地鐵車輛段上蓋開發(fā)中減振降噪措施應(yīng)用綜述

徐會　唐揚(yáng)

摘要：基于國內(nèi)外對于地鐵上蓋物業(yè)減振降噪措施的研究進(jìn)展，從振動(dòng)和噪聲影響展開分析，以滿足國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及上蓋開發(fā)要求為目標(biāo)，同時(shí)針對各種減振降噪措施進(jìn)行對比分析，并通過已建成的應(yīng)用實(shí)例對發(fā)展趨勢進(jìn)行討論，可供類似工程參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛段；上蓋物業(yè)；噪聲；振動(dòng)

中圖分類號：X593 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095—672X（2016）06—0006—05

DOI：10.16647/j.cnki.en15-1369/X.2016.06.002

引言

2016年以來，我國迎來了城軌交通的告訴發(fā)展時(shí)期，各大城市紛紛加快了地鐵建設(shè)進(jìn)程，而地鐵車輛段作為地鐵建設(shè)中集中使用土地面積最大的地塊，是具有配屬車輛的基本單位，并承擔(dān)了車輛的管理、保養(yǎng)、檢查等工作。對于土地資源日益緊缺的大中型城市而言，其占地面積較大，具有較大的上蓋物業(yè)開發(fā)利用價(jià)值。

目前已開發(fā)的地鐵車輛段的上蓋物業(yè)大致分為三種模式，分別為地毯模式、高架模式以及地下掩土模式。這三種模式主要由車輛段所處的空間位置決定，其中地毯模式中車輛段是位于地面，地下掩土模式中車輛段是位于地面以下，而在高架模式中車輛段則位于地面以上。目前在我國地鐵車輛段的上蓋物業(yè)開發(fā)中，地毯模式占據(jù)了主流地位，如香港將軍澳地鐵車輛基地上蓋物業(yè)、北京四惠車輛基地上蓋物業(yè)、杭州蜀山車輛段等。高架模式則應(yīng)用較少，目前國內(nèi)僅有南京地鐵大學(xué)城停車庫采取此模式，其將高架停車庫與周邊用地進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與建設(shè)，成為我國高架開發(fā)模式的第一個(gè)建成案例。而地下掩土模式在國內(nèi)尚無建成實(shí)例，其在國外具有一定應(yīng)用，如英國的懷特鎮(zhèn)車輛段、日本光丘車輛段、新加坡的金泉車輛段等。

在車輛段周邊空間進(jìn)行物業(yè)開發(fā)，挖掘其商業(yè)價(jià)值，可以為地鐵建設(shè)與運(yùn)營提供充足的資金保障，也可以提高土地使用率以及社會效益。而車輛段內(nèi)噪聲與振動(dòng)對周邊產(chǎn)生的不利環(huán)境影響，已成為上蓋物業(yè)開發(fā)的重要制約因素。為了保證上蓋開發(fā)的環(huán)境質(zhì)量，必須采取一定的減振降噪措施。因此，在我國大力發(fā)展城市軌道交通的形勢下，結(jié)合已建成鐵路交通建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)振動(dòng)和噪聲的污染特性，因地制宜地尋求減振降噪效果較好、成本較為合理的措施，是當(dāng)前亟待解決的問題。

1上蓋開發(fā)中車輛段振動(dòng)與噪聲影響簡析

1.1振動(dòng)影響

列車運(yùn)行引起建筑物的振動(dòng)屬于弱振，弱振不會引發(fā)結(jié)構(gòu)安全問題，但會降低建筑物內(nèi)人的居住舒適度，削弱建筑的適用屬性。地鐵車輛段對上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響相比一般軌道交通而言，其振動(dòng)傳播存在一定差異，這些振動(dòng)經(jīng)道床、立柱等介質(zhì)，傳輸至平臺上地面后引起了結(jié)構(gòu)振動(dòng)。總的來看，車輛段振動(dòng)源主要有車輛動(dòng)力系統(tǒng)振動(dòng)、車輛與軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作用、輪軌不平順等因素引起的軌道振動(dòng)，這些振動(dòng)主要通過軌道接觸傳遞到道床，然后通過道床傳遞到地基或隧道壁，再通過土壤傳播到建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在建筑物內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)和二次噪聲（固體傳聲），形成干擾。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對于軌道交通引發(fā)的振動(dòng)研究得到了一定突破。國外對這個(gè)問題研究較早，其中Fuiikake研究了由運(yùn)行車輛引起的建筑物振動(dòng)的發(fā)生原理、傳播規(guī)律以及其對周圍環(huán)境的影響。Anderson選擇在受到地鐵振動(dòng)影響的兩幢建筑內(nèi)部進(jìn)行振動(dòng)實(shí)測，發(fā)現(xiàn)較大的振動(dòng)主要分布在5～50Hz頻域。Metrikine基于數(shù)值模擬，將地鐵隧道和土層分別概化為歐拉伯努利梁和彈性層狀介質(zhì)，重點(diǎn)闡述了振動(dòng)波在建筑體內(nèi)部的傳播規(guī)律。與列車在地下軌道運(yùn)行不同，地鐵列車進(jìn)出車輛段時(shí)，上蓋物業(yè)位于其上方，地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)波缺少了在土層中傳播的衰減過程，其通過道床、立柱和平臺直接傳播至上方構(gòu)筑，此時(shí)上蓋建筑物振動(dòng)特性與地鐵列車在地下軌道運(yùn)行引起周邊建筑物振動(dòng)特性差異很大。

