地鐵車輛段上蓋開發(fā)振動噪聲綜合控制路線分析

尹華拓

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，廣州 510010）

1 振動噪聲控制現(xiàn)狀

地鐵車輛段上蓋開發(fā)及振動噪聲綜合控制是近年來我國各地地鐵建設(shè)過程中面臨的一項新課題。

1999年建成的北京地鐵1號線四惠車輛段是我國首次進(jìn)行上蓋開發(fā)的車輛段，當(dāng)時圍繞減振降噪開展了一系列研究和探索[1]，在試車線試鋪了國產(chǎn)道砟墊，并設(shè)置了部分建筑減振支座。

后續(xù)各地在車輛段上蓋開發(fā)方案中均考慮了振動噪聲的影響及控制問題，北京、上海、武漢、廣州、深圳、杭州、寧波、佛山等地針對車輛段上蓋開發(fā)振動噪聲控制已著手開展或擬開展一些試驗、測試和研究[2-7]，包括振動源強(qiáng)及傳播規(guī)律的調(diào)研與仿真分析、振動噪聲標(biāo)準(zhǔn)研究、減振降噪措施研究與應(yīng)用等，但限于車輛段振動噪聲影響的復(fù)雜性，現(xiàn)階段多數(shù)項目仍局限于采取定性的振動噪聲控制措施，對措施的充分必要性尚缺乏更全面、系統(tǒng)的理論或經(jīng)驗數(shù)據(jù)支撐。

2 振動噪聲影響特點(diǎn)

車輛段線路通常分為出入線、咽喉區(qū)及庫外線、試車線及停車列檢庫線等，不同線路的平面縱斷、列車運(yùn)行速度、時間段及頻次、軌道結(jié)構(gòu)等均存在較大的差異，產(chǎn)生的振動噪聲水平、頻譜特性及影響時段亦有著不同的特點(diǎn)和差異。與正線相比，車輛段振動噪聲源種類多、分布面廣、早發(fā)車晚收車及單列車通過（速度低）的持續(xù)時間長、頻域更寬泛。

車輛段占地面積大，其上蓋開發(fā)通常為包含各種建筑類型和功能的綜合體：諸如住宅、醫(yī)院、學(xué)校、寫字樓、酒店、娛樂、購物等。不同使用功能建筑物的體量、下部基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)形式、使用時段、敏感對象及振動噪聲控制指標(biāo)與限值標(biāo)準(zhǔn)等均不盡相同。此外，上蓋開發(fā)相對于周邊同類開發(fā)的價值定位也是重要的考量因素。

具體到特定的車輛段，不同功能區(qū)域與上蓋開發(fā)建筑物之間的基礎(chǔ)、平面及高程等的相對關(guān)系通常各有不同，使得一個功能區(qū)域產(chǎn)生的振動噪聲可能影響到多個上蓋開發(fā)建筑物，而一個建筑物可能受到來自多種不同線路、多種振動噪聲源在相同時段或不同時段的影響，使得振動噪聲影響分析、預(yù)測及判斷變得更加復(fù)雜。

3 綜合控制流程及方法

由上文分析可知，車輛段上蓋開發(fā)振動噪聲綜合控制絕不僅僅是定性采取一些減振降噪技術(shù)措施這么簡單，而是需當(dāng)成一項方方面面均應(yīng)周全考慮的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程來對待。具體到某個車輛段上蓋開發(fā)的振動噪聲控制，主要的流程做法包括以下6個步驟，見圖1。

圖1 車輛段上蓋開發(fā)振動噪聲綜合控制主要流程Fig. 1 Main process of integrated control of vibration and noise for the metro depot superstructure

3.1 工程條件、特點(diǎn)及需求分析

全面梳理分析車輛段與上蓋開發(fā)振動噪聲控制相關(guān)的工程條件、特點(diǎn)及需求，包括：

1）車輛段的功能區(qū)域劃分、建設(shè)時序、站場線路布置、軌道結(jié)構(gòu)、車輛段周邊環(huán)境及條件、維修工藝及運(yùn)營行車工況方案等；

2）上蓋開發(fā)的總體布局、規(guī)模、建設(shè)時序、不同建筑類別、體量、結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式，與車輛段不同功能區(qū)域的平面、高程關(guān)系等；

3）振動噪聲傳遞路徑及可能產(chǎn)生影響的因素，包括地質(zhì)條件、基礎(chǔ)相對關(guān)系、結(jié)構(gòu)開孔及朝向等；

4）與振動噪聲控制需求相關(guān)的周邊現(xiàn)狀及規(guī)劃環(huán)境條件、上蓋開發(fā)價值目標(biāo)定位、振動噪聲敏感的目標(biāo)對象及訴求、投融資模式、建設(shè)及運(yùn)營管理規(guī)則等。

3.2 振動噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)選擇及確認(rèn)

車輛段不同區(qū)域在不同時間段產(chǎn)生的振動噪聲影響包括 3類：振動速度/加速度（室外及室內(nèi)）、二次結(jié)構(gòu)噪聲（室內(nèi)）、空氣傳播噪聲（室外及室內(nèi)）。

