軌道交通車輛段上蓋項(xiàng)目環(huán)境影響分析

張迎春，張書景，李冬雪

（北京市科學(xué)技術(shù)研究院 北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京100054）

1 概述

軌道交通作為一種綠色、快速、便捷的交通方式，已經(jīng)成為緩解人口集中、交通擁堵、生態(tài)破壞等城市問題的重要解決途徑；同時(shí)軌道交通車輛段具有占地面積較大等特點(diǎn)，如何充分開發(fā)利用車輛段上蓋用地、發(fā)揮其利用價(jià)值、提升周邊用地的整體效益逐漸成為熱點(diǎn)。引入“軌道+物業(yè)”的建設(shè)理念，總體思路是在車輛段上方設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(大平臺(tái))，再在其上進(jìn)行物業(yè)開發(fā)，從而達(dá)到節(jié)約土地資源的目的[1]。

在土地資源日益緊張的情況下，近年來國內(nèi)各大城市相繼開展了軌道交通車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目的嘗試。目前，北京市已開展的上蓋開發(fā)項(xiàng)目主要有郭公莊車輛段、馬泉營車輛段、平西府車輛段、四惠車輛段等，其中振動(dòng)和噪聲控制成為上蓋開發(fā)項(xiàng)目需重點(diǎn)關(guān)注的問題，這一問題的成功解決將促進(jìn)城市建設(shè)用地的供給及緩解各大城市面臨的用地緊張問題。為此，結(jié)合北京地鐵6號(hào)線某車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目，重點(diǎn)對(duì)振動(dòng)影響進(jìn)行預(yù)測分析并提出環(huán)境保護(hù)建議。

該車輛基地主要負(fù)責(zé)北京地鐵6號(hào)線近期、初期配屬列車的停放、整備和檢修。場區(qū)布局主要分為車輛停放檢修功能區(qū)、管理辦公及生活輔助功能區(qū)、車輛段生產(chǎn)輔助功能區(qū)。上蓋開發(fā)情況為停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫、出入段線區(qū)上方建設(shè)住房；停車列檢庫西南部上方布設(shè)2～3層幼兒園1處；材料庫、咽喉區(qū)上方建設(shè)辦公樓。

2 環(huán)境影響分析

軌道交通車輛段上蓋項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)比一般項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)更為復(fù)雜。除了需闡明項(xiàng)目建設(shè)對(duì)環(huán)境各要素，以及外部環(huán)境對(duì)項(xiàng)目的水、大氣、固體廢物等環(huán)境要素的影響之外，噪聲與振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的工作程序及重點(diǎn)有著較大的區(qū)別[2]。在此，主要針對(duì)振動(dòng)影響進(jìn)行分析。

上蓋敏感建筑主要受站場線路列車運(yùn)行及各類檢修產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)影響。該車輛段擬在停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫、出入段線區(qū)、材料庫、咽喉區(qū)上方進(jìn)行建筑開發(fā)，場站線路主要用以進(jìn)行北京地鐵6號(hào)線近期、初期配屬列車的臨修及停放、整備、列檢等，包含庫內(nèi)停車列檢線、臨修線、洗車線等，庫外咽喉區(qū)線路、試車線、出入段線，以及車輛段內(nèi)常規(guī)檢修所使用的設(shè)備。

按照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 10070—88)[3]中的規(guī)定，城市軌道交通環(huán)境振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)為室外0.5 m處列車通過時(shí)段的最大Z振級(jí)VLZmax，考慮到上蓋建筑不存在室外樓前0.5 m的環(huán)境測量條件，評(píng)價(jià)位置為建筑物各層室內(nèi)地面中央。因此，本文主要根據(jù)敏感目標(biāo)處環(huán)境振動(dòng)預(yù)測結(jié)果，以及《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 10070—88)中相應(yīng)功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)上蓋項(xiàng)目環(huán)境振動(dòng)影響進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析。敏感建筑物室內(nèi)二次輻射噪聲按照《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量方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 170—2009)[4]進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析。