在國內(nèi)研究中，大多集中在列車運(yùn)行對周邊建筑物振動(dòng)影響分析，在此基礎(chǔ)上，謝偉平等人基于弱振情況，改善有限元模型構(gòu)建和荷載輸入方法，發(fā)現(xiàn)地鐵列車進(jìn)出車輛段時(shí)，高頻占據(jù)了引起上蓋建筑物的振動(dòng)的主要頻域，列車振動(dòng)的荷載屬性也在一定程度上影響建筑內(nèi)振動(dòng)的頻域分布；同時(shí)，建筑內(nèi)樓板跨中各方向振級沿高度方向的變化存在一定差異，整體看來，在水平方向振級隨樓層的增大而增加，而鉛垂向Z振級隨著樓層的上升先減小后增大。

1.2噪聲影響

車輛段的噪聲特性主要取決于其功能定位。一般情況，車輛段的噪聲主要源自列車出入噪聲、檢修作業(yè)噪聲、設(shè)備維護(hù)噪聲以及試車產(chǎn)生噪聲等。同時(shí)，地鐵上蓋受振動(dòng)影響而產(chǎn)生的二次結(jié)構(gòu)噪聲也是上蓋開發(fā)中噪聲影響的主要內(nèi)容，如列車出入所產(chǎn)生的振動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)噪聲，乃至檢修庫中的吊車運(yùn)行也會導(dǎo)致較為明顯的結(jié)構(gòu)噪聲。

康波建立了地鐵列車與結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲分析模型，預(yù)測出列車運(yùn)行速度對建筑物室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲影響顯著，其室內(nèi)聲壓級隨著列車速度提高而顯著增加。英國與法國研究機(jī)構(gòu)將地鐵沿線建筑物內(nèi)部二次結(jié)構(gòu)噪聲影響預(yù)測值與實(shí)測值進(jìn)行交叉驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)建筑物底層的二次結(jié)構(gòu)噪聲與地板振動(dòng)存在良好的線性相關(guān)，但對其他樓層的線性關(guān)系并不明顯。Welk-erJG經(jīng)過分析指出，地鐵的二次結(jié)構(gòu)噪聲頻域主要在20～200Hz，而峰值一般出現(xiàn)在50～80Hz，相應(yīng)的聲級范圍則為35～45dB；而國際標(biāo)準(zhǔn)化組織則指出建筑物二次結(jié)構(gòu)噪聲的峰值頻域在16～250Hz。北京地鐵復(fù)興門至西單區(qū)間的列車通過時(shí)，周邊建筑內(nèi)一層地面的二次結(jié)構(gòu)噪聲頻域?yàn)?～250Hz，其實(shí)測聲級范圍為42～48dB（A）。

2上蓋開發(fā)中車輛段減振降噪措施概述

目前我國尚無具體軌道交通減振降噪的國家標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)規(guī)范，只能通過地鐵建設(shè)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）要求，減振軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)按《項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告書》確定減振位置及等級；采取減振工程措施時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分保證軌道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、光滑與穩(wěn)定性。

根據(jù)已建成的城市軌道交通項(xiàng)目，其減振降噪措施主要有：輪軌接觸表面光滑度控制、車輪噪聲控制、軌道噪聲控制以及屏蔽噪聲源。由于鋼軌是噪聲與振動(dòng)傳播過程中的主要輻射體，所以針對抑制鋼軌振動(dòng)、減小鋼軌振動(dòng)加速度和頻率這幾個(gè)方面尋求措施，可有效地減振降噪。本文簡單介紹以下幾種措施。