不同建筑物內(nèi)敏感人群或設(shè)備的振動噪聲控制時段、指標(biāo)、頻段、限值各不相同。我國現(xiàn)有與振動噪聲控制相關(guān)的主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：

1）GB 10070—1988《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》；

2）GB/T 50355—2005《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》；

3）GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》；

4）GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》；

5）JGJ/T 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》；

6）GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》；

7）GB 50868—2013《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》；

8）HJ 453—2008《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則：城市軌道交通》。

上述這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、使用條件、評價指標(biāo)及限值、測試方法等均有所不同，尚無現(xiàn)成的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對車輛段振動噪聲控制進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，而是需從現(xiàn)有各種針對振動噪聲源、環(huán)境區(qū)劃及建筑物內(nèi)敏感目標(biāo)的振動噪聲控制規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)去甄選、取舍。

選取的振動噪聲控制指標(biāo)及限值標(biāo)準(zhǔn)需與地鐵建設(shè)、上蓋開發(fā)、環(huán)境影響評價等單位進(jìn)行溝通，并經(jīng)過環(huán)評主管部門的確認(rèn)后再作為正式依據(jù)。

值得關(guān)注的是，我國振動噪聲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)雖然根據(jù)敏感目標(biāo)的不同類型設(shè)置了不同的限值標(biāo)準(zhǔn)，但對同一種功能區(qū)或同一類敏感目標(biāo)，通常只有一個限值，針對車輛段上蓋開發(fā)的特殊情況，可采用分級標(biāo)準(zhǔn)的方式來對待。為滿足國家相關(guān)“達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)”，對重要或特殊的開發(fā)建筑，還可在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究的基礎(chǔ)上，采用更嚴(yán)格的限值控制標(biāo)準(zhǔn)——“舒適標(biāo)準(zhǔn)”，以達(dá)到更高的開發(fā)價值目標(biāo)。

3.3 振動噪聲影響分析及預(yù)測

確定車輛段各功能區(qū)域的振動噪聲源，包括出入線及庫外線的小半徑曲線嘯叫聲及軌縫輪軌沖擊振動噪聲、道岔區(qū)“有害空間”輪軌沖擊引起的振動噪聲、試車線中高速試車引起的振動噪聲、各維修庫內(nèi)軌縫引起的輪軌沖擊振動噪聲等。這些振動噪聲源種類多，目前階段尚缺乏足夠的數(shù)據(jù)積累，但大多數(shù)車輛段不同功能區(qū)域的振動噪聲源特征比較相近，通過一定的實(shí)測樣本統(tǒng)計，可獲得較可靠的振動噪聲源數(shù)據(jù)。

綜合采用經(jīng)驗法、工況類比法、仿真分析法、場地條件模擬測試法等方法，計算分析各敏感建筑接收到的各源強(qiáng)傳遞過來的疊加接收值，注意疊加接收值應(yīng)與控制指標(biāo)及限值的定義嚴(yán)格一致，以方便對照。若整個上蓋開發(fā)的建筑數(shù)量較多，工況條件一致的可合并考慮，即片區(qū)毗鄰、線路類型相同、與線路距離相近、列車運(yùn)行速度相近、基礎(chǔ)與上蓋平臺的關(guān)系一致的建筑，可當(dāng)成同一類振動噪聲工況來進(jìn)行預(yù)測分析，合理簡化分析預(yù)測工作量。

當(dāng)采取一定的減振降噪措施后，再次計算分析敏感建筑振動噪聲綜合接收值；若不能達(dá)標(biāo)，需對減振降噪措施進(jìn)行調(diào)整后再計算，直到達(dá)標(biāo)為止。

3.4 綜合減振降噪方案的確定及實(shí)施

綜合減振降噪方案的確定及實(shí)施涉及技術(shù)和管理兩個層面，主要按以下幾個原則來開展。

3.4.1 全過程管控

振動噪聲控制效果的實(shí)現(xiàn)是一個過程，有賴于良好的建設(shè)及運(yùn)營管理規(guī)則來確保實(shí)現(xiàn)，這個過程主要包括方案研究、初步設(shè)計及施工圖設(shè)計、產(chǎn)品供貨、施工安裝及運(yùn)營維護(hù)等，在各階段均需要采取切實(shí)可靠的管理控制措施，保障綜合減振降噪技術(shù)措施能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

3.4.2 總體布局優(yōu)化

盡量將對振動噪聲控制要求較高的建筑布置在車輛段振動噪聲源較小的區(qū)域，將振動噪聲控制要求相對較低的建筑物布置在振動噪聲源相對較大的區(qū)域。比如將住宅、醫(yī)院、學(xué)校、賓館等布置在停車列檢庫及試車線末段區(qū)域，將商業(yè)、辦公等布置在靠近出入線、試車線中段及庫外線咽喉區(qū)等區(qū)域，也可將振動噪聲較大的庫外線咽喉區(qū)及試車線中段的上部設(shè)為停車場或公共綠地。

