地鐵上蓋建筑物的振動及噪聲控制方法及應(yīng)用

摘 要：近幾年我國地鐵建設(shè)發(fā)展迅速，但地鐵運行引起的振動和噪聲對周圍建筑物的影響越來越引起人們的關(guān)注。本文在分析建筑物對地鐵振動響應(yīng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過對減振降噪技術(shù)的總結(jié)研究，并結(jié)合一個具體工程實例，為地鐵振動與噪聲控制提供一些可供參考的方法。

關(guān)鍵詞：振動；噪聲；減振墊

1.引言

地鐵軌道交通以其大運量、安全、快捷、方便、舒適等成為理想的交通工具，在解決城市交通擁堵問題中起著特殊的作用。然而，隨著城市地鐵建設(shè)的大力發(fā)展，由地鐵運行誘發(fā)的振動與噪聲對周圍環(huán)境的污染影響問題越來越突出。因此，對地鐵振動與噪聲控制的相關(guān)研究已刻不容緩。

本文結(jié)合臨近建筑物對地鐵振動的響應(yīng)規(guī)律，從振源控制、振動傳播途徑控制、敏感建筑的減振隔振措施三個方面進行分析，并結(jié)合一個具體工程實例，提出相應(yīng)的解決方案，為地鐵振動與噪聲的控制提供一些有益的借鑒。

2.地鐵振動和噪聲的特點及傳播規(guī)律

根據(jù)物理學(xué)原理，地鐵運行產(chǎn)生的振動屬于機械振動，而噪聲屬于機械振動產(chǎn)生的機械波。具體說來，地鐵列車運行時引起車輛對軌道產(chǎn)生沖擊，傳遞到軌道結(jié)構(gòu)，再通過隧道結(jié)構(gòu)傳遞到周圍土層，進而激發(fā)臨近建筑物產(chǎn)生振動，這種振動可能誘發(fā)室內(nèi)結(jié)構(gòu)振動，產(chǎn)生噪聲。根據(jù)地鐵振動的產(chǎn)生、傳播和作用特點，其對周圍環(huán)境的影響可以分為三個階段：（1）振動產(chǎn)生階段，即列車車輪對軌道的沖擊產(chǎn)生激勵；（2）振動傳播階段，即振動通過軌道基礎(chǔ)和襯砌結(jié)構(gòu)向周圍土介質(zhì)和地面?zhèn)鞑ィ唬?）振動作用階段，即振動作用在沿線建筑上，進而誘發(fā)建筑結(jié)構(gòu)的振動和噪聲。

影響地鐵振動傳播的因素很多，主要包括地鐵列車質(zhì)量和運行速度、輪軌類型、軌道狀況、隧道結(jié)構(gòu)、地層（巖石）條件、沿線建筑物類型和材料性能等。

振動頻率及振幅是機械振動的主要屬性，根據(jù)相關(guān)研究表明：

（1）高頻振動隨距離的增大而衰減很快，傳播至建筑物內(nèi)的振動主要以低頻為主；垂直振動幅度顯著高于水平振動，且衰減慢。

（2）距離地鐵隧道大約70米的建筑物振動很小，軌道、隧道壁的振動響應(yīng)隨列車車速增大而增大，且車速變化對地面振動也有較顯著的影響。隧道埋深越深，對建筑物的影響越小。

（3）當(dāng)前地鐵產(chǎn)生的振動噪聲的頻率范圍一般在20～200Hz，峰值一般出現(xiàn)在20～80Hz。人們感覺到受干擾的振動級大約在72dB，低于62dB時，振動對人們的影響可忽略。

3.地鐵振動的控制措施

地鐵運行產(chǎn)生的振動主要是以機械波的形式通過隧道結(jié)構(gòu)和周圍地層傳播。因此，根據(jù)上述建筑物對地鐵振動的響應(yīng)分析，針對地鐵減振措施主要從三個方面出發(fā)：降低振源的激振強度、切斷或削弱傳播途徑上的振動、對需要減振的建筑物結(jié)構(gòu)布置進行調(diào)整。

