周建軍

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海200235）

芻議城市軌道交通車輛段物業(yè)開發(fā)減振降噪設(shè)計

周建軍

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海200235）

車輛段作為城市軌道交通中不可或缺的重要組成部分，往往因規(guī)模大、占地面積廣而與城市土地供給相矛盾。城市的快速發(fā)展會在一定程度上影響城市軌道交通的走向和服務(wù)水平。近年來，為了緩解地鐵建設(shè)與城市用地之間的供給矛盾，對地鐵車輛段上、下部空間進行物業(yè)綜合開發(fā)，集約化利用土地空間已經(jīng)成為解決城市建設(shè)用地供需矛盾的一種重要方式。然而，大運量的城市軌道交通系統(tǒng)多采用鋼輪鋼軌系統(tǒng)，其固有的輪軌振動噪聲會對建筑開發(fā)產(chǎn)生不利的影響。因此，解決好車輛段上蓋開發(fā)的振動噪聲等是當(dāng)前亟待解決的問題?；趯Ξ?dāng)前車輛段物業(yè)發(fā)展特點和其中存在問題的總結(jié)，闡述了車輛段減振降噪的特點和重點，提出了針對上蓋物業(yè)開發(fā)的設(shè)計策略，以期為日后相關(guān)工作的順利進行提供參考。

城市軌道交通；上蓋物業(yè)開發(fā)；輪軌振動噪聲；車輛段

1 車輛段物業(yè)開發(fā)的特點

隨著我國城市化進程的加快，我國在車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)方面主要體現(xiàn)了以下幾個特點。

1.1 物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)多元化

我國既有的城市規(guī)劃往往秉承了功能分區(qū)理論，早期車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)比較單一，以單一的住宅、辦公或綠地等上蓋開發(fā)物業(yè)比較多。近年來，隨著城市規(guī)劃的發(fā)展和城市空間開發(fā)品質(zhì)化要求的提升，地鐵車輛段物業(yè)的開發(fā)更加強調(diào)建筑與城市公共空間的耦合發(fā)展，體現(xiàn)了“城市”的特性，涌現(xiàn)出了越來越多的“社區(qū)”型物業(yè)開發(fā)（比如住宅、學(xué)校、辦公、商業(yè)等一體綜合配套開發(fā)），以滿足人對城市空間的連續(xù)性綜合需求。

多元化的建筑業(yè)態(tài)開發(fā)在一定程度上提升了上蓋物業(yè)開發(fā)的品質(zhì)，能夠滿足城市人的連續(xù)性綜合需求。但是，對上蓋物業(yè)開發(fā)建筑而言，在解決環(huán)境問題同時，減振降噪的需求也呈多樣化的發(fā)展態(tài)勢，技術(shù)矛盾越來越復(fù)雜。國內(nèi)某車輛段物業(yè)開發(fā)情況如圖1所示。

1.2 物業(yè)開發(fā)品質(zhì)化

早期地鐵車輛段上蓋住宅物業(yè)開發(fā)多以動遷保障房為主，開發(fā)品質(zhì)比較低。然而，近年來，受城市規(guī)劃發(fā)展、軌道交通規(guī)劃、城市化快速發(fā)展等因素的影響，在大城市（尤其是一線城市）中，部分地鐵車輛段的選址具有良好的城市交通和經(jīng)濟區(qū)位，開發(fā)商對于地鐵上蓋物業(yè)開發(fā)的品質(zhì)要求在不斷提升，以保證其后期的商業(yè)回報。因此，越來越多的中高端商業(yè)地產(chǎn)、住宅物業(yè)項目采用地鐵車輛段物業(yè)開發(fā)的形式。