2.1 振動(dòng)源分析

該車輛段建成后對(duì)擬建上蓋區(qū)內(nèi)的敏感建筑物可能造成振動(dòng)影響的主要包括以下部分。

（1）庫內(nèi)線路及檢修設(shè)備。庫內(nèi)線路含停車列檢線、架/臨修線等檢修線路，以及不落輪鏇線、洗車線等，線路為地面線整體道床；大型設(shè)備含列檢吊車等。振源位于停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫、材料庫上蓋建筑正下方，使用頻繁，列車進(jìn)出庫振動(dòng)通過立柱及平臺(tái)等鋼筋混凝土的剛性連接傳播至上蓋建筑，振動(dòng)受到的阻尼較小，振動(dòng)能量衰減較慢。

（2）咽喉區(qū)線路。咽喉區(qū)線路采用碎石道床，多彎道、多道岔和軌縫，易產(chǎn)生軌縫沖擊振動(dòng)，并且出庫車速增大，入庫時(shí)剎車頻繁，振動(dòng)源強(qiáng)較大。

（3）試車線。車速較高(68～70 km/h)，振動(dòng)源強(qiáng)較大。

（4）出入段線。從咽喉區(qū)20號(hào)道岔岔前向北至U型槽進(jìn)入地下段處，U型槽區(qū)間設(shè)計(jì)車速為40 km/h。

2.2 預(yù)測方法

本次振動(dòng)環(huán)境影響分析方法在有類似案例項(xiàng)目進(jìn)行類比監(jiān)測時(shí)優(yōu)先采用類比分析方法，對(duì)于類比對(duì)象和預(yù)測對(duì)象有差別的因素，參考《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》(HJ 453—2018)[5]附錄D所列列車運(yùn)行振動(dòng)預(yù)測模型進(jìn)行修正。在有多個(gè)振動(dòng)源同時(shí)影響時(shí)，對(duì)每種線路振源的影響單獨(dú)評(píng)價(jià)。

針對(duì)本項(xiàng)目典型敏感建筑，結(jié)合三維仿真模型預(yù)測方法，對(duì)停車列檢庫上蓋靠近庫門車速提升處的某處住宅建筑及出入段線區(qū)振動(dòng)影響較為嚴(yán)重的某住宅建筑的室內(nèi)振動(dòng)影響進(jìn)行了預(yù)測。

2.3 區(qū)域環(huán)境振動(dòng)影響預(yù)測

2.3.1 振動(dòng)預(yù)測模型

基于《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》(HJ 453—2018)中的預(yù)測模型，結(jié)合類比測試進(jìn)行振動(dòng)預(yù)測，得到典型敏感點(diǎn)的振動(dòng)影響情況，計(jì)算公式為

式中：VLZmax為預(yù)測點(diǎn)處的VLZmax，dB；VLZ0max為列車運(yùn)行振動(dòng)源強(qiáng)，dB；CVB為振動(dòng)修正項(xiàng)，dB。

振動(dòng)修正項(xiàng)CVB，按下式計(jì)算。

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

2.3.2 環(huán)境振動(dòng)影響預(yù)測結(jié)果及分析

本次振動(dòng)影響預(yù)測評(píng)價(jià)均基于該車輛段一級(jí)開發(fā)減振降噪措施全部落實(shí)的情況。本次分析類比建筑和振動(dòng)源強(qiáng)選擇北京地鐵部分線路已運(yùn)營車輛段或停車場上蓋建筑或振源線路。預(yù)測結(jié)果表明，停車列檢庫上蓋建筑、出入段線區(qū)建筑環(huán)境振動(dòng)預(yù)測值在51.3～69.8 dB之間，均能滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 10070—88)中“混合區(qū)、商業(yè)中心”晝間75 dB、夜間72 dB的標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.4 敏感建筑數(shù)值仿真三維建模振動(dòng)影響預(yù)測

確立總體分析思路是仿真分析工作順利開展的關(guān)鍵，包括提出計(jì)算假設(shè)、理清建模思路、合理簡化模型、明確分析工況、確定驗(yàn)證指標(biāo)及估算成本等。仿真分析的技術(shù)路線如圖1所示。

根據(jù)各敏感住宅建筑的實(shí)際情況及預(yù)測結(jié)果，選取停車列檢庫上蓋靠近庫門車速提升處的某處敏感建筑及出入段線區(qū)振動(dòng)影響較為嚴(yán)重的某敏感建筑進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)值仿真分析，計(jì)算室內(nèi)樓板的振動(dòng)情況。

