地鐵施工、運(yùn)營期振動環(huán)境影響及控制措施

賀磊

摘要：指出了近20年來我國地下鐵道的迅猛發(fā)展，給城市居民工作和生活帶來了極大的便利，然而地鐵引發(fā)的振動與噪音也給城市建設(shè)和居民生活帶來危害。對地鐵的施工期、運(yùn)營期的振動環(huán)境影響以及防護(hù)措施展開了研究，結(jié)果表明：地鐵施工期主要振動來源于機(jī)械振動、爆破作業(yè)等，控制施工作業(yè)的時間及施工方式能有效降低振動影響。運(yùn)營期的振動是列車構(gòu)造、行車速度、軌道、隧道結(jié)構(gòu)、沿線地質(zhì)等因素綜合作用的結(jié)果，需要從規(guī)劃階段、設(shè)計(jì)階段、日常保養(yǎng)等多途徑來控制影響。

關(guān)鍵詞：地鐵振動；環(huán)境影響；控制措施；施工期；運(yùn)營期

中圖分類號： P315

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06020802

1 引言

隨著城市的不斷擴(kuò)大，地鐵作為一種緩解城市交通壓力的現(xiàn)代化交通工具，其優(yōu)勢日益明顯：不占用地面空間、速度快、運(yùn)量大、準(zhǔn)時率高。然而地鐵在施工、運(yùn)營期間，穿越建筑密集區(qū)域所引起的環(huán)境振動問題也逐漸凸顯，振動已被國際列為七大環(huán)境公害之一[1]。我國各大城市因地鐵造成的振動和結(jié)構(gòu)噪聲投訴逐年增加， 研究地鐵施工、運(yùn)營期的振動環(huán)境影響及控制措施有重要意義。

2 施工期振動影響分析

2.1 施工期振動敏感點(diǎn)及影響分析

受施工機(jī)械振動影響的主要是位于車站附近、部分明挖路段環(huán)境敏感點(diǎn)。區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工對線路兩側(cè)地面產(chǎn)生振動影響較小，對線路正上方振動有一定影響，主要表現(xiàn)為地面沉降。明挖施工將使用各高頻振動機(jī)械，對車站周圍的建筑影響較大，但其影響為間斷性，主要集中在施工初期的路面破碎。施工振動主要為明挖法施工地段兩側(cè)約30m 內(nèi)，居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等可能受施工振動影響的敏感點(diǎn)。

2.1.1 施工場地作業(yè)影響分析

施工場內(nèi)的振動作業(yè)將會對該范圍內(nèi)的敏感點(diǎn)造成影響，影響居民正常的生活、工作以及教學(xué)等；建議風(fēng)鎬、空壓機(jī)等振動值較高設(shè)備盡量不在夜間休息時段使用。

2.1.2 爆破作業(yè)影響分析

在施工過程中，遇到巖層需進(jìn)行小規(guī)模的爆破作業(yè)，爆破振動通常用爆破振動速度來評價(jià)。《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2011）規(guī)定了建筑物地面質(zhì)點(diǎn)的安全振動速度。爆破作業(yè)的影響范圍由爆破方式、裝藥量、地質(zhì)條件等因素確定。我國推薦爆破振動對建筑物影響公式（薩道夫斯基公式）[2]：

V=K（Q1/3/R）a

式中：K為場地系數(shù)；a為衰減系數(shù)；Q為單段最大裝藥量，kg；R為測點(diǎn)與爆破位置距離，m。

一般情況下，對于持續(xù)性振動，當(dāng)振速超過0.2cm/s，人們就有顯著感覺，會有投訴；當(dāng)振速超過0.6cm/s，人們會感到不愉快?？紤]到施工爆破對人群的影響，應(yīng)從嚴(yán)控制爆破用藥量。按上述公式計(jì)算，當(dāng)K為350，振速為0.2cm/s，爆破與建筑物距離5m，環(huán)境振動的炸藥安全用量為0.01kg；當(dāng)與建筑物的距離增加到25m時，安全用量為0.36kg；當(dāng)與建筑物的距離為50m時，安全用量為1.43kg。施工時應(yīng)根據(jù)工程沿線地面建筑物類型、敏感點(diǎn)的分布等實(shí)際狀況，控制一次齊爆的最大用藥量。同時對于有敏感點(diǎn)的區(qū)段，夜間不得進(jìn)行爆破作業(yè)。