圖1 國內(nèi)某車輛段物業(yè)開發(fā)示意圖

1.3 開發(fā)空間結(jié)構(gòu)形式多樣化

目前，車輛段物業(yè)開發(fā)結(jié)構(gòu)主要有3種，即轉(zhuǎn)換層大平臺方式、核心筒落地方式、夾心落地方式。轉(zhuǎn)換層大平臺方式蓋上部分適合建多層建筑，不適合建高層建筑；下部結(jié)構(gòu)體對上部的制約比較大，下部的振動噪聲易傳遞到上部，適用于公共建筑或多層住宅。核心筒落地和夾心落地方式主要用于高層住宅或?qū)懽謽堑拈_發(fā)，其落地的結(jié)構(gòu)體可以與車輛段上蓋結(jié)構(gòu)分開，下部的振動噪聲不易傳遞到上部，上下互不干擾，但占地面積比較大。

在當(dāng)前車輛段上蓋開發(fā)設(shè)計中，這3種結(jié)構(gòu)形式常常組合應(yīng)用，比如在運用庫片區(qū)，因形狀較為規(guī)整，常用核心筒落地方式或夾心落地方式；而在檢修庫片區(qū)，由于車庫跨度比較大，跨距大小不一，多采用轉(zhuǎn)換層方式；對于車輛段道岔群區(qū)，由于柱子位置不規(guī)則，一般建設(shè)單層綠地和景觀等。

2 車輛段物業(yè)開發(fā)減振降噪中存在的問題

通過對國內(nèi)車輛段物業(yè)開發(fā)項目的調(diào)研和總結(jié)，筆者認為，當(dāng)前設(shè)計中主要存在以下幾個問題。

2.1 “重建筑，輕環(huán)境”

當(dāng)前，地鐵車輛段物業(yè)開發(fā)項目方興未艾，很多項目將工程的重點放在物業(yè)建筑空間、形式及結(jié)構(gòu)的利用和設(shè)計上，并未重視車輛段內(nèi)輪軌振動對于物業(yè)開發(fā)環(huán)境的影響。受項目進度、時序、技術(shù)制約等多方面因素的影響，許多車輛段物業(yè)開發(fā)項目未進行充分的環(huán)境評估，開發(fā)建筑和地鐵的工程未采取充分、有效的減振降噪措施，導(dǎo)致后期部分項目存在環(huán)境不達標的問題。

2.2 車輛段振動噪聲環(huán)境評價模型不科學(xué)

眾所周知，輪軌振動和噪聲受軌道線路線型、軌道型式、行車速度、敏感點建筑結(jié)構(gòu)形式、敏感點與振動噪聲源的空間關(guān)系等影響比較大，不同邊界條件下產(chǎn)生的振動噪聲特性也不同。近年來，國內(nèi)地鐵車輛段對于環(huán)境影響的評價，所采用的振動噪聲源強數(shù)據(jù)不夠科學(xué)和規(guī)范，有些項目采用了類比源強數(shù)據(jù)或軌道交通正線振動噪聲的源強數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，缺乏合理、科學(xué)的振動和噪聲源強數(shù)據(jù)作為環(huán)境評價的基礎(chǔ)。

地鐵車輛段線路曲線半徑小、空載低速運行，軌道系統(tǒng)多采用碎石道床有縫線路結(jié)構(gòu)，且存在大量道岔群。對于不同的功能區(qū)，列車的行車工況和速度也有所不同。根據(jù)國內(nèi)部分車輛段的實測數(shù)據(jù)，其振動的頻譜范圍多以低頻為主，與地鐵正線的振動源強頻譜特性有較大的區(qū)別，在環(huán)境評價中應(yīng)予以重視。

從空間關(guān)系特性分析，車輛段與正線在振動噪聲傳播衰減方面具有較大的差異。對于上蓋大平層開發(fā)模式的車輛段，車輛段庫內(nèi)線路、立柱檢查坑或整體道床結(jié)構(gòu)與房屋建筑、上蓋物業(yè)往往成為一體，雖然庫內(nèi)線運行速度慢，但輪軌振動往往會通過立柱直接傳遞至建筑物上方，振動影響不容小覷。國內(nèi)外研究學(xué)者的測試已表明，車輛段地面線路對于其平臺大上蓋建筑物的振動影響比較大，尤其是列車至停車或停車至開所引起的振動，沿立柱的傳播明顯要大。對于夾心落地開發(fā)模式、核心筒開發(fā)模式和上蓋開發(fā)形式，振動源與開發(fā)建筑空間是隔離的，地鐵列車振動的傳播和衰減主要在土層中完成。據(jù)國內(nèi)外某些科研機構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，車輛段輪軌振動特性多以低頻沖擊振動為主，然而因為土體對低頻振動的阻尼比較小，振動衰減得比較慢，所以，對于落地開發(fā)減振的低頻振動影響應(yīng)引起重視。