（1）打磨鋼軌表面。鋼軌頂面的粗糙度直接導(dǎo)致輪軌系統(tǒng)相互干擾，是引起鋼軌振動(dòng)及產(chǎn)生二次結(jié)構(gòu)噪聲的主因。對鋼軌表面進(jìn)行打磨，是使得鋼軌表面變得光滑從而達(dá)到減振降噪效果的最有效的方法。

（2）采用重型鋼軌。列車運(yùn)行而產(chǎn)生的振動(dòng)隨著其垂向剛度的增加而降低，重型鋼軌可以有效抑制鋼軌的垂向振動(dòng)；同時(shí)重型鋼軌壽命周期長，穩(wěn)定性能和抗振性能均較為良好。

（3）減小鋼軌截面尺寸。降低鋼軌高度可減少鋼軌的垂向振動(dòng)輻射，降低鋼軌的寬度則能夠減少鋼軌橫向的振動(dòng)輻射。

（4）采用阻尼鋼軌。由于鋼軌腹板的厚度較薄，阻尼軌可以明顯減輕鋼軌腰部的振動(dòng)，從而降低了噪聲影響。

（5）采用埋入式軌道。埋軌道是指由軌道上的彈性體進(jìn)入混凝土軌道槽，并通過隔振阻尼材料將鋼軌和鋼軌的底部部位埋在臥鋪板中。埋深可至軌頭下部，通過彈性變形改善減振降噪效果。其特征是將輪軌的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，通過吸收此熱能可達(dá)到降低輪軌噪聲的目的，此方案處理后的軌道噪聲可有效降低4～5dB。

（6）采用剛度合適的軌道墊板。由于鋼軌的振動(dòng)傳播相對自由，所以產(chǎn)生的噪聲較大。柔軟的墊板可削弱鋼軌與軌枕的藕合作用，從而降低軌枕產(chǎn)生的噪聲，因此可選擇剛度合適的墊板，使得軌枕的噪聲與鋼軌的噪聲處于相同水平級。

（7）采用軌道減震器扣件或彈性扣件。軌道減振器扣件為三階減振的全彈性分開式扣件，它由金屬承軌板、底座以及橡膠圈經(jīng)硫化工藝組合而成。柔性扣件將橡膠粘在沖壓成型的鋼軌底與鋼軌之間，并在軌座下的上板與底板之間設(shè)置減振器，以削弱上板的橫向運(yùn)動(dòng)。

（8）采用彈性支承軌道結(jié)構(gòu)。將彈性優(yōu)良的膠墊設(shè)置在枕下，并在縱向和橫向也提供一定的橡膠墊彈性，此方案對振動(dòng)與噪聲具有較好的抑制作用。

3應(yīng)用案例

3.1長沙地鐵黃興車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)軌道減振降噪措施

黃興車輛段配屬于長沙軌道交通2號線工程，位于長沙軌道交通2號線東端，通過出入段線在光達(dá)站接軌，承擔(dān)2號線車輛的運(yùn)用、檢修作業(yè)及綜合維修任務(wù)。針對黃興車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)的軌道減振降噪問題，因地制宜地采用不同減振降噪措施。

對于列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)，庫內(nèi)線因?yàn)樗俣鹊?，振?dòng)小，主要采取扣件底設(shè)置熱塑聚酯高彈墊板來進(jìn)行減振；對于出入線、試車線、庫外線，由于此類項(xiàng)目均為碎石道床，主要通過在道砟下設(shè)置減振道砟墊來達(dá)到減振目的。對于小半徑地段輪軌摩擦嘯叫聲，采用迷宮式約束阻尼鋼軌降噪，適用于出入線、庫外線曲線地段。對于列車經(jīng)過鋼軌接頭時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和“咣當(dāng)”聲，采用減振接頭夾板來消減振動(dòng)噪聲，適用于庫內(nèi)線、庫外線及道岔區(qū)不焊接長鋼軌地段。

3.2深圳地鐵塘朗車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)軌道減振降噪措施

塘朗車輛段主要承擔(dān)深圳地鐵5號線配屬車輛的停休、檢查、整備工作以及全線配屬車輛檢修和管理任務(wù)。基于其軌道振動(dòng)和噪聲的污染源及模擬預(yù)測成果，對塘朗車輛段地提出針對性地車輛段軌道減振降噪措施。

