廈門市軌道交通1號線工程環(huán)境振動影響驗證初探

（福建省環(huán)境保護設(shè)計院有限公司，福建 福州 350012）

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，城市規(guī)模迅速擴張，城市人口不斷聚集，機動化水平不斷提高，中心城區(qū)主要交通節(jié)點的擁堵問題越來越突出，落實“交通強國”戰(zhàn)略，打通城市交通最后1公里，加快城市軌道交通建設(shè)成為必然趨勢。

城市在享受軌道交通帶來快捷便利的同時，軌道交通產(chǎn)生環(huán)境振動及二次結(jié)構(gòu)噪聲成為城市新的環(huán)境問題。城市是人口聚集區(qū)域，建筑林立，城市軌道交通地下線列車運行過程中，由于車輪與鋼軌之間產(chǎn)生撞擊，經(jīng)鋼軌、扣件、軌枕、道床向隧道結(jié)構(gòu)傳遞，再經(jīng)隧道結(jié)構(gòu)傳到地面，并通過地面向建筑物傳播，從而對沿線周圍區(qū)域產(chǎn)生振動干擾[3]。因此，科學(xué)探索預(yù)測軌道交通環(huán)境振動和二次結(jié)構(gòu)噪聲影響程度，保護城市人群，成為軌道交通環(huán)境影響評價的重要內(nèi)容。

1 城市軌道交通預(yù)測模型分析

根據(jù)我國城市軌道交通的發(fā)展，城市軌道交通環(huán)境振動影響評價技術(shù)不斷完善，生態(tài)環(huán)境部出臺了《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》（HJ453-2008）（簡稱“舊導(dǎo)則”）、《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》（HJ453-2018）（簡稱“新導(dǎo)則”），預(yù)測準確性在于預(yù)測模式中相關(guān)參數(shù)的選取。

1.1 舊導(dǎo)則預(yù)測模型

舊導(dǎo)則附錄C給出的振動預(yù)測公式如下：

式中，VLz0,i——列車振動源強，列車通過時段的參考點Z計權(quán)振動級，dB；n——列車通過列數(shù)，n≥5；C——振動修正項，按式（2）計算，dB。

式中，Cv——速度修正，dB；Cw——軸重修正，dB；CL——軌道結(jié)構(gòu)修正，dB；CR——輪軌條件修正，dB；CH——隧道結(jié)構(gòu)修正，dB；CD——距離修正，dB；CB——建筑類型修正，dB。

1.2 新導(dǎo)則預(yù)測模型

新導(dǎo)則附錄D給出的振動預(yù)測公式如下：

式中，VLZmax——預(yù)測點處的VLZmax，dB；VLZ0max——列車運行振動源強，dB；CVB——振動修正，按式（4）計算，dB。

式中，Cv——列車速度修正，dB；Cw——軸重和簧下質(zhì)量修正，dB；CR——輪軌條件修正，dB；CT——隧道型式修正，dB；CD——距離衰減修正，dB；CB——建筑物類型修正，dB；CTD——行車密度修正，dB。

1.3 預(yù)測模型對比

新舊導(dǎo)則中，振動預(yù)測模型的本質(zhì)是一樣的，不同的是振動源強和振動修正參數(shù)的取值方式。

1.3.1 振動源強

由于城市軌道交通地下線列車運行時，輪軌相互作用的振動能量經(jīng)道床傳遞到隧道，再由周圍的巖土介質(zhì)傳遞到地面建筑，因此新導(dǎo)則將地下線振動源強測點位置由舊導(dǎo)則規(guī)定的道床上部近軌非側(cè) 0.5～1.0m處，調(diào)整為單線軌道高于軌頂面1.25±0.25m處的隧道壁處。導(dǎo)則修訂編制組對北京、上海、廣州等城市的地鐵現(xiàn)狀振動情況進行了測試，結(jié)果表明，在單線隧道、普通整體道床、普通扣件、直線段、列車速度為60km/h的測試條件下，隧道壁處（軌面以上1.25m處）振動值低于道床處振動值約10～12dB[4]。

1.3.2 修正參數(shù)

新導(dǎo)則振動修正公式與舊導(dǎo)則振動修正公式的變化如表1所示。

表1 新舊導(dǎo)則中振動修正公式對比

振動修正中，重點關(guān)注速度修正、軸重和簧下質(zhì)量修正、距離衰減修正及建筑物類型修正。

①速度修正。列車通過敏感點時的運行速度可通過設(shè)計單位提供的列車運行速度圖獲取數(shù)據(jù)。應(yīng)注意的是，新導(dǎo)則增加了對速度范圍的限制，預(yù)測列車速度不應(yīng)大于100km/h，且列車通過預(yù)測點的運行速度應(yīng)不低于預(yù)測點設(shè)計速度的75%。

②軸重和簧下質(zhì)量修正。對比舊導(dǎo)則，新導(dǎo)則增加了簧下質(zhì)量修正。目前我國城市軌道交通運營線路車輛類型主要為B型車和A型車兩大類，其中以B型車居多。C型車、直線電機和跨座式單軌車輛應(yīng)用較少[3]。在源強類比測量數(shù)據(jù)的選取上，盡可能選擇相同類型的車輛，可減少這部分修正。

③距離衰減修正。新導(dǎo)則給出的距離衰減修正較舊導(dǎo)則發(fā)生了較大的變化，并給出了振動距離衰減參數(shù)a、b、c的參考值及復(fù)合回歸方法，導(dǎo)則建議盡量采用類比測量并通過復(fù)合回歸計算參數(shù)a、b、c，當不具備測量條件時，可根據(jù)振動敏感目標所在區(qū)域的地質(zhì)條件選取a、b、c的參考值。

