基于高速鐵路適用性的中國、印度尼西亞振動標(biāo)準(zhǔn)比較分析

劉 鵬

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 機(jī)械動力與環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院，天津300308）

印度尼西亞雅加達(dá)至萬隆高速鐵路（以下簡稱“雅萬高鐵”）是中國高速鐵路技術(shù)整體輸出的第一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目正線全長142.3 km，其中橋梁占比61.34%、隧道占比11.95%，沿線設(shè)置車站4座。雖然，雅萬高鐵按照中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并采用中國設(shè)備，但環(huán)境振動影響關(guān)乎當(dāng)?shù)孛癖娛孢m度及建筑狀況，振動標(biāo)準(zhǔn)仍需參照印度尼西亞生態(tài)環(huán)境部頒布的標(biāo)準(zhǔn)，因其振動標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)量及保護(hù)對象與我國振動標(biāo)準(zhǔn)存在差異，需要對兩國標(biāo)準(zhǔn)的異同進(jìn)行對比分析，以更好的研究雅萬高鐵的環(huán)境效應(yīng)。

1 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO振動標(biāo)準(zhǔn)

ISO 2631系列標(biāo)準(zhǔn)是振動的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，是由國際標(biāo)準(zhǔn)組織在20世紀(jì)70年代開始研究制定的人體振動方面的標(biāo)準(zhǔn)，分別于1985年和1989年發(fā)布了第一版正式標(biāo)準(zhǔn)ISO 2631-1：1985和ISO 2631-2：1989，采用W計(jì)權(quán)曲線；而后分別于1997年和2003年發(fā)布了第二版正式標(biāo)準(zhǔn)ISO 2631-1：1997和ISO 2631-2：2003，新標(biāo)準(zhǔn)刪除了包括計(jì)權(quán)曲線在內(nèi)的與“疲勞-熟練度降低限”概念相關(guān)的內(nèi)容，在振動評價(jià)方法中考慮了振動對人體健康、舒適度、感覺和運(yùn)動病等方面的影響，提出了新的計(jì)權(quán)曲線[1]，更多關(guān)注于人的主觀感受。兩條計(jì)權(quán)曲線的波形如圖1所示。

圖1 1985與1997年版ISO 2631-1推薦的計(jì)權(quán)曲線對比

Wk計(jì)權(quán)值與W計(jì)權(quán)值相比，在低頻段（1～4 Hz）Wk計(jì)權(quán)值更大，在較高頻段（10～80 Hz）Wk計(jì)權(quán)值更小，說明新計(jì)權(quán)認(rèn)為較低頻段振動對人的影響小于高頻段振動對人的影響。在實(shí)際進(jìn)行軌道交通振動測量評價(jià)時(shí)，采用Wk計(jì)權(quán)的設(shè)備振動測量值比采用W計(jì)權(quán)的設(shè)備振動測量值高，大量檢測數(shù)據(jù)及國內(nèi)外研究成果均表明：對于多數(shù)環(huán)境振動信號來說，Wk計(jì)權(quán)值一般比W計(jì)權(quán)值高3～4 dB[1]。

2 中國環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)和建筑容許振動標(biāo)準(zhǔn)

2.1 環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)

我國1988年頒布執(zhí)行《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88），該標(biāo)準(zhǔn)一直沿用至今，采用的評價(jià)量為鉛垂向振動加速度的Z振級，振動頻率范圍為1～80 Hz，計(jì)權(quán)曲線采用的是ISO 2631-1：1985中的W計(jì)權(quán)曲線，城市各類區(qū)域鉛垂向Z振級標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示[2]。

表1 《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的振動限值dB

2018年頒布實(shí)施的《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50355—2018），針對建筑物室內(nèi)環(huán)境振動計(jì)權(quán)曲線采用ISO 2631-1：1997中的Wk計(jì)權(quán)曲線，考慮到3 dB[1]的差值，其Z振級限值與《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88）相當(dāng)，住宅建筑室內(nèi)Z振級限值如表2所示[3]。但是，除Z振級外，還對每個(gè)1/3倍頻程加速度級均有限值要求，數(shù)據(jù)如表3所示[3]。

表2 住宅建筑室內(nèi)Z振級限值 dB

表3 住宅建筑室內(nèi)各1/3倍頻程鉛垂向振動加速度級限值 dB

2.2 建筑容許振動標(biāo)準(zhǔn)