圖1敏感建筑受地鐵振動(dòng)影響仿真分析流程

2.4.1 三維數(shù)值仿真對(duì)象

停車列檢庫上蓋某處敏感建筑：此住宅建筑采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系；蓋上10層，層高均為3.0 m，總高度31.8 m；蓋下依次為隔震層、綜合服務(wù)結(jié)構(gòu)設(shè)備轉(zhuǎn)換夾層和停車列檢庫層，停車列檢庫采用樁基礎(chǔ)；樓座長約27 m，寬約16.3 m；樓座正下方跨越股道22至25道，均為停車列檢線；采用普通整體道床，道床下鋪設(shè)聚氨酯彈性減振墊層，庫內(nèi)設(shè)計(jì)車速為不超過5 km/h。

出入段線區(qū)某處敏感建筑：此住宅建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁樁筏基礎(chǔ)；與咽喉區(qū)上蓋頂板齊平的下部為2層小汽車庫，層高分別為4 m和4.5 m，在咽喉區(qū)頂板綠化覆土高度內(nèi)做3 m高的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換設(shè)備夾層，上部為10層住宅；住宅建筑西側(cè)為出入段線(緊鄰U型槽南側(cè))，設(shè)計(jì)車速為20 km/h，采用U型包裹厚度為35 mm的聚氨酯彈性減振墊，建筑邊界距近軌中心線水平距離為33.4 m；東側(cè)為試車線，設(shè)計(jì)車速約70 km/h，擬采用液態(tài)鋼彈簧浮置板道床減振措施，建筑邊界距軌道中心線為8.3 m。

2.4.2 三維數(shù)值預(yù)測模型構(gòu)建

建立2處敏感建筑的三維有限元模型，停車列檢庫上蓋某建筑如圖2所示，出入段線區(qū)某建筑如圖3所示。

圖2巖土-運(yùn)用庫-建筑有限元網(wǎng)格計(jì)算模型

圖3軌道-巖土-建筑有限元網(wǎng)格計(jì)算模型

邊界條件：四周土層邊界采用粘彈性人工邊界條件，以準(zhǔn)確模擬波在土層中的傳播，模型底部采用全約束邊界條件。

2.4.3 數(shù)值預(yù)測模型計(jì)算結(jié)果及分析

庫上蓋某敏感建筑正下方為停車列檢線，結(jié)合北京已運(yùn)營車輛段實(shí)測資料，列車入庫車速較低，約為5 km/h；出庫車速有明顯提升，實(shí)測可達(dá)25 km/h，為保證計(jì)算涵蓋敏感建筑受振動(dòng)影響的最不利情況，本次仿真計(jì)算重點(diǎn)分析出庫工況下上蓋建筑室內(nèi)振動(dòng)影響，在正下方23股道鋼軌加載，力載荷由實(shí)測鋼軌加速度反演得到，實(shí)測加速度來源于北京某車輛段停車列檢線。

輪軌力時(shí)程曲線如圖4所示，計(jì)算所得室內(nèi)樓板典型拾振點(diǎn)計(jì)算時(shí)域曲線如圖5所示。

圖4模擬輪軌力時(shí)程曲線

圖5建筑室內(nèi)典型拾振點(diǎn)計(jì)算時(shí)域曲線(室內(nèi)10層拾振點(diǎn)1）

得到建筑室內(nèi)振動(dòng)最大Z振級(jí)隨樓層的變化如圖6所示。由圖6可知，各樓層室內(nèi)最大Z振級(jí)隨樓層增大呈現(xiàn)波動(dòng)性升高，2層振動(dòng)水平最低，8層振動(dòng)最為顯著，房間內(nèi)最大Z振級(jí)最高值為64.6 dB，對(duì)應(yīng)加速度峰值為9.2×10-4m/s2，主頻為14 Hz，出現(xiàn)在8層拾振點(diǎn)2。

圖6建筑室內(nèi)振動(dòng)最大Z振級(jí)隨樓層的變化

出入段線區(qū)某敏感建筑西側(cè)33.4 m處為出入段線，東側(cè)8.3 m處為試車線。為模擬振動(dòng)影響最不利的情況，以2條線路同時(shí)運(yùn)行、載荷同時(shí)加載進(jìn)行仿真計(jì)算。力載荷由實(shí)測鋼軌加速度反演得到，其中出入段線實(shí)測加速度來源于北京某車輛段咽喉區(qū)出入段線，試車線實(shí)測加速度來源于北京某地鐵采用鋼彈簧浮置板道床措施的下行區(qū)間。出入段線區(qū)列車運(yùn)行輪軌力時(shí)程曲線如圖7所示，試車線模擬輪軌力時(shí)程曲線如圖8所示。

