例各距離探討整體振動量之誤差率表................122
表8-11 方案二各案例各距離探討整體振動量之誤差率表................122

圖目錄
圖2-1 壓力波運動示意圖 (Bolt 1978)…………………………………6
圖2-2 剪力波運動示意圖 (Bolt 1978) ………………...………………6
圖2-3 雷利波運動示意圖 (Bolt 1978) ………………...………………7
圖2-4 拉夫波運動示意圖 (Bolt 1978)…………...……….……………7
圖 2-5 圓形振動基腳於均質、均向、半無限空間之波形位移分佈
(Woods 1968)…………………………………………………….8
圖2-6 振波傳遞示意圖 (Gutowski and Dym 1976)…………...………9
圖2.7 鋼橋面板下之列車平均頻譜圖(中華顧問，2002)…………….11
圖2.8 無建築物模型加入時之捷運振動量與距離之關係
(中華顧問，2002)………….………………………………..….11
圖2.9 木柵線之振動頻譜圖(曾祥岳與倪勝火，2003) ………………12
圖2.10 淡水線之振動頻譜圖(曾祥岳與倪勝火，2003) ……….……13
圖2.11 Wiss 模式回歸曲線關係圖(曾祥岳與倪勝火，2003) …….…13
圖 2.12 基礎型式對於振動量之影響 (Chen et al. 2008) ……..…..…15
圖 2-13 α-Vs-f之關係圖 (Chen et al. 2010) ……………………......…16
圖 2-14 整體振動量與結構體積之關係圖 (Chen et al. 2011) ........…16
圖2-15 整體振動量(VLoa)與車速之關係關係 (Yoshioka 1999)….....18
圖2-16 不同列車之衰減情形 (FRA 1998) …......................................21
圖2-17 一般振動標準曲線圖 (Gordon 1991) .....................................22
圖3-1 捷運膠輪電纜車配置示意圖......................................................24
圖3-2 捷運膠輪電纜車行駛中照片......................................................24
圖3-3 振動監測設備..............................................................................26
圖3-4 加速規基座..................................................................................26
圖3-5 加速規、傳輸線、積分器及電源...............................................27
圖3-6 DV 架設圖.....................................................................................27
圖3-7 頻率設定、電壓範圍及儲存時間................................................28
圖3-8 蒐集X、Y、Z 方向的瞬時振動量.............................................28
圖3-9 儀器佈置與記錄資料示意圖......................................................29
圖3-10 速度歷時圖................................................................................31
圖3-11 振動速度(dB)與1/3 倍頻之關係...............................................35
圖3-12 Bornitz 線振源與Wiss 衰減圖....................................................37
圖4.1 Site 1 之現地位址.......................................................................41
圖4.2 Site 1 之現地照片……………………………………………...41
圖4.3 Site 1 土層剖面圖……………………………………………...42
圖4.4 Site 1 之橋墩型式……………………………………………...42
圖4.5 Site 1 之樁帽型式……………………………….……………..43
圖4.6 Site 2 之現地位址. ……………………………….…………....44
圖4.7 Site 2 之現地照片……………………………………………...44
圖4.8 Site 2 土層剖面圖……………………………………………...45
圖4.9 Site 2 之橋墩型式…………………………………….………..45
圖4.10 Site 2 之樁帽型式…………………………………………….46
圖4.11 Site 3 之現地位址…………………………………………….47
圖4.12 Site 3 之現地照片…………………………………………….47
圖4.13 Site 3 土層剖面圖…………………………………………….48
圖4.14 Site 3 之橋墩型式與樁帽型式……………………………….48
圖4.15 Site 4 與Site 5 之現地位址……………………….….……….50
圖4.16 Site 4 與Site 5 之現地照片…………………….…….……….50
圖4.17 Site 4 與Site 5 之土層剖面圖…………………….….……….51
圖4.18 Site 4、5 之橋墩型式與樁帽型式……………….…….……..51
圖4.19 Site 6 之現地位址…………………………………………….52
圖4.20 Site 6 之現地照片…………………………………………….53
圖4.21 Site 6 土層剖面圖…………………………………………….53
圖4.22 Site 6 之橋墩型式…………………………………………….54
圖4.23 Site 6 之樁帽型式…………………………………………….54
圖5.1 各現地橋墩下之頻譜圖………………………………………...60
圖5.2 各現地之控制頻率與剪力波速關係圖…………………...........62
圖5-3 箱型樑結構系統(左)與U型樑結構系統(右)示意圖….............63
圖5-4 不同行車方向之橋墩下振動量與剪力波速關係圖…................66
圖5-5 各現地之車速與振動量關係圖………………………………..67
圖5-6 兩車交會時之速度歷時圖……………………………………..68
圖5-7 兩車交會時之振動頻譜圖……………………………………..69
圖6-1 αoa之衰減係數與剪力波速之關係............................................79
圖6-2 αlow 之衰減係數與剪力波速之關係..........................................79
圖6-3 αmiddle 之衰減係數與剪力波速之關係.......................................80
圖6-4 αhigh 之衰減係數與剪力波速之關係.........................................81
圖6-5 各頻率域之衰減係數與剪力波速之關係..................................81
圖6.6 各現地之頻率與衰減係數關係圖...............................................84
圖6-7 各現地之Bornitz 衰減圖...........................................................87
圖6-8 各現地之Wiss 衰減圖...............................................................89
圖6.9 影響距離與剪力波速Vs(G10)之關係圖........................................92
圖7.1 衰減係數於捷運與高鐵橋樑部份之比較圖...............................94
圖7.2 低-中-高頻之衰減係數與剪力波速關係圖................................96
圖7.3 衰減係數於捷運與高鐵橋樑部份之比較圖................................98
圖7.4 低-中高-頻之衰減係數與剪力波速關係圖................................99
圖8-1 中華顧問預估模式之流程圖....................................................102
圖8-2 實際與預估模式之各距離振動頻譜圖-大湖公園...................107
圖8-3 實際與預估模式之各距離振動頻譜圖-劍南路站...................109
圖8-4 實際與預估模式之各距離振動頻譜圖-成功公園站...............110
圖8-5 大湖公園站實際與預估模式之各距離振動頻譜圖(整體) .....113
圖8-6 大湖公園站實際與預估模式之各距離振動頻譜圖(低-中-高頻)
....................................................................................................113
圖8-7 大湖公園站實際與預估模式之各距離振動頻譜圖(各頻) .....114
圖8-8 劍南路站實際與預估模式之各距離振動頻譜圖(整體) .........116
圖8-9 劍南路站實際與預估模式之各距離振動頻譜圖(低-中-高頻)
....................................................................................................117
圖8-10 實際與預估模式之各距離振動頻譜圖於各頻-劍南路站.....117
圖8-11 實際與預估模式之各距離振動頻譜圖於整體-成功公園.....118
圖8-12 實際與預估模式之各距離振動頻譜圖於低-中-高頻-成功公園
................................................................................................119
圖8-13 實際與預估模式之各距離振動頻譜圖於各頻-成功公園.....119

參考文獻
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