2.2 施工期振動環(huán)境影響防護(hù)措施

（1）科學(xué)合理的施工現(xiàn)場布局是減少施工振動的重要途徑，在滿足施工作業(yè)的前提下，應(yīng)充分考慮施工場地布置與周邊環(huán)境的相對位置關(guān)系。將施工現(xiàn)場的固定振動源，如加工車間、料場等相對集中，以縮小振動干擾的范圍。

（2）在保證施工進(jìn)度的前提下，優(yōu)化施工方案，合理安排作業(yè)時間，在環(huán)境振動背景值較高的時段內(nèi)進(jìn)行高振動作業(yè)，限制夜間進(jìn)行有強(qiáng)振動污染嚴(yán)重的施工作業(yè)，并做到文明施工。

（3）區(qū)間段采用盾構(gòu)法施工的，應(yīng)事先對離隧道較近的敏感點(diǎn)詳細(xì)調(diào)查、做好記錄，對可能造成的房屋開裂、地面沉降等影響采取加固等預(yù)防措施。

3 運(yùn)營期振動環(huán)境影響

3.1 振動源分析

地鐵振動的產(chǎn)生和傳播是一個異常復(fù)雜的過程，它與地鐵列車的構(gòu)造、性能和行車速度、軌道、隧道結(jié)構(gòu)、材料及沿線的地質(zhì)條件等許多因素有關(guān)。車輛段振動影響主要來自于試車線、停車庫、咽喉岔區(qū)、出入段線等行車速度較快的部位。地鐵列車在運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動，通過軌道、隧道和土壤傳遞到上方建筑物基礎(chǔ)，由建筑物基礎(chǔ)振動而引起房屋地面、墻體、梁柱、門窗及室內(nèi)家具等振動使建筑物內(nèi)產(chǎn)生可聽聲，因此，二次結(jié)構(gòu)傳聲是地鐵振動的另一個主要因素。

3.2 振動污染防治措施建議

3.2.1 振動污染防治的一般性原則

根據(jù)地鐵振動的產(chǎn)生機(jī)理，在車輛類型、軌道構(gòu)造、線路條件等方面進(jìn)行減振設(shè)計(jì)，將降低輪軌接觸產(chǎn)生的振動源強(qiáng)值，從根本上減輕振動對周圍環(huán)境的影響[3～5]。

（1）車輛振動控制。車輛性能的優(yōu)劣直接影響振源的大小，在車輛構(gòu)造上進(jìn)行減振設(shè)計(jì)對控制軌道交通振動作用重大。根據(jù)國內(nèi)外的有關(guān)研究資料，采用彈性車輪可降低振動4～10dB。此外還可采用阻尼車輪或特殊踏面車輪；在轉(zhuǎn)向架上采取減振措施；減輕一、二系懸掛系統(tǒng)質(zhì)量；采用盤式制動等措施來降低車輛的振動。

（2）軌道結(jié)構(gòu)振動控制。軌道結(jié)構(gòu)振動控制主要包括鋼軌及線路形式、扣件類型和道床結(jié)構(gòu)等三方面的內(nèi)容：①鋼軌及線路形式60kg/m鋼軌無縫線路不僅能增強(qiáng)軌道的穩(wěn)定性，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量和降低車輛運(yùn)行能耗，而且能減少列車的沖擊荷載，已在城市軌道交通中得到廣泛應(yīng)用。②扣件類型：減振要求一般地段可采用Ⅲ型軌道減振器扣件。③道床結(jié)構(gòu)：地下線路減振要求較高地段可采用梯形軌枕，在需特殊減振的地段，可采用浮置板道床等。

