由于城市化的发展引起了土地资源短缺,我国许多城市地铁工程正广泛实施地铁车辆段上部空间的物业开发及建设。然而,地铁列车频繁运行时轮轨相互作用产生的振动,经由轨道基础、地基、车辆段大平台结构传递到上盖建筑,易引起上盖建筑物结构振动,影响人们的正常生活与工作环境质量。如何有效地减少和消除振动所带来环境影响,已成为制约地铁车辆段上盖物业综合开发成功与否的关键因素。本文以珠江三角洲地铁车辆段及其上盖建筑物为研究对象,系统研究了地铁车辆段及其上盖建筑物的振动传播规律,建立了建筑物振动预测方法,提出了有效的振动控制措施。主要研究内容和成果如下:(1)对珠江三角洲地区典型地铁车辆段及其上盖建筑物进行了现场振动实测,从时域和频域上对测试结果进行了分析,获得了地铁列车运行引起的振动在地铁车辆段咽喉区和试车线临近地面、临近建筑物以及上盖建筑物中的传播规律。结果表明:地铁运行引起临近地面及上盖平台振动随着与振源距离的增大逐渐衰减;地铁运行引起建筑振动以竖向为主,临近低层建筑物的振动随楼层的升高逐渐减小;对于地铁上盖高层建筑,振动随楼层的升高首先略微增加,随后出现衰减,在靠近顶层楼层有一定的放大。(2)建立了车辆—轨道耦合动力学分析模型,通过轮轨位移相容和力的平衡协调,以轨道不平顺函数作为轮轨激励输入,使用Newmark隐式积分法分别计算车辆系统和轨道系统的动力学方程,获得列车在轨道结构上运行时产生的轮轨耦合接触力随时间的变化关系,并将计算结果与参考算例、地铁车辆段实测结果相比较,验证了模型的合理性和准确性。(3)基于列车移动荷载作用下,建立了轨道结构—周围土层—临近建筑物振动分析模型,获得列车运行引起临近地面及临近建筑物的动力响应特性,并验证了模型的正确性与合理性。在此基础上,研究了不同地基土质对地铁运行引起临近地面及临近建筑物的影响规律。结果表明:土层的剪切波速是决定地铁引起临近地面振动大小的主要因素,增大土层的剪切波速,结构振动的最大加速度有所减小;结构振动峰值所在频率与土与结构的相互作用有关,土层的剪切波速越大,结构振动峰值所在频率越大。(4)基于经过验证的有限元模型,通过在轨道两侧设置空沟隔振屏障分别对不同深度、宽度、设置位置等屏障尺寸对上盖建筑物的隔振效果进行优化分析,进而研究不同材料填充沟对上盖建筑的隔振效果;研究提出兼具刚性材料或柔性材料填充沟和空沟优点的复合隔振屏障;研究混凝土连续墙以及建筑物地基加固对振动能量的衰减作用。结果表明:刚性材料填充沟的隔振效果优于柔性材料,但在建筑物振动主要频段范围内,空沟的隔振效果最好,混凝土连续墙的隔振效果较差。采用柔性材料复合隔振屏障的隔振效果介于单一柔性材料填充沟和空沟的隔振效果之间,刚性材料复合隔振屏障的隔振效果不如单一刚性材料填充沟的隔振效果。地基加固有助于减小振动波向建筑物内的传播,增大加固土体的阻抗对建筑物振动的衰减有显著的效果。(5)基于频域内推导一维杆、梁、板单元的阻抗表达式,建立包含结构柱、剪力墙以及楼板的一维和二维阻抗解析模型。通过节点耦合构建整体建筑结构模型,系统地研究振动在建筑物中的传播规律,预测振动对建筑结构的影响大小。基于二维阻抗解析模型,比较水平振动和竖向振动对建筑物的影响,研究竖向承重结构内轴向波和弯曲波传播对楼板结构振动贡献的相对重要性。将提出的阻抗模型与上盖建筑物振动实测结果相比较,结果表明:基于一维阻抗模型和二维阻抗模型可以准确的预测地铁列车运行引起的上盖建筑物振动大小及振动传播规律;一维阻抗模型和二维阻抗模型由于都将轴向波在竖向承重结构的传播作为振动传播的主要途径,因此振动预测值比较接近,预测的振动峰值所在频率一致。(6)基于二维阻抗模型研究振动在建筑物内传播规律的影响因素,包括建筑物楼层数量、竖向承重结构截面积、不同建筑物楼板厚度、不同竖向结构和楼板材料密度和弹性模量对振动在建筑物内传播规律的影响。在此基础上,研究楼板加铺轻质材料对建筑物的减振特性。结果表明:地铁列车引起的振动在不同楼层的建筑物中的传播规律不同,总体上高层建筑物比低层建筑物的振动小;增大楼板结构厚度是减弱振动在建筑物内传播的最快途径,通过楼板上加铺轻质材料可通过提高楼板的阻抗,有效的减弱建筑物中高层的振动传播,降低增大所有楼板的厚度带来的抗震设计风险。本文针对地铁车辆段及其上盖建筑物的研究工作为地铁车辆段上盖建筑振动影响预测和评估提供了准确、高效、能够预测不同频率响应的振动方法,为地铁车辆段上盖建筑振动控制技术提供了理论指导和科学依据。