王梓陽

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600)

1 引言

軌道交通工程投入運(yùn)營(yíng)后，列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)沿線居民的生活造成一定困擾，長(zhǎng)期暴露在振動(dòng)環(huán)境中的居民舒適感、正常工作能力及生理健康都會(huì)受到振動(dòng)影響。軌道交通雖然給人們帶來了出行的便捷、快速，但伴隨產(chǎn)生的擾民振動(dòng)也成為亟待解決的問題[1-2]。

曹宇靜通過系統(tǒng)對(duì)比分析國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》(HJ 453—2008)和北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《地鐵噪聲與振動(dòng)控制規(guī)范》(DB11/T 838—2011)中推薦的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)模型，分析了兩種振動(dòng)預(yù)測(cè)模型中振動(dòng)修正項(xiàng)的優(yōu)缺點(diǎn)[3]。魚紅霞結(jié)合北京市軌道交通工程實(shí)況及其環(huán)境影響技術(shù)評(píng)估實(shí)踐分析研究軌道交通振動(dòng)程度與線路埋深、距離及車速等工程因素的關(guān)系[4]。

本工程取得環(huán)評(píng)批復(fù)后，隨著設(shè)計(jì)和施工的深入，部分區(qū)間線位發(fā)生了不同程度的偏移，振動(dòng)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的埋深和與線路距離也有不同程度的調(diào)整。同時(shí)根據(jù)工程環(huán)評(píng)批復(fù)后更新發(fā)布的相關(guān)導(dǎo)則、規(guī)范對(duì)原評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行校核，對(duì)未能滿足現(xiàn)行環(huán)保要求的工程提出了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的減振措施。

2 工程概況

本文以地鐵27號(hào)線為工程背景，線路起自西二旗站，沿13號(hào)線西側(cè)走行至清河火車站，出站后由西向東沿小營(yíng)西路敷設(shè)，至學(xué)清路后向南沿學(xué)院路到達(dá)線路終點(diǎn)。線路全長(zhǎng)12.67 km，其中高架段0.204 km，路基、U型槽及地下線約12.466 km。本文僅對(duì)地下線區(qū)間的振動(dòng)環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。

3 振動(dòng)環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)范圍

本工程振動(dòng)敏感目標(biāo)均位于地下線區(qū)間，振動(dòng)影響預(yù)測(cè)范圍為軌道中心兩側(cè)各60 m以內(nèi)區(qū)域。

3.2 預(yù)測(cè)模型

環(huán)評(píng)報(bào)告書振動(dòng)影響預(yù)測(cè)采用《地鐵噪聲與振動(dòng)控制規(guī)范》(DB11/T 838—2011)中的預(yù)測(cè)模型，修訂稿《地鐵噪聲與振動(dòng)控制規(guī)范》(DB11/T 838—2019)[5]已于2019年7月1日實(shí)施，本次振動(dòng)影響預(yù)測(cè)采用修訂稿中的預(yù)測(cè)模型。依據(jù)《地鐵噪聲與振動(dòng)控制規(guī)范》(DB11/T 838—2019)，振動(dòng)預(yù)測(cè)模型如下:

(1)預(yù)測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)值VLzmax

式中:VLzmax，0為列車振動(dòng)源強(qiáng)，列車通過時(shí)段參考點(diǎn)的Z計(jì)權(quán)振動(dòng)級(jí)；C為振動(dòng)修正項(xiàng)，dB。

(2)振動(dòng)修正項(xiàng)C

式中:C車速為車速修正，dB；C軸重和簧下質(zhì)量為軸重和簧下質(zhì)量修正，dB；C曲線為曲線修正，dB；C鋼軌條件為鋼軌修正，dB；C距離為距離修正，dB；C建筑物為建筑物類型修正，dB。

3.3 預(yù)測(cè)條件

本工程預(yù)測(cè)技術(shù)條件見表1。

表1 預(yù)測(cè)技術(shù)條件

設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為100 km/h，本次評(píng)價(jià)中，列車經(jīng)過敏感目標(biāo)處的速度根據(jù)列車牽引計(jì)算圖確定(見圖1)。

3.4 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

受篇幅限制，表2僅對(duì)環(huán)評(píng)階段與工程實(shí)施階段環(huán)境敏感建筑物距線路的距離和高差作對(duì)比，預(yù)測(cè)結(jié)果同時(shí)還受到建筑物類型、車速、曲線半徑等因素影響。

