近年来国内多个城市在大力发展地铁交通,从而带来了严重的地铁环境振动问题,例如列车振动对邻近的居民、精密仪器和古建筑等会造成影响。因而在地铁建设的各个阶段对环境振动进行高效准确的预测,成为了地铁选线优化、轨道设计的关键技术环节。目前,地铁交通环境振动预测还处在确定性预测阶段,对于各种随机因素未系统地开展过研究,且对预测结果的准确度也缺乏定量估计。基于以上研究背景,本文依托国家自然科学基金项目“列车振动环境影响预测的准确度与可靠性研究”(51778049)和“基于混合预测方法的地铁列车振动环境影响参数不确定性研究”(51978043),结合响应面设计法,考虑“列车-轨道-隧道-地层-建筑物”系统中主要随机参数,围绕对经验链式公式预测(《环境影响评价技术导则城市轨道交通》(HJ453-2018)推荐,以下简称《环评导则》)的准确度评价的关键科学问题,通过解析计算、数值模拟以及现场测试相结合的方法展开了系统研究。主要研究工作及成果和主要创新点包括:(1)基于响应面法,在频域解析快速预测模型的基础上,提出一个考虑地层参数(剪切波速、泊松比、阻尼比、密度)、隧道埋深、地表预测点距隧道中心线水平距离和列车速度为随机变量的改进的随机预测模型,即响应面随机预测模型。可实现地表测点最大Z振级与1/3倍频程加速度级的快速预测。对最大Z振级响应面随机预测模型进行全局灵敏度分析,发现各个参数的灵敏度排序从大到小依次为:水平距离、埋深、阻尼比、剪切波速、列车车速、密度、泊松比。(2)基于实测案例,给出了响应面随机预测模型的定值预测与概率预测的实现过程及结果。在定值预测过程中,将实际参数代入预测模型即可得到地表拾振点的最大Z振级与1/3倍频程加速度级;在概率预测过程中,假设自变量为互相独立的正态随机变量,运用一次二阶矩法及蒙特卡洛法得到预测结果的概率分布。将预测结果与实测结果对比,发现二者吻合较好。(3)依托课题组积累的现场测试案例,收集整理不同隧道埋深、不同振源强度在地表不同水平距离处的振动响应,建立了160余个地表测点的基本信息及其最大Z振级实测数据集。分别计算了所有实测点处的《环评导则》预测结果以及响应面模型的预测结果。阐述预测结果准确度的定义,以最大Z振级作为指标,假设实测值为真值,运用多种计算方法定量计算预测实测之间的差异程度,以此对行业《环评导则》预测结果的准确度进行评价,给出了响应面随机预测模型较《环评导则》链式经验预测法更加准确的结论。