試車線采用道砟墊方案，該道砟墊為產(chǎn)自德國的卡棱貝格質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，由三元異丙膠和氯丁膠等天然橡膠及合成橡膠制成，將其鋪設(shè)在碎石道床下可作為軌道的彈性支撐。其優(yōu)勢是有著良好的采用面支承，耐水、耐磨、耐老化性能，經(jīng)測試表明，其在30～250Hz頻域范圍內(nèi)碎石道床減振效果較好，降噪可達(dá)10～15dB。對于庫內(nèi)外整體道床及檢查坑地段，項(xiàng)目采用高彈墊板彈性分開式扣件或高彈性減振扣件方案，減振降噪效果十分明顯。

二次結(jié)構(gòu)噪聲可通過上述減振措施來降低，但以空氣動(dòng)力、輔助設(shè)備噪聲、輪軌系統(tǒng)為主的一次噪聲只能通過降噪措施來解決。依據(jù)環(huán)評階段的噪聲監(jiān)測結(jié)果，明確了車輛段內(nèi)一次噪聲敏感地段以及噪聲超標(biāo)程度，采取全天候道床吸音板、迷宮式約束阻尼鋼軌、以及聲屏障等降噪方案。其中，試車線與道岔區(qū)采用全天候道床吸音板方案，急彎地段采用迷宮式約束阻尼鋼軌方案。

4對我國上蓋開發(fā)車輛段振降噪技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的建議

盡管塘朗車輛段與黃興車輛段在上蓋物業(yè)開發(fā)中均采取了較為先進(jìn)的減振降噪措施，但根據(jù)社會報(bào)道及公眾調(diào)查，居民的實(shí)際居住體驗(yàn)并不理想。我國步入城市軌道交通建設(shè)較晚，技術(shù)和政策方面還需進(jìn)一步完善，針對國內(nèi)已建成的車輛段減振降噪措施的應(yīng)用現(xiàn)狀，筆者有以下幾點(diǎn)建議：

（1）健全減振降噪的控制體制，推進(jìn)和完善振動(dòng)與噪聲控制的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范的制定工作。

（2）對于有上蓋開發(fā)的車輛段，根據(jù)減振降噪的要求，比較各類措施的應(yīng)用效果、措施投資、壽命年限等因素，并對道床及基礎(chǔ)類型進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，因地制宜地制定減振降噪措施。

（3）加強(qiáng)同類工程的基礎(chǔ)材料采集，建立地鐵上蓋減震降噪的相關(guān)數(shù)據(jù)庫。詳細(xì)記錄上蓋物業(yè)建設(shè)過程中規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工情況，并通過材料與數(shù)據(jù)累積逐漸形成一體化的系統(tǒng)解決方案。

（4）新建車輛段上蓋物業(yè)應(yīng)從全局出發(fā)，充分考慮交通和環(huán)境的協(xié)調(diào)性，做到因地制宜、統(tǒng)籌兼顧，對防振要求較高的建筑，如文物保護(hù)建筑、精密儀器實(shí)驗(yàn)室等，線路應(yīng)盡可能避讓或考慮建筑物整體遷移。

（5）不斷探索減振器、隔聲屏等新技術(shù)和新材料的開發(fā)，積極借鑒國內(nèi)外在機(jī)械、車輛、船舶、航空等領(lǐng)域運(yùn)用成熟的減振降噪技術(shù)，大力自主開發(fā)減振降噪核心技術(shù)及周邊產(chǎn)品。

5總結(jié)

上蓋開發(fā)中的車輛段減振降噪措施是一項(xiàng)綜合性系統(tǒng)課題，涉及環(huán)保、建筑、城市規(guī)劃、新型材料等多領(lǐng)域成果，國內(nèi)的上蓋物業(yè)建設(shè)尚處于初步發(fā)展階段，相應(yīng)的減振降噪措施還處在研究探索、試驗(yàn)及逐步完善階段。結(jié)合國內(nèi)已建成的工程實(shí)例，總結(jié)出一些車輛段振動(dòng)與噪聲的控制技術(shù)，以供今后的車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目或類似項(xiàng)目進(jìn)行參考。今后，我國應(yīng)當(dāng)從車輛、軌道結(jié)構(gòu)、振動(dòng)噪音傳播等角度出發(fā)，對上蓋開發(fā)中涉及到的車輛段減振降噪技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，并積極創(chuàng)新，使車輛段運(yùn)營對上蓋物業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲影響得到根本解決。