3.1調(diào)整建筑物與地鐵的距離

已有研究結(jié)果表明，調(diào)整建筑物與地鐵線路的距離是解決振動影響的最有效手段之一，隨著距離的增加，振動影響峰值下降非常明顯。

3.2 振源的控制

針對振源的減振措施是最直接的方法，屬于治本治源的措施。由于地鐵列車的振源強度一般主要由列車、軌道以及兩者之間的接觸關(guān)系確定，因此在敏感建筑附近，軌道應(yīng)采取高級及以上減振措施，如浮置板、碎石道床、減振墊等。

3.3 傳播途徑的控制

在建筑物基礎(chǔ)與土層之間隔振，在土層傳播途徑中進行阻斷，具體措施包括設(shè)置隔振溝、隔振墻、減振墊等。已有研究表明，隔振溝、隔振墻及減振墊等措施可以有效對振動的傳播進行部分阻斷，起到減小建筑振動響應(yīng)的效果。

3.4 調(diào)整建筑物結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置

可以通過調(diào)整建筑物結(jié)構(gòu)布置，來減小振動響應(yīng)。因為振動與建筑樓板剛度和質(zhì)量相關(guān)，可通過增大樓板厚度的方法來增大樓板的剛度和質(zhì)量，在一定程度上減小樓板的振動響應(yīng)，建筑基礎(chǔ)也應(yīng)采用加厚的厚板基礎(chǔ)或者樁基礎(chǔ)。

3.5 建筑裝修類降噪措施

在房屋裝修上采取措施，例如采用木質(zhì)架空地板，采用隔音吊頂，墻面采用多層隔音材料等，可在一定程度上減小噪聲影響。

4.減振降噪實例

北京市昌平區(qū)未來科技城區(qū)域某項目，規(guī)劃中的地鐵17號線從該項目地塊中間以地下線的方式穿過，并在地塊內(nèi)設(shè)置地鐵站，屬于典型的地鐵上蓋項目。該項目含有住宅樓、辦公樓、商業(yè)街等，其中，住宅樓屬于對地鐵振動與噪聲敏感的建筑，且距離地鐵軌道最近的住宅樓水平距離不足4米，因此必須采取有效的減振降噪措施。

在此項目中，工程技術(shù)小組通過反復(fù)論證研究及方案對比，最終確定如下減振降噪措施：

（1）從振源控制方面，在項目影響范圍內(nèi)，地鐵17號線軌道采用碎石道床加橡膠減振墊的技術(shù)方案；

（2）從振動傳播途徑方面，建筑物基礎(chǔ)下設(shè)置減振墊。因國產(chǎn)材料不達標(biāo)，本項目選用了奧地利進口減振墊材料。

（3）從敏感建筑物自身方面，增加了各層樓板厚度及基礎(chǔ)底板厚度，在一定程度上減小了建筑物的振動響應(yīng)；在室內(nèi)裝修方面采用了隔音、吸音材料等，一定程度上降低了噪聲影響。

通過以上多種措施并用，工程技術(shù)小組利用程序軟件（美國ANSYS軟件）建立模型進行振動及噪聲仿真模擬預(yù)測，滿足相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)。

5.小結(jié)

雖然國內(nèi)外專家學(xué)者在地鐵振動和噪聲控制領(lǐng)域已經(jīng)做了大量的研究工作，也取得了許多顯著的成果，但仍然存在不少需要解決的問題。例如，減振墊材料研究在國內(nèi)仍然相對落后，國產(chǎn)減振墊無法滿足使用要求，高性能的減振墊材料仍需從國外進口，大大增加了訂貨、加工及運輸?shù)墓て?，同時也大大增加了成本投入，因此應(yīng)加大力度進行高科技含量材料的研發(fā)。期待通過不斷努力，我國能有更好的減振降噪方法及滿足工程各項要求的高科技材料。

注：本文寫作過程中受到北京市建筑設(shè)計研究院有限公司總工程師陳彬磊老師的指導(dǎo)，在此表示誠摯的感謝。

參考文獻：

[1]王可，樊鵬主編. 機械振動與噪聲控制的理論、技術(shù)及方法[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2014.10.

[2]北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《地鐵噪聲與振動控制規(guī)范》（DB11/T 838-2011）.

作者簡介：

張航（2000年—），男，就讀于北京市第三十五中學(xué)高中三年級1A班，具備較強的創(chuàng)新實踐能力，癡迷于應(yīng)用物理、建筑工程、材料科學(xué)、計算機仿真模擬等學(xué)科。