計(jì)算得到室內(nèi)樓板典型時(shí)域曲線如圖9所示。

建筑室內(nèi)振動(dòng)最大Z振級(jí)隨樓層的變化如圖10所示。由圖10可知，各樓層室內(nèi)最大Z振級(jí)隨樓層增大呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，9層振動(dòng)最為顯著，房間內(nèi)最大Z振級(jí)最高值為67.5 dB，對(duì)應(yīng)加速度峰值為0.042 0 m/s2，主頻為51 Hz，出現(xiàn)在9層拾振點(diǎn)1。

由上述過程可見，本次所選取的2處振動(dòng)影響較為嚴(yán)重的敏感建筑各樓層室內(nèi)振動(dòng)均能滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 10070—88)中“混合區(qū)、商業(yè)中心區(qū)”晝間75 dB、夜間72 dB的標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

圖7出入段線區(qū)列車運(yùn)行輪軌力時(shí)程曲線

圖8試車線模擬輪軌力時(shí)程曲線

2.5 敏感建筑結(jié)構(gòu)二次輻射噪聲預(yù)測

本次針對(duì)上述停車列檢庫區(qū)上蓋、出入段線區(qū)2處敏感住宅建筑進(jìn)行二次輻射噪聲影響預(yù)測分析。

2.5.1 停車列檢庫區(qū)上蓋敏感建筑二次輻射噪聲預(yù)測分析

由于項(xiàng)目處于建設(shè)階段，尚不具備監(jiān)測條件，采用類比監(jiān)測的方法對(duì)停車列檢庫區(qū)上蓋敏感住宅建筑二次輻射噪聲影響進(jìn)行預(yù)測評(píng)價(jià)。根據(jù)類比原則，選擇某停車場停車列檢庫上蓋敏感住宅建筑作為類比對(duì)象，類比性分析如表1所示，以9棟建筑實(shí)測的二次輻射噪聲最大值為停車列檢庫區(qū)上蓋敏感住宅建筑的預(yù)測值，測試結(jié)果如表2所示。

圖9建筑室內(nèi)典型拾振點(diǎn)計(jì)算時(shí)域曲線

圖10建筑室內(nèi)振動(dòng)最大Z振級(jí)隨樓層的變化

以類比對(duì)象9棟住宅建筑晝夜間最大二次輻射噪聲作為本次停車列檢庫區(qū)上蓋住宅建筑二次輻射噪聲預(yù)測值，晝間為34.9 dB(A)，夜間為34.3 dB(A)，均能夠滿足《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值和測量方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 170—2009)中“2類區(qū)”晝間41 dB(A)，夜間38 dB(A)的限值要求。

2.5.2 出入段線區(qū)敏感建筑二次輻射噪聲預(yù)測分析

基于《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》(HJ 453—2018)附錄D中室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測方法，本次以前述環(huán)境振動(dòng)影響預(yù)測中所選出入段線區(qū)振動(dòng)影響較為明顯的建筑為例，進(jìn)行二次輻射噪聲影響評(píng)價(jià)，能夠反映出入段線區(qū)住宅建筑室內(nèi)二次輻射噪聲的最不利情況。上述出入段線區(qū)1至3層不同房間二次輻射噪聲預(yù)測值如表3所示。

以最大二次輻射噪聲預(yù)測值1層房間1二次輻射噪聲預(yù)測值36.6 dB(A)作為出入段線區(qū)住宅建筑二次輻射噪聲預(yù)測值，其能夠滿足《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值和測量方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 170—2009)中“2類區(qū)”晝間41 dB(A)，夜間38 dB(A)的限值要求。

表1類比對(duì)象與預(yù)測目標(biāo)對(duì)象的類比性綜合特征

表2類比對(duì)象二次輻射噪聲實(shí)測值(最大5列車平均)

表3出入段線區(qū)上蓋建筑二次輻射噪聲預(yù)測結(jié)果dB(A)