（3）線路和車輛的維護(hù)保養(yǎng)。地鐵線路和車輪的光滑、圓整度直接影響地鐵振級的大小，良好輪軌條件可降低振動5～10dB。在運(yùn)營期加強(qiáng)輪軌的維護(hù)、保養(yǎng)，定期旋輪和打磨鋼軌，對小半徑曲線段涂油防護(hù)，以保證其良好的運(yùn)行狀態(tài)，以減少附加振動。

3.2.2 減振措施比選

（1）GJ-Ⅲ型軌道減振器扣件。結(jié)構(gòu)依靠鋼軌側(cè)邊及鋼軌下橡膠支承進(jìn)行減振；預(yù)測減振效果平均值≥6dB；造價(jià)估算為90萬元/單線km；50年內(nèi)至少要全部更換1～2次，更換對運(yùn)營無影響；與普通整體道床的施工方式相同；維修方便；實(shí)踐應(yīng)用：北京地鐵5號線、10號線。

（2）梯形軌枕。結(jié)構(gòu)由減振墊、兩根預(yù)應(yīng)力混凝土縱梁及其聯(lián)結(jié)桿件、橫縱向限位件組成；預(yù)測減振效果平均值≥10dB，造價(jià)估算為750萬元/單線km；50年內(nèi)個別更換1～2次，對運(yùn)營影響很??；施工難度小，技術(shù)成熟；維修量很??；實(shí)踐應(yīng)用：北京、上海、廣州、深圳。

（3）鋼彈簧浮置板軌道。結(jié)構(gòu)將道床板置于鋼彈簧；預(yù)測減振效果平均值≥15dB；50年內(nèi)個別更換1～2次；造價(jià)估算為1500萬元/單線km，更換對運(yùn)營影響很?。桓≈冒蹇涩F(xiàn)場澆筑，需專門施工機(jī)具，施工難度大，技術(shù)成熟；可維修，維修量??；實(shí)踐應(yīng)用：歐美、香港、廣州、北京。

3.2.3 合理規(guī)劃布局

為了對沿線用地進(jìn)行合理規(guī)劃，預(yù)防軌道交通運(yùn)營期的振動污染，建議科學(xué)規(guī)劃建筑物的布局，臨近線路振動源的第一排建筑宜規(guī)劃為商業(yè)用房等非振動敏感建筑。結(jié)合舊城區(qū)改造，應(yīng)優(yōu)先拆除靠振源較近的居民房屋，結(jié)合綠化設(shè)計(jì)和建筑物布局的重新配置，為新開發(fā)房屋留出振動防護(hù)距離，使之對敏感建筑物的影響控制在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

地鐵施工機(jī)械振動對敏感點(diǎn)影響主要發(fā)生在施工現(xiàn)場周圍地區(qū)。在爆破作業(yè)中，應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的要求，采用適當(dāng)?shù)谋萍夹g(shù)和控制措施，保護(hù)周圍敏感建筑。

運(yùn)營期除在設(shè)計(jì)階段根據(jù)地鐵振動場產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素，通過車輛性能、軌道結(jié)構(gòu)、日常保養(yǎng)等方面進(jìn)行減振，還應(yīng)合理規(guī)劃地鐵沿線用地性質(zhì)，預(yù)防軌道交通運(yùn)營期振動對周邊居民直接影響，從規(guī)劃層面降低地鐵振動對敏感建筑物影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭文軍.地鐵振動機(jī)理及減振措施的研究[M].北京：北方交通大學(xué)，1996.

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[4]關(guān)韻瑩，劉 超.地下鐵道的振動及其控制措施的研究[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2011，6（1）：77～84.

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