④建筑物類型修正。新版導(dǎo)則中未規(guī)定振動預(yù)測點的位置，根據(jù)GB10070和GB10071，環(huán)境振動測點置于各類區(qū)域建筑物室非0.5m以內(nèi)振動敏感處，必要時，測點置于建筑物室內(nèi)地面中央。一般情況下，預(yù)測點位置設(shè)在建筑物室非0.5m處，能夠與現(xiàn)狀監(jiān)測及環(huán)保驗收監(jiān)測時保持點位一致。由于建筑物越重，大地與建筑物基礎(chǔ)的耦合損失越大，且環(huán)境振動關(guān)注的是對人的影響，因此在對振動環(huán)境保護目標進行預(yù)測時需要考慮建筑物類型修正。

綜上，新版導(dǎo)則預(yù)測模式細化了預(yù)測參數(shù)修正，軌道交通工程環(huán)境振動影響預(yù)測準確度在于距離參數(shù)修正，其重點是敏感點所處的地質(zhì)條件分析與修正。

2 廈門軌道交通1號線工程實測驗證

2.1 廈門軌道交通1號線工程

2017年12月31日，廈門市軌道交通1號線正式試運營，廈門市軌道交通1號線一期工程非體呈南北走向，起于鎮(zhèn)海路站，終于廈門北車輛基地，線路全長30.264km，共設(shè)24座車站；設(shè)高崎停車場1座，廈門北車輛基地1座；設(shè)火炬園主變電所1座，董任主變電所1座；設(shè)控制中心1處。

廈門市軌道交通 1號線一期工程沿線共有振動環(huán)境保護目標136個，包括107個住宅區(qū)、12所學(xué)校、4所醫(yī)院、9處行政辦公樓、4處古建筑。全線共設(shè)中等減振措施7270m，高等減振措施2320m，特殊減振措施6188m。有54處振動環(huán)境保護目標對應(yīng)的路段設(shè)置了專項減振措施。

為了反映不同地質(zhì)條件振動影響，避免各項減振措施干擾，本文選取了5處未設(shè)置專項減振措施的振動環(huán)境保護目標進行對比分析，振動環(huán)境保護目標的名稱以編號替代，具體信息見表2。

表2 振動環(huán)境保護目標信息

2.2 現(xiàn)場實測方法及條件

按照《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》（GB/T10071-88）及《建設(shè)項目竣工環(huán)境保護驗收技術(shù)規(guī)范—城市軌道交通》（HJ/T403-2007）的監(jiān)測要求，現(xiàn)場實測點位布設(shè)在振動環(huán)境保護目標建筑物室非0.5m以內(nèi)，監(jiān)測1天，晝、夜各監(jiān)測一次，每次監(jiān)測不少于5對列車，取VLZmax的算術(shù)平均值；夜間如不能滿足5對列車要求，則按實際運營監(jiān)測1小時。

振動測量使用的儀器符合國家標準規(guī)定的 2型儀器要求，并經(jīng)過計量部門檢定。

測量時避免影響環(huán)境振動測量值的其他環(huán)境因素，如劇烈的溫度變化、強電磁場、強風(fēng)、地震或其他非振動污染源引起的干擾。監(jiān)測點位避開地下有下水道、地下室等影響振動源振動傳播規(guī)律的設(shè)施。

2.3 預(yù)測邊界條件選取

在采用舊導(dǎo)則的振動預(yù)測模型進行計算時，振動源強引用廈門市軌道交通 1號線一期工程環(huán)評報告中的源強，即VLz0max=87.2dB（列車速度60km/h）。

在采用新導(dǎo)則的振動預(yù)測模型進行計算時，振動源強由《廈門市軌道交通1號線工程振動測試分析報告》中取得，即VLz0max=77.9dB（列車速度75km/h）。

其他修正參數(shù)按照新舊導(dǎo)則要求選取。

2.4 實測驗證結(jié)果分析

分別用舊導(dǎo)則及新導(dǎo)則中的振動預(yù)測模型對廈門市軌道交通1號線一期工程的5處振動環(huán)境保護目標進行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果對比情況見表3及圖1。

表3 預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果對比 單位：dB

圖1 預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果對比

從上述驗證對比分析可見，①舊導(dǎo)則預(yù)測結(jié)果在4#點出現(xiàn)偏差，小于實測值，影響后續(xù)采取減振措施；②新導(dǎo)則預(yù)測結(jié)果均高于實測值，偏保守，但有利于軌道交通項目建設(shè)，避免實際環(huán)境振動超標問題，造成工程建設(shè)需進行糾偏；③從5處預(yù)測與實測對比分析看，新導(dǎo)則預(yù)測結(jié)果線性與實測線性基本吻合。

3 結(jié)論與建議

（1）采用2018版數(shù)學(xué)模型預(yù)測結(jié)果偏保守，有利于城市軌道交通建設(shè)，避免后續(xù)軌道交通工程“糾偏”和沿線敏感目標環(huán)境振動超標。

（2）采用2018版預(yù)測模型時，應(yīng)注意振動源強選取，在新舊導(dǎo)則中振動源強的取值相差可達10～12dB，在開展振動源強類比測量時應(yīng)認真對照新導(dǎo)則對于測量點位的規(guī)定及測試條件的要求。

（3）在采取數(shù)學(xué)模型預(yù)測時，應(yīng)重點調(diào)查沿線地質(zhì)條件，特別是各層巖層厚度，根據(jù)不同巖層情況，對距離參數(shù)進行修正。

（4）在環(huán)境影響評價過程中，采用類比測量法時，應(yīng)重點考察地質(zhì)巖層條件相符性。