3.4.3 分區(qū)差異化治理

從表1可知，車輛段不同功能區(qū)域的線路、軌道、速度及振動噪聲源的機(jī)理、大小、頻譜及傳遞特性均有著明顯的區(qū)別，加之不同區(qū)域上蓋開發(fā)的建筑類型及振動噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)不同，相應(yīng)振動噪聲影響及控制措施也需要適應(yīng)不同功能區(qū)域工程條件及振動噪聲源特點(diǎn)，并能滿足相應(yīng)建筑類別的振動噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展水平，車輛段不同功能區(qū)域的振動噪聲控制主要技術(shù)措施詳見表2[8]。

表1 車輛段不同線路軌道速度特征及主要振動噪聲源Tab. 1 Velocity of and noise and vibration sources from different lines in the depot

3.4.4 分階段實(shí)施

車輛段及其上蓋開發(fā)項目的建設(shè)通常分為4個階段：土建結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及站場路基建設(shè)、上蓋平臺建設(shè)、鋪軌、上蓋建筑建設(shè)等，其相應(yīng)的振動噪聲綜合控制技術(shù)措施可分為幾個階段來實(shí)施，見表2。

由于在所有綜合減振降噪技術(shù)措施中，一部分與土建結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)或鋪軌同步實(shí)施，還有一部分與上蓋建筑同步實(shí)施，另外一些單獨(dú)實(shí)施。此外，車輛段振動噪聲情況比較復(fù)雜，預(yù)測研究存在一定的偏差，所以在車輛段投入運(yùn)營后不便實(shí)施的措施，應(yīng)作為主要措施在運(yùn)營前實(shí)施；可在運(yùn)營后根據(jù)情況追加的措施，則酌情作為輔助措施預(yù)留實(shí)施條件。

表2 車輛段不同線路可用的減振降噪技術(shù)措施及實(shí)施階段Tab. 2 Noise and vibration attenuation measures fro different lines in the depot and their implementation stages

具體項目實(shí)施過程中，在車輛段線路、路基及上蓋平臺施工完畢、鋪軌施工前后的階段內(nèi)，還可根據(jù)現(xiàn)場條件開展一些針對性的振動噪聲傳遞特性測試及分析，根據(jù)測試分析結(jié)果，可在上蓋平臺及建筑物建設(shè)階段再對尚未實(shí)施的綜合減振降噪技術(shù)措施進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整與優(yōu)化。

3.4.5 運(yùn)營期間的輔助性管理措施

除綜合技術(shù)措施之外，運(yùn)營期間需采取以下輔助性管理措施來對振動噪聲加以控制，主要包括：

1）鋼軌預(yù)防性打磨；

2）限定行車速度；

3）限定使用時段，比如試車線盡量晝間使用，夜間避免噪聲較大的設(shè)備作業(yè)；

4）嚴(yán)禁鳴笛；

5）減少使用場內(nèi)廣播；

6）增加景觀性隔聲植被。

3.5 振動噪聲控制措施效果實(shí)測及評估

針對具體車輛段上蓋開發(fā)的振動噪聲控制措施實(shí)際效果，測試應(yīng)從最早的措施開始實(shí)施后即著手進(jìn)行，一方面是驗證前期分析預(yù)測的振動噪聲源強(qiáng)、傳遞規(guī)律及措施效果與實(shí)際情況之間的差異，另一方面也是為后續(xù)階段的振動噪聲影響規(guī)律及控制措施的修正提供數(shù)據(jù)支撐。

整個車輛段及上蓋平臺實(shí)施完畢后，應(yīng)對振動噪聲總體控制效果進(jìn)行測試分析及評價。

4 結(jié)語

車輛段功能區(qū)域多，列車運(yùn)行速度及時段、線路及軌道結(jié)構(gòu)等工況條件復(fù)雜，故車輛段上蓋開發(fā)振動噪聲的控制不能僅局限于采取各種技術(shù)措施，而是應(yīng)首先開展系統(tǒng)性的振動噪聲規(guī)律及適用的控制標(biāo)準(zhǔn)研究，在此基礎(chǔ)上開展綜合性、分區(qū)域、分階段的技術(shù)與管理措施方案研究與設(shè)計，工程實(shí)施過程中及最終開通運(yùn)營后，還需進(jìn)行全面的測試與分析，評估振動噪聲控制措施的實(shí)施效果。

在車輛段上蓋開發(fā)振動噪聲控制領(lǐng)域，下階段還需通過大量數(shù)據(jù)積累、統(tǒng)計及實(shí)施經(jīng)驗進(jìn)行重點(diǎn)研究，內(nèi)容主要包括：

1）車輛段各功能區(qū)域振動噪聲源強(qiáng)的大小、頻譜及傳遞特性[9-10]。

2）適合于車輛段上蓋開發(fā)各類建筑的振動噪聲控制指標(biāo)、限值及相應(yīng)的測試方法。

3）各類振動噪聲控制技術(shù)措施，主要針對振動、二次結(jié)構(gòu)噪聲及空氣傳播噪聲的控制效果。