首页

科技
手机搜狐
SOHU.COM

设计汇 | 轨道交通振动控制及工程实例研究

远洋集团控股
2017-02-17
+关注

一、 轨道交通对邻近建筑与人员的健康影响

城市轨道交通是城市公共交通的骨干,具有节能、省地、运量大、全天候无污染(或少污染)又安全等特点,属城市绿色环保交通体系,不仅可有效缓解城市的交通拥堵问题,而且可从基础设施建设方面加快整个城市的城乡协同发展建设。

随着经济发展,越来越多的城市修建并开通了城市轨道交通,截止至2016年全国已有23个城市的轨道交通体系建成通车。图1是北京市轨道交通的2020年规划图,至2020年北京市全市轨道交通线路规划达到20条以上、运营总里程超过900公里。

展开剩余93%

图1:2020年北京轨道交通规划图

虽然轨道交通创造了交通便利性,但是轨道交通也会对一定距离内的邻近建筑物及人员产生不利影响。轨道交通列车运行时列车对轨道的冲击产生振动及噪声。其中振动会通过枕轨结构、隧道结构传递到周边地层,再通过土壤向远处传播,对附近的建筑物内住户产生振动影响和二次噪声影响;而地面轨道交通列车的噪声会直接通过空气传播到邻近建筑物内。

振动和噪声除了影响日常生活(睡眠、学习)和工作、导致人员处于亚健康状态外,还有可能引起严重的精神损伤和身体损伤,此外振动还有可能对建筑房屋造成损伤开裂,当然,通常情况下这种可能性非常小。

图2:轨道交通对邻近建筑物的振动及噪声影响示意图

对于噪声影响及控制,远洋设计汇《健康住宅的噪声控制》一文已有介绍,本文针对振动和振动引起的二次噪声分析阐述。

国家行业地方均有相关标准对振动及噪声提出控制标准,对应人体感受描述详见表1,通常人体可接受的建筑物内振动一般小于60dB。

表一:振动值与人体感受的对比表

振动数值大小与轨道交通列车的通行方式、轨道类型、地铁隧道埋深、受影响处与轨道的水平距离、岩土特性、建筑物结构形式及自身振动特性等因素相关。

根据北京、上海和广州的地铁振动统计资料,地铁诱发的地面振动以竖向振动为主;地面振动强度随着与地铁线路中心线的水平距离的增大而减少;距隧道中心线约30m范围内存在振动放大区,当地铁自身没有采取减振措施时最大振级可以达到约90dB左右,当地铁自身采取减振措施时最大振级可以达到约65dB左右;该放大区的被加强频率带主要集中在10Hz以下,对于单多层砌体结构或古代砖石木结构等建筑物(类似建筑物的自振频率低于10Hz)更易受到振动的影响。对于邻近轨道交通的建筑物需要提前考虑振动的影响并采取必要的减振措施。

此外还存在振动满足要求、但振动导致室内二次激发或辐射的噪声超出人体容忍度的可能。根据地铁振动与二次噪声的统计关系,室内二次噪声比振动等级略低、通常相对振动降低约5~10dB左右,若振动控制到60dB以内、而室内二次噪声仍然达到了50~55dB左右,超出国家标准5~10dB、超出WELL健康标准10~15dB。

室内二次噪声与建筑物结构形式、室内装饰装修等因素相关,主要取决于房间自身的吸收能力;可以通过用装饰装修采用较为厚实或多孔吸声类型的材料等方法大幅度降低室内二次噪声数值,满足相关标准的控制要求。

二、 振动控制方法简介

简单来说,通常有如下三类振动控制方法:振源控制传播途径的隔绝以及建筑物自身的处理

1. 振源控制方法:

所谓振源控制,即对轨道交通自身采取措施。由于轨道交通的双线发车排班、列车速度、加减速区段长度、制动平均减速度等对振动影响较大的因素在交通规划中已经限定,所以只能对列车车轮、轨道或枕轨处的构造采取减振措施。当车辆采用弹性车轮、盘式制动等措施,可以减轻10~15dB的振动强度;对钢轨、线路形式、扣件类型及道床结构等方面采取措施,可以减轻10~25dB的振动强度。目前北京、上海和广州的地铁在高等减振要求的区间大量使用钢弹簧浮置板轨道,表二对常用的三种减振效率较高的措施进行对比:

表二:不同轨道减振措施综合比较表

图3:Vanguard减振扣件示意图

图4:橡胶浮置板示意图

图5:钢弹簧浮置板示意图

房屋建筑开发建设时,若地铁(或其它轨道交通)先于房屋建筑开工时,地铁公司通常不会采取任何振源控制措施,规划方案阶段需要考虑地铁振动的不利影响;若房屋建筑先于地铁开工时,则可申请地铁公司采取振源控制措施。

2. 传播途径隔绝方法:

在地铁(或其它轨道交通)与建筑物之间还可以采用隔振沟(明沟或充填沟)、桩排和孔列(非连续屏障)、波阻块(WIB)等方法以减少振动对建筑物的影响。

上述方法在实际工程应用很少,只有少数带有试验性质的工程应用。有以下两个主要原因阻碍了该项技术的发展与应用:

(1)房屋建设开发受到用地红线限制,相关主管部门不允许在用地红线外设置隔振沟等措施;

(2)城市内的地铁埋深较深,埋深达到了十几米甚至几十米,隔振沟等深度需要深于地铁埋深,会带来巨大的成本投入增量,性价比太差。

图6:空心墙屏障示意图

3. 建筑物自身处理的方法:

建筑物自身采取整体结构隔振系统、局部建筑功能房间采用“房中房”或浮筑式楼板系统减少振动的影响。上述方法的优势在于仅需对房屋建筑整体或局部处理、不需要进入地铁或用地红线外处理,较易实现;其主要缺点是整体结构隔振系统对建筑体型有较大的限制,建筑物高度与宽度的比值不能超出4、隔振系统的上部层数不应超出10层左右、需考虑必要的防火设计;而房中房或浮筑式楼板系统会减少功能房间的净平面使用尺寸和净高。此外对于首层或底部两层振动超标、其上其它楼层不超标的情况,可以设置架空层或调整为其它功能用房的方式处理。

图7:上海音乐厅演播大厅观众席采用整体隔振系统

图8:浮筑式楼板的隔振支座

具体项目根据实际情况从上述三类方法中选择一种方法或多种方法组合去解决实际问题。下面介绍我院某实际项目的振动控制。

三、 某项目振动控制实施

1. 项目简介:

如图9所示,该项目共计三个地块,其中两个地块(B地块和C地块)有地铁贯通;A地块距离地铁较远,超出了60m,A地块建筑不需处理振动影响;B地块为混合用地,容积率为2.8,用地规模(含地铁)约为4万平米;C地块为办公用地,容积率为1.2,占地面积(含地铁)约为1万平米。

获取土地时,地铁已建成并进入试运行阶段,无法采用振源控制方法减少地铁的振动影响。项目按照图10所示工作流程和图11权责分工完成项目的振动控制。

图9:项目用地分析

图10:振动控制工作流程

图11:权责分工

2. 规划布局控制:

根据项目所面对的用户及振动控制难易程度,确定B地块住宅建筑振动控制到60dB以内、B地块和C地块的办公建筑控制到65dB以内。现场完成了地表实测振动工作后,结合场地条件和容积率要求,提出了规划布局退让原则

(1)B地块高层住宅建筑和高层办公建筑采取退让足够距离的方式,保证上部建筑中的用户基本健康需求;

(2)C地块多层办公建筑根据定位要求完成初步强排后尽量增大退让距离,允许采取其它隔振措施保证上部建筑中的用户基本健康需求。

图11是B地块的现场实测振动值;图12是对C地块振动控制分区示意图;图13是各栋建筑物强排后最终确定的退让距离。

图11:B地块现场实测振动值

图12:C地块振动控制分区示意图

图13:各个单体建筑的最小退让距离要求

3. 方案深化:

方案深化同步完成各个单体的振动预估,图14是B地块住宅建筑的预估值,图15是C地块办公建筑的振动预估值。C地块需要采取整体结构隔振系统控制上部建筑内的振动,对于地下室后期可能出现的功能房间预留净高条件,后期可以采用“房中房”措施控制振动。

图14:B地块住宅建筑振动预估分析

图15:C地块办公建筑振动预估分析

4. 实施效果检测及评估:

项目完成振动预估后,在主体结构完成50%和主体结构封顶后均分别进行了振动监测,各阶段实测值均与预估值基本一致,达到了规划阶段提出的振动控制目标。

图16:隔振支座现场安装

图17:隔振支座完成情况

四、 结语

随着更多城市加大轨道交通的投入和建设,越来越多的建设项目由于邻近轨道交通的原因、需要进行振动控制;轨道交通与建筑物的位置关系千变万化,除了地铁与建筑物邻近外,还有轨道交通上盖建筑、高架邻近建筑等情况,实际项目需要在规划阶段根据具体情况进行振动控制策划。

我们振动控制策划首先考虑项目争取先于城市轨道交通建设公示、开工,争取城市轨道交通自身振源处理;其次对于高层建筑、高敏感用户建筑,优先采用退让方式,根据现场地面实测振动成果合理避让相应距离;对于多层且低敏感用户建筑,可以采用建筑物自身处理措施,注意现有常用措施只能降低约8~10dB的数值。

保证邻近建筑及人员的健康、创造一个美好愉快的生活工作环境是建筑产品供应商需要共同面对的一份责任,本文初步探明了振动控制的一些影响因素和规律、并应用于一个实操项目,欢迎广大有识之士给予点拨和指导!

——————远洋设计汇 ——————

欢迎投稿:douzhi@sinooceanland.com

搜索微信ID:Sinooceanland-Design

关注分享《远洋设计汇》精彩内容

文章版权归作者所有,对未经许可擅自使用者,本公司将保留追究其法律责任的权利。

关于转载:请在公众号后台留言“机构名称+文章标题+转载”,转载时需注明作者及出处,谢谢!

长按,识别二维码,加关注

帅哥为什么要拒绝美女的微信?

声明:本文由入驻搜狐号作者撰写,除搜狐官方账号外,观点仅代表作者本人,不代表搜狐立场。

网站地图

用户反馈 合作
Copyright © 2018 Sohu.com