從敏感點振動響應(yīng)規(guī)律看，國內(nèi)學(xué)者對于減振振動的衰減特性曾有大量的研究。車輛段開發(fā)建筑的振動響應(yīng)與其結(jié)構(gòu)形式、樓層高度、空間距離有較大的關(guān)系。比如，隨著建筑物框架質(zhì)量的提高和剛度的增強，建筑物的振動響應(yīng)明顯降低；隨著建筑物與振動源空間距離的增加，建筑物的振動響應(yīng)呈衰減趨勢，但高層的衰減要大于低層的衰減。

基于以上分析和論述，車輛段輪軌振動的源強特性、開發(fā)物業(yè)的空間關(guān)系和敏感減振本身的特性對振動和噪聲的預(yù)測會有比較大的影響。因此，相關(guān)部門應(yīng)高度重視車輛段物業(yè)開發(fā)的環(huán)境評價，建立或修正合理的評價預(yù)測模型，以保證評價結(jié)果的合理性。

2.3 減振降噪設(shè)計盲目，缺乏系統(tǒng)性

既有車輛段振動噪聲的治理，往往僅從某一專業(yè)工程領(lǐng)域入手（比如軌道、聲屏障），缺少規(guī)劃布局、建筑結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)等多方位的系統(tǒng)性措施。從具體措施的選用角度看，因為缺少科學(xué)、合理的環(huán)境評估作為依據(jù)，設(shè)計者對于車輛段輪軌振動噪聲特性的認識不夠深入，設(shè)計者和決策者往往根據(jù)以往減振降噪的設(shè)計原則和措施設(shè)計，這樣很容易導(dǎo)致減振降噪設(shè)計的盲目性，造成局部減振降噪的過剩和不足。

3 車輛段軌道減振降噪特點及措施

3.1 車輛段減振降噪的特點

經(jīng)過對國內(nèi)車輛段輪軌振動的分析和實測數(shù)據(jù)的調(diào)研，車輛段軌道的主要振動源是輪軌相互作用時輪軌不平順、道岔群、鋼軌接頭等引起的振動，主要噪聲為輪軌滾動噪聲、接頭沖擊噪聲和輪軌摩擦噪聲。因車輛段運營工藝和軌道型式的特殊性，輪軌振動噪聲主要有以下幾個特點：①車速變化大，振動頻帶特性比較寬。受車輛段工藝的影響，車輛段行車速度跨度比較大，可由庫內(nèi)線的5 km/h至試車線80～100 km/h。不同速度所引發(fā)的振動激勵的頻帶比較寬，單一減振降噪措施較難抑制不同速度激勵下的振動影響。②道岔群、鋼軌接頭集中，非穩(wěn)態(tài)的輪軌沖擊激勵貢獻比較大，振動激勵頻帶、特性復(fù)雜，傳統(tǒng)的減振降噪措施比較難解決。③對于小半徑曲線地段，鋼軌垂向、橫向和縱向輪軌滾動與滑動引發(fā)的多方向激勵較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的單向抑制的減振結(jié)構(gòu)較難滿足其減振降噪的要求。④對于車場多股道寬裕的空間噪聲，不同股道振動噪聲源的傳遞路徑不同，且較為復(fù)雜。⑤地面振動和噪聲的頻帶、特性與正線有較大的差異，車輛段大部分區(qū)域車速比較慢，地面振動主要表現(xiàn)在低頻（20～60 Hz）。又因為道岔和鋼軌接頭具有小半徑曲線的特點，輪軌振動引發(fā)的噪聲輻射主要表現(xiàn)在中高頻段（200～800 Hz），具體如圖2所示。

