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设计汇 | 轨道交通振动控制及工程实例研究

一、轨道交通对邻近建筑与人员的健康影响

城市轨道交通是的骨干,具有、省地、大、、(或少污染)又等特点,属城市交通体系,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。

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。

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