工程沿線預(yù)測(cè)點(diǎn)中，建筑物室外0.5 m內(nèi)或線路中心線地面處VLzmax近軌預(yù)測(cè)值在62.1～83.2 dB之間。以近軌VLzmax值計(jì)，晝間有35個(gè)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)超標(biāo)0.1～12.7 dB，夜間有30個(gè)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)超標(biāo)，超標(biāo)量為0.9～11.2 dB。環(huán)境保護(hù)目標(biāo)振動(dòng)超標(biāo)原因主要是其位于列車速度較快區(qū)間，建筑物本體距離線路較近，由列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)影響較大。

對(duì)照原環(huán)評(píng)報(bào)告，振動(dòng)預(yù)測(cè)值(以近軌VLzmax計(jì))增加的有34個(gè)(其中20個(gè)預(yù)測(cè)值的增量為0.1～3.0 dB，14個(gè)預(yù)測(cè)值的增量大于3.0 dB)，究其原因主要為:(1)工程變更后，部分敏感建筑與線路的距離和埋深變?。?2)部分敏感建筑對(duì)應(yīng)路段的車速增加；(3)預(yù)測(cè)模型及修正量的變化。

需要說明的是，環(huán)評(píng)階段采用《地鐵噪聲與振動(dòng)控制規(guī)范》(DB11/T 838—2011)提供的預(yù)測(cè)模式中關(guān)于建筑物修正量及距離修正量與修訂稿(DB11/T 838—2019)有較大變化。

4 二次結(jié)構(gòu)噪聲影響預(yù)測(cè)

4.1 評(píng)價(jià)范圍

根據(jù)2019年3月1日實(shí)施的《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》(HJ 453—2018)，室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲評(píng)價(jià)范圍為地下線線路中心線兩側(cè)50 m以內(nèi)區(qū)域(圓曲線半徑≤500 m時(shí)評(píng)價(jià)范圍擴(kuò)大到線路中心線兩側(cè)60 m)，因此，本次工作對(duì)位于評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的51處環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的二次結(jié)構(gòu)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

4.2 預(yù)測(cè)模型

列車通過時(shí)段建筑物室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲空間最大的1/3倍頻程的聲壓級(jí)LP，i(16～200 Hz)預(yù)測(cè)公式:

式中:LP，i為單列車通過時(shí)段建筑物室內(nèi)空間最大的1/3 倍頻程聲壓級(jí)(16～200 Hz)，dB；LVmid，i為單列車通過時(shí)段建筑物室內(nèi)樓板中央垂向1/3倍頻程振動(dòng)速度級(jí)(16～200 Hz)。

式(3)適用于高度約2.8 m、混響時(shí)間約0.8 s的房間。若屋內(nèi)空間偏離該條件[6]，則LP，i的計(jì)算式為:

式中:i為第i個(gè)1/3倍頻程，i＝1～12。

《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限制及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 170—2009)規(guī)定建筑二次結(jié)構(gòu)噪聲以連續(xù)等效A聲級(jí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，關(guān)注頻段為16～200 Hz[7]。單列車通過時(shí)段建筑物室內(nèi)空間最大的等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq，Tp(16～200 Hz)按式(5)計(jì)算:

式中:LAeq，Tp為單列車通過時(shí)段建筑物室內(nèi)空間最大的等效連續(xù) A 聲級(jí)(16～200 Hz)，dB(A)；Lp，i為單列車通過時(shí)段建筑物室內(nèi)空間最大的1/3倍頻程聲壓級(jí)(16～200 Hz)，dB(A)；Cf，i為第i個(gè)頻帶的 A計(jì)權(quán)修正值，dB；i為第i個(gè)1/3 倍頻程，i＝1～12；n為1/3倍頻程帶數(shù)。

4.3 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

結(jié)果表明，工程地下段正上方至外軌中心線50 m范圍內(nèi)的51處敏感目標(biāo)室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲為21.2～45.1 dB(A)，其中3處超出《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 170—2009)要求，晝間有1處超標(biāo)，超標(biāo)量為0.1 dB(A)，夜間超標(biāo)2.3～3.1 dB(A)，超標(biāo)建筑物為砌體(磚混)結(jié)構(gòu)。根據(jù)房屋建筑結(jié)構(gòu)特性，建(構(gòu))筑物的建造方式不同，對(duì)振動(dòng)的承受能力就會(huì)不同，傳遞振動(dòng)能量的能力也有所不同[8]。