基于對車輛段輪軌振動特性、行車工況、軌道型式特點的分析，筆者認為車輛段軌道減振降噪的重點區(qū)域是：①出入線和咽喉區(qū)地段；②試車線區(qū)域；③庫外小半徑曲線地段；④具有上蓋開發(fā)的庫內(nèi)線。

圖2 北京古城車輛段地面振動和噪聲1/3倍頻程圖

3.2 車輛段軌道減振降噪主要措施

3.2.1 減振措施

從對國內(nèi)外車輛段減振降噪的措施調(diào)研情況來看，一般采取的措施是降低振源激勵強度、從傳播路徑上削弱振動、從建筑物基礎(chǔ)和內(nèi)部隔振3點。輪軌減振屬于振源處隔振，是最直接、有效的方法，往往從軌道系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度和阻尼等方面入手，在組成軌道結(jié)構(gòu)的各個剛性部件（鋼軌、軌枕、道床等）間插入彈性層，獲得不同的固有頻率，從而得到不同減振性能。具體的減振措施有以下幾點。

3.2.1.1 扣件減振

扣件減振是降低扣件靜剛度，在鋼軌與軌枕之間增加彈性阻尼，以達到減振的效果。扣件減振平均可獲得的插入損失為3～8 dB?？奂p振在車輛段內(nèi)多應(yīng)用于具有上蓋物業(yè)的庫內(nèi)線整體道床地。國內(nèi)常用的扣件類型有雙層非線性減振扣件（靜剛度可達10～15 N/mm）、浮軌式扣件（靜剛度可達5～8 N/mm）等。這2種扣件如圖3、圖4所示。

圖3 雙層非線性減振扣件

圖4 浮軌式減振扣件

3.2.1.2 減振型軌道結(jié)構(gòu)

減振型軌道結(jié)構(gòu)是在道床與基礎(chǔ)直接插入彈性層，增加軌道結(jié)構(gòu)固有頻率，實現(xiàn)更高的減振性能。對于地鐵車輛段，可供選擇的減振軌道結(jié)構(gòu)有碎石道床道砟墊隔振道床、鋼彈簧浮置板道床等。碎石道床道砟墊隔振道床多用于咽喉區(qū)和庫外線等行車速度不高的區(qū)域，減振效果可達5～8 dB；鋼彈簧浮置板道床多用于車輛段行車速度比較快的試車線區(qū)域，減振效果可達10～15 dB。這2種軌道結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示。

3.2.2 降噪措施

車輛段軌道的主要噪聲主要來自輪軌滾動噪聲、接頭的沖擊噪聲和輪軌摩擦噪聲。軌道降噪措施主要集中在對于鋼軌高頻噪聲的防治方面，國內(nèi)外主要采用無縫線路、減振接頭夾板、阻尼鋼軌、鋼軌諧振器和嵌入式軌道結(jié)構(gòu)等降低軌道噪聲。

圖5 碎石道床隔振墊減振軌道結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 試車線鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2.1 無縫線路

消除鋼軌接頭，采用無縫線路，是提高鋼軌平順度、減少鋼軌接頭沖擊振動和噪聲最直接、有效的方法。近年來，越來越多的具有物業(yè)開發(fā)的車輛段子庫內(nèi)整體道床段采用無縫線路型式。

3.2.2.2 減振接頭夾板

減振接頭夾板是在原有鋼軌接頭夾板基礎(chǔ)上做了一些改動，將夾板中間部分的長度加高至與鋼軌踏面相平。當(dāng)車輪通過軌縫時，減振接頭夾板頂面和鋼軌頂面同時接觸車輪，可減少軌縫折角和臺階，緩解車輪沖擊振動。它多用于庫外有縫線路區(qū)域。減振接頭夾板如圖7所示。

圖7 減振接頭夾板示意

3.2.2.3 阻尼鋼軌

阻尼鋼軌和鋼軌諧振器等是在鋼軌上增設(shè)一定質(zhì)量的諧振塊抑制鋼軌振動的振動響應(yīng)，對高頻噪聲有一定的降噪效果，主要應(yīng)用于庫外小半徑曲線地段。