針對建筑容許振動，我國頒布了《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50868—2013），計(jì)權(quán)曲線采用ISO 2631-1：1997的Wk計(jì)權(quán)曲線，交通振動（指公路、鐵路和城市軌道的通稱）對建筑結(jié)構(gòu)影響評價(jià)的頻率范圍應(yīng)為1～100 Hz，在時(shí)域內(nèi)的容許振動值如表4所示[4]。

表4 交通振動對建筑結(jié)構(gòu)影響在時(shí)域范圍內(nèi)的容許限值

3 印度尼西亞環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)

印度尼西亞（以下簡稱“印尼”）于1996年簽發(fā)了第49號“關(guān)于振動等級標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)環(huán)境部部長決議書”，規(guī)定了印尼的振動標(biāo)準(zhǔn)。表5是針對人的舒適度的振動限值，評價(jià)量為振動位移（10-6m），表6是針對建筑物的振動限值，評價(jià)量為振動速度（mm/s）。原文對機(jī)械振動的解釋是指人類活動中所用的設(shè)備工具產(chǎn)生的振動。

表5 基于舒適度和健康的機(jī)械振動等級

表6 基于建筑破壞程度的機(jī)械振動等級 mm/s

4 中國、印尼振動標(biāo)準(zhǔn)對比分析

中國鐵路環(huán)境振動評價(jià)量為鉛垂向振動加速度Z振級（執(zhí)行《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88）），與印尼的振動標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)量為振動位移和振動速度（執(zhí)行1996年簽發(fā)的第49號“關(guān)于振動等級標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)環(huán)境部部長決議書”）不同。鑒于《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50355—2018）與《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88）限值相當(dāng)，本次研究利用《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50355—2018）和《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50868—2013）與印尼的振動標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照分析。

將表5中印尼振動標(biāo)準(zhǔn)限值的振動位移幅值，乘以對應(yīng)頻率（1/3倍頻程中心頻率）的平方，得到對應(yīng)頻率的振動加速度幅值，再以1×10-6m/s2為參考值，獲得對應(yīng)頻率的加速度級，根據(jù)不同的頻率進(jìn)行Wk計(jì)權(quán)，與《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50355—2018）的Wk計(jì)權(quán)值對照得出曲線（見圖2）。由圖2可知，印尼振動標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的室內(nèi)鉛垂向振動加速度級限值最低為“受影響”，限值范圍為96～103 dB；次之為“不舒適”，限值范圍為105～113 dB；最高為“疼痛”，限值范圍為107～124 dB?！蹲≌ㄖ覂?nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50355—2018）中對應(yīng)的振動加速度級限值最高為“中國起居室全天二級”，限值范圍為75～93 dB，遠(yuǎn)低于印尼振動標(biāo)準(zhǔn)的最低限值?？梢?，對于人體舒適度的限值，中國的振動標(biāo)準(zhǔn)明顯高于印尼的振動標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 中國、印尼振動標(biāo)準(zhǔn)中基于舒適度的振動限值Wk計(jì)權(quán)曲線對照

將表6中印尼的建筑物振動標(biāo)準(zhǔn)限值與《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50868—2013）中限值分頻生成振動速度曲線進(jìn)行對比，如圖3所示。由圖3可見，《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50868—2013）中，在1～50 Hz的情況下，工業(yè)建筑、公共建筑的基礎(chǔ)處容

圖3 中國、印尼振動標(biāo)準(zhǔn)中基于建筑破壞程度的振動速度限值對照

許振動速度峰值為5～10 mm/s，居住建筑的基礎(chǔ)處容許振動速度峰值為2～5 mm/s，其他敏感建筑的基礎(chǔ)處容許振動速度峰值為1～2.5 mm/s。在印尼振動標(biāo)準(zhǔn)中，不造成破壞的振動范圍，在大于等于40 Hz的情況下，低于中國敏感建筑在同頻率下的峰值；可能引起破壞的振動范圍，在大于等于40 Hz的情況下，低于中國工業(yè)建筑、公共建筑在同頻率下的峰值?？梢?，對于建筑物破壞程度的振動速度限值，印尼振動標(biāo)準(zhǔn)在低頻的情況下更加寬松，隨著頻率的增加，在40 Hz以后嚴(yán)于中國振動標(biāo)準(zhǔn)。