2.6 預(yù)測結(jié)果綜合分析

預(yù)測結(jié)果顯示，敏感建筑環(huán)境振動(dòng)預(yù)測值均能滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 10070—88)中“混合區(qū)、商業(yè)中心”晝間75 dB、夜間72 dB的標(biāo)準(zhǔn)限值。停車列檢庫區(qū)上蓋及出入段線區(qū)敏感建筑二次輻射噪聲預(yù)測值均能滿足《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值和測量方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 170—2009)中“2類區(qū)”晝間41 dB(A)，夜間38 dB(A)的限值要求。

3 其他環(huán)境影響分析

3.1 噪聲影響分析

噪聲污染也是上蓋項(xiàng)目環(huán)境影響分析的重點(diǎn)，噪聲污染來源主要是設(shè)備運(yùn)行噪聲和人為噪聲。同時(shí)，上蓋項(xiàng)目又受外部噪聲源的影響，主要為已建成車輛段內(nèi)列車及設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲和周邊的道路交通噪聲。

固定噪聲源經(jīng)采取隔聲減振措施后在各廠界的貢獻(xiàn)值滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 12348—2008)[6]中的要求。該車輛段上蓋開發(fā)建成并投入使用后，整個(gè)區(qū)域敏感建筑的噪聲預(yù)測值為晝間51.3～59.3 dB(A)，夜間43.6～54.9 dB(A)，不滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096—2008)[7]中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限值。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，周邊道路對(duì)敏感點(diǎn)的貢獻(xiàn)值大于車輛段列車的貢獻(xiàn)值，臨近周邊主次干道的住宅樓夜間預(yù)測值超標(biāo)。在采取隔聲窗及落實(shí)一級(jí)開發(fā)階段要求后，能夠有效降低周邊道路交通噪聲對(duì)臨路住宅的影響，使住宅建筑臥室、起居室滿足《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50118—2010)[8]中室內(nèi)的噪聲級(jí)要求。

3.2 常規(guī)環(huán)境影響分析

污水主要為入住居民日常生活、辦公及幼兒園生活污水。其中，生活污水中包含的餐飲含油污水先經(jīng)隔油池預(yù)處理后與其他普通生活污水一起排入化糞池中，后通過當(dāng)?shù)厥姓鬯艿琅湃胛鬯幚韽S。幼兒園餐飲油煙廢氣經(jīng)凈化處理后引至樓頂達(dá)標(biāo)排放。固體廢物主要為居民及幼兒園生活垃圾、辦公垃圾、物業(yè)清掃垃圾等，產(chǎn)生的生活垃圾委托環(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一外運(yùn)、集中處置。

4 結(jié)論及建議

軌道交通上蓋開發(fā)項(xiàng)目在改善城市交通、進(jìn)一步優(yōu)化城市布局的基礎(chǔ)上，可以獲得一定的土地出讓和地產(chǎn)建設(shè)收益，利用軌道交通上蓋建設(shè)房地產(chǎn)項(xiàng)目，可以解決大中型城市部分人群的居住和出行問題。但是，軌道交通振動(dòng)和噪聲影響是車輛段上蓋開發(fā)面臨的主要問題，對(duì)于此類項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)用多種技術(shù)手段進(jìn)行分析預(yù)測，并結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)應(yīng)用后的監(jiān)測情況進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)該類項(xiàng)目提出以下建議。

（1）對(duì)軌道交通上蓋開發(fā)利用的環(huán)境影響分析應(yīng)提前介入，統(tǒng)籌規(guī)劃環(huán)境影響分析[9]。軌道交通上蓋開發(fā)利用建設(shè)范圍應(yīng)落實(shí)軌道交通開發(fā)階段要求的減振措施，做好銜接工作。

（2）加強(qiáng)車輛段監(jiān)測數(shù)據(jù)收集。車輛段投入運(yùn)營后，根據(jù)實(shí)際條件對(duì)敏感建筑環(huán)境振動(dòng)或振動(dòng)源強(qiáng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，如果經(jīng)追蹤測試且進(jìn)一步預(yù)測后發(fā)現(xiàn)敏感建筑室內(nèi)仍有振動(dòng)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，建議進(jìn)行傳播途徑隔振或建筑結(jié)構(gòu)自身防護(hù)，并對(duì)減振措施展開專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

（3）管理措施。列車應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)車速運(yùn)行，盡量減少振動(dòng)影響。同時(shí)，加強(qiáng)輪軌的維護(hù)保養(yǎng)，定期鏇輪和鋼軌打磨、涂油。檢修和試車作業(yè)建議僅在晝間進(jìn)行，避免夜間振動(dòng)影響。