3.2.2.4 嵌入式軌道

嵌入式軌道結(jié)構(gòu)當(dāng)前主要應(yīng)用于有軌電車領(lǐng)域，它在國內(nèi)地鐵和車輛段的使用還處于嘗試階段。這類軌道結(jié)構(gòu)屬于埋入式軌道結(jié)構(gòu)，利用橡膠或高分子材料將鋼軌嵌入道床內(nèi)，且多采用無扣件連續(xù)支撐結(jié)構(gòu)，對鋼軌高頻振動噪聲有一定的抑制作用，可應(yīng)用于庫內(nèi)線整體道床地段。嵌入式軌道結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 嵌入式軌道結(jié)構(gòu)示意圖

4 車輛段軌道減振降噪設(shè)計的對策

基于對國內(nèi)車輛段減振降噪設(shè)計問題的分析和對車輛段輪軌振動噪聲特點的認識，筆者認為，車輛段的減振降噪宜遵循以下對策。

4.1 合理規(guī)劃業(yè)態(tài)布局，規(guī)避環(huán)境風(fēng)險

車輛段的上蓋物業(yè)規(guī)劃布局宜從輪軌振動噪聲污染源分布、振動噪聲特性和傳播機理出發(fā)，合理規(guī)劃建筑業(yè)態(tài)布局，讓學(xué)校、醫(yī)院、住宅等敏感度比較高的建筑遠離出入線咽喉區(qū)、試車線等重要“污染源”，從規(guī)劃層面規(guī)避環(huán)境污染風(fēng)險。

4.2 合理評價，系統(tǒng)設(shè)計

針對上蓋物業(yè)開發(fā)的車輛段，應(yīng)綜合考慮振動源強特性、開發(fā)形式、敏感點特性、空間距離、輪軌特性等內(nèi)容，做好對車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)的環(huán)境評估，為減振降噪設(shè)計提供科學(xué)、合理的設(shè)計基礎(chǔ)。在合理化評價的前提下，工程設(shè)計應(yīng)采用系統(tǒng)化的減振降噪設(shè)計方案，從車輛、減振、軌道系統(tǒng)等多方面進行減振降噪的主動和被動設(shè)計，以達到系統(tǒng)減振降噪的最優(yōu)效果。

4.3 量身定制，綜合設(shè)計

軌道減振降噪作為系統(tǒng)工程設(shè)計的重要部分，宜因地制宜，綜合設(shè)計。車輛段內(nèi)不同區(qū)域、不同的工況下，輪軌振動的頻率范圍、衰減特性不同，所以，應(yīng)根據(jù)不同特性，有針對性地采用有效的軌道減振結(jié)構(gòu)，以滿足減振降噪的需求。車輛段的降噪設(shè)計應(yīng)根據(jù)噪聲頻譜性能，組合不同特性的減振降噪結(jié)構(gòu)和措施，進行綜合一體化設(shè)計。

4.4做好銜接工作

在相關(guān)工作進行的過程中，要做好規(guī)劃布局、環(huán)境評價、工程設(shè)計和工程時序之間的銜接工作，科學(xué)、合理地設(shè)計和落實減振降噪措施。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國車輛物業(yè)開發(fā)需求的增加和開發(fā)品質(zhì)的不斷提高，車輛段的開發(fā)環(huán)境問題日益突出?？偨Y(jié)既有車輛段物業(yè)開發(fā)的經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，在今后的車輛段物業(yè)開發(fā)項目中，建議從規(guī)劃布局、工程時序銜接、科學(xué)環(huán)評、系統(tǒng)工程設(shè)計等4個方面入手，做好工程的策劃、規(guī)劃和設(shè)計，有效規(guī)避和控制車輛段物業(yè)的環(huán)境污染問題。

［1］贠虎.地鐵車輛段上蓋開發(fā)相關(guān)問題及應(yīng)對措施［J］.鐵道標準設(shè)計，2015（7）：165-168.

［2］李冬，林楚娟，梁常德，等.城市軌道交通上蓋物業(yè)振動及噪聲影響研究進展［J］.綠色科技，2014（11）：191-194.

〔編輯：白潔〕

U211.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.037

2095－6835（2017）14－0037－05