5 高速鐵路測試值在印尼振動標(biāo)準(zhǔn)下達(dá)標(biāo)距離分析

在中國高速鐵路路基段和橋梁段進(jìn)行了地面環(huán)境振動測試，測試車型包括CR400AF車型和CR400BF車型，測試速度范圍為250～350 km/h，橋梁段最遠(yuǎn)測點(diǎn)45 m，路基段最遠(yuǎn)測點(diǎn)32 m。根據(jù)測試結(jié)果，結(jié)合印尼振動標(biāo)準(zhǔn)對振動達(dá)標(biāo)距離進(jìn)行了分析。

5.1 振動對人體影響的達(dá)標(biāo)距離分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測值，結(jié)合表5振動標(biāo)準(zhǔn)，CR400AF車型在250 km/h、300 km/h、350 km/h等不同速度條件下，不同頻段處橋梁段和路基段的達(dá)標(biāo)距離如表7所示，CR400BF車型在250 km/h、300 km/h、350 km/h等不同速度條件下，不同頻段處橋梁段和路基段的達(dá)標(biāo)距離如表8所示。

表7 CR400AF車型振動影響達(dá)標(biāo)距離 m

表8 CR400BF車型振動影響達(dá)標(biāo)距離 m

由表7和表8可知，高速鐵路橋梁段10～12.5 Hz、25～40 Hz頻段環(huán)境振動位移幅值較大，路基段31.5～63 Hz頻段環(huán)境振動位移幅值較大。CR400AF車型橋梁段350 km/h達(dá)標(biāo)距離為30 m、300 km/h達(dá)標(biāo)距離超過45 m，路基段350 km/h達(dá)標(biāo)距離大于32 m、300 km/h達(dá)標(biāo)距離為32 m；CR400BF車型橋梁段350 km/h達(dá)標(biāo)距離大于25 m，路基段350 km/h和300 km/h達(dá)標(biāo)距離大于28 m。

5.2 振動對建筑影響的達(dá)標(biāo)距離分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測值，結(jié)合表6中A類振動標(biāo)準(zhǔn)，CR400AF車型在250 km/h、300 km/h和350 km/h不同速度條件下，不同頻段處橋梁段和路基段的達(dá)標(biāo)距離如表9所示，CR400BF車型在250 km/h、300 km/h和350 km/h等不同速度條件下，不同頻段處橋梁段和路基段的達(dá)標(biāo)距離如表10所示。

由表9和表10可知，CR400AF車型橋梁段5 m即能達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)，路基段350 km/h時(shí)距離線路22.5 m能達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)、300 km/h和250 km/h時(shí)距離線路17.5 m能達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)。CR400BF車型橋梁段5 m即能達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)，路基段350 km/h時(shí)距離線路20 m能達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)、300 km/h和250 km/h時(shí)距離線路16 m能達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)。

表9 CR400AF車型振動影響A類等級達(dá)標(biāo)距離m

表10 CR400BF車型振動影響A類等級達(dá)標(biāo)距離m

6 結(jié)論

隨著我國高速鐵路技術(shù)走出國門，與當(dāng)?shù)孛癖姼惺芟嚓P(guān)的高鐵環(huán)境效應(yīng)，很可能成為影響高鐵發(fā)展的重要因素之一。因此，在海外項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工中，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)需要同時(shí)考慮我國標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)，通過對中國和印尼振動標(biāo)準(zhǔn)的比較研究，可以得到以下結(jié)論。

（1）基于舒適度和健康的振動限值，中國的振動標(biāo)準(zhǔn)明顯嚴(yán)于印尼的振動標(biāo)準(zhǔn)；基于建筑破壞程度的振動速度限值，印尼振動標(biāo)準(zhǔn)在低頻更加寬松，隨著頻率的增加，在40 Hz以后嚴(yán)于中國振動標(biāo)準(zhǔn)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測值對標(biāo)印尼振動標(biāo)準(zhǔn)可知，不同行車速度條件下，不同頻段的達(dá)標(biāo)距離存在差異，高速鐵路振動對建筑影響的達(dá)標(biāo)距離小于對人體影響的達(dá)標(biāo)距離。