因此，在夜間特別是特殊住宅區(qū)范圍內(nèi)，需要適當(dāng)降低列車車速或采取一定減振降噪措施來降低列車振動(dòng)影響[9]。

5 環(huán)境振動(dòng)控制對(duì)策

5.1 減振措施選取原則

為減輕列車運(yùn)行振動(dòng)對(duì)沿線敏感建筑物的干擾，結(jié)合本次預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)軌道采取減振措施原則基本與原環(huán)評(píng)一致。對(duì)VLzmax值超標(biāo)量小于10 dB的敏感點(diǎn)采用高等減振，超標(biāo)量大于10 dB的敏感點(diǎn)采用特殊減振措施，減振措施兩端的延長(zhǎng)量按一列車長(zhǎng)考慮。二次結(jié)構(gòu)噪聲超標(biāo)的敏感點(diǎn)與振動(dòng)超標(biāo)敏感點(diǎn)統(tǒng)籌考慮減振措施。

5.2 本工程采取的減振措施

地鐵經(jīng)過產(chǎn)生的豎向振動(dòng)加速度，在豎直方向隨著樓層的增加逐漸減小，在水平方向上隨著距離軌道的距離增加，加速度緩慢衰減[10]。

本工程原環(huán)評(píng)階段對(duì)地下線未明確具體措施，只提出了減振等級(jí)和控制目標(biāo)。實(shí)施階段，設(shè)計(jì)單位經(jīng)過分析、對(duì)比，綜合考慮安全性等因素，結(jié)合線路自身特點(diǎn)認(rèn)真篩選，采取了液體阻尼鋼彈簧浮置板道床、固體阻尼鋼彈簧浮置板道床、梯形軌枕3種不同類型的減振措施。

(1)液體阻尼鋼彈簧浮置板道床

道床板通過液體阻尼鋼彈簧隔振器進(jìn)行支撐，屬于道床下減振形式，因此對(duì)軌道的平順性以及列車運(yùn)行平穩(wěn)性幾乎無影響，在車內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生異常噪聲，其固有頻率為5～7 Hz。通過對(duì)已使用該減振措施的地鐵工程進(jìn)行測(cè)試，減振效果一般可以達(dá)到15.5 dB以上。

(2)固體阻尼鋼彈簧浮置板道床

固體阻尼浮置板道床實(shí)質(zhì)是將鋼彈簧隔振器應(yīng)用于道床中，通過隔振器中鋼彈簧的三維彈性增加道床-鋼軌系統(tǒng)的穩(wěn)定性，達(dá)到抑制和吸收固體聲的效果。通過對(duì)已使用該減振措施的地鐵工程進(jìn)行測(cè)試，減振效果一般可達(dá)到13.1 dB以上[11]。

(3)梯形軌枕

梯形軌枕是將板式軌道的雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)改進(jìn)成由預(yù)制的縱梁和鋼管橫向連接桿構(gòu)成，其消除了枕中負(fù)彎矩，取消了橫向預(yù)應(yīng)力，形成了“縱向預(yù)應(yīng)力梁+橫向鋼連桿”框架結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和制造工藝，具有主體結(jié)構(gòu)耐久性好、高度及減振剛度可調(diào)整、施工便捷快速的特點(diǎn)，已在多條地鐵工程中應(yīng)用，減振效果一般可以達(dá)到10 dB以上。

6 建議與結(jié)論

列車振動(dòng)源強(qiáng)水平會(huì)隨著鋼軌磨耗發(fā)展而提高，因此，遠(yuǎn)期進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)時(shí)還應(yīng)考慮鋼軌表面磨耗發(fā)展的影響[12]。

本線作為軌道交通骨干線，具有顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。由于工程沿線學(xué)校、醫(yī)院、居民區(qū)等環(huán)境保護(hù)目標(biāo)較為集中，運(yùn)營(yíng)期列車運(yùn)行將產(chǎn)生一定程度和范圍的振動(dòng)污染。實(shí)施階段根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果分析，在采取相應(yīng)的減振措施后，地鐵運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的振動(dòng)負(fù)面影響可以得到有效控制。