分析城市軌道交通（地下段）對(duì)房屋結(jié)構(gòu)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲的影響及減震方法

朱東利+江暢興

摘要：軌道交通作為一種綠色、高效、節(jié)能、環(huán)保的交通工具，在全國(guó)各大城市進(jìn)行推廣，但由此帶來的結(jié)構(gòu)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲的控制問題日益受到關(guān)注。本文通過對(duì)實(shí)際案例的監(jiān)測(cè)分析，對(duì)建筑物進(jìn)行改造，提出了一種行之有效的防振方法。

關(guān)鍵詞：軌道交通；結(jié)構(gòu)振動(dòng)；結(jié)構(gòu)噪聲

中圖分類號(hào)：TB533+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）03-0254-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.141

Abstract：As a green， efficient traffic tool， subway has been widely constructed in domestic. This means taking structural vibration and structural noise under control is vital. In this paper， by monitoring a real case above the subway， a method which can decrease structural vibration was proposed.

Key words： subway；structural vibration； structural noise

在城市化建設(shè)的過程中，軌道交通正在被世界各大城市所推。在我國(guó)也不例外，全國(guó)各大城市都在新建或延伸自己的軌交線路。然而隨著軌交線路的增加，軌道交通地下段的建設(shè)在設(shè)計(jì)規(guī)劃以及建設(shè)時(shí)，往往會(huì)穿過人口，建筑密集的區(qū)域，如醫(yī)療、文教科研或者居民住宅，致使周邊居民或其他敏感群體常年受到地下軌交運(yùn)行產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲污染。

軌道交通在運(yùn)行的途中產(chǎn)生的噪聲和結(jié)構(gòu)振動(dòng)，會(huì)通過枕木、隧道和軌道的結(jié)構(gòu)傳遞至地面，并激發(fā)周邊建筑的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，在室內(nèi)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)傳聲和結(jié)構(gòu)振動(dòng)，空氣噪聲則會(huì)通過風(fēng)井傳播到地面風(fēng)亭，直接影響附近的居民，導(dǎo)致城市的噪聲污染。因此，解決好振動(dòng)和噪聲污染問題對(duì)改善沿線居民的居住環(huán)境至關(guān)重要。

本文以軌道交通地下段引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲為研究對(duì)象，對(duì)受影響的敏感建筑物屋內(nèi)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲分別在晝間和夜間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過簡(jiǎn)單有效的改善方案，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)受影響的建筑經(jīng)過結(jié)構(gòu)改造可以有效降低軌道交通地下段對(duì)地面上方建筑物的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，并為今后減少地下軌道交通的結(jié)構(gòu)振動(dòng)作參考。

1 方法依據(jù)、監(jiān)測(cè)方法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 軌道交通（地下段）結(jié)構(gòu)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲的特征與限值

根據(jù)JGJ/T 170-2009中建筑物的振動(dòng)定義是“運(yùn)行列車引起沿線固體介質(zhì)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致地面、建筑物基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，這種由軌道路基擴(kuò)散的振動(dòng)在巖土體中以壓縮波和剪切波或地面瑞利波的形式激勵(lì)建筑物基礎(chǔ)”（1）。根據(jù)《中華人民共和國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法》和《上海市環(huán)境保護(hù)條例》中的規(guī)定，城市軌道交通（地下段）沿線，位于《上海市環(huán)境聲標(biāo)準(zhǔn)適用區(qū)劃》中的1類、2類、3類和4類聲功能區(qū)內(nèi)的住宅建筑，城市軌道交通（地下段）列車運(yùn)行時(shí)引起的住宅建筑室內(nèi)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)在頻率范圍為1～80Hz時(shí)的限值如表1所示。

結(jié)構(gòu)噪聲實(shí)質(zhì)上是建筑物結(jié)構(gòu)經(jīng)過外因振動(dòng)作用后在結(jié)構(gòu)上如地面、墻體等隨之發(fā)生振動(dòng)而在室內(nèi)輻射噪聲的現(xiàn)象，其頻率組成主要由20～200Hz的低頻部分為主（2）。根據(jù)城市軌道交通（地下段）沿線，位于《上海市環(huán)境聲標(biāo)準(zhǔn)適用區(qū)劃》中的1類、2類、3類和4類聲功能區(qū)內(nèi)的住宅建筑，其對(duì)噪音的要求限制如表2所示，并且城市軌道交通（地下段）應(yīng)該同時(shí)滿足時(shí)段等效聲級(jí)與最大聲級(jí)的控制要求。

1.2 軌道交通（地下段）結(jié)構(gòu)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲的監(jiān)測(cè)方法

測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)，按照DB31/T-2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)量位置設(shè)定在城市軌道交通（地下段）沿線的住宅建筑室內(nèi)地面敏感處，盡量距離任一墻面0.5 m以上，測(cè)量鉛錘向Z振級(jí)VLzmax，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量對(duì)測(cè)點(diǎn)影響較大一側(cè)不少于5列軌道交通通過的列車，并求出測(cè)量值的算數(shù)平均值（3）。

對(duì)于結(jié)構(gòu)噪聲，DB31/T470-2009中規(guī)定，對(duì)于相應(yīng)噪聲源結(jié)構(gòu)傳聲排放監(jiān)測(cè)應(yīng)該在噪聲敏感建筑物室內(nèi)測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)距離任一反射面至少0.5 m以上、距離地面1.2 m、距離外窗1 m以上，窗戶關(guān)閉狀態(tài)下測(cè)量，被測(cè)房間內(nèi)的其他可能干擾測(cè)量的聲源應(yīng)關(guān)閉，測(cè)量頻率規(guī)定為16-200 Hz，測(cè)量結(jié)果以1 h等效A聲級(jí)評(píng)價(jià)。

2 點(diǎn)位布設(shè)及實(shí)際測(cè)量方案

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，小區(qū)有兩幢五層房屋，房屋類型為一室戶小房型，房屋位于地鐵線路兩站中間，地鐵X號(hào)線底部穿越房屋（地鐵穿越房屋的平面圖如圖1），軌道交通距地面垂直距離約為13米左右。選擇底層臥室中央作為測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)見圖1），測(cè)點(diǎn)距任一墻面0.5米以上，距地面1.2米高度處，噪聲監(jiān)測(cè)距外窗1米以上，門窗關(guān)閉狀態(tài)下測(cè)量。該小區(qū)聲功能類別屬2類區(qū)。

2.2 測(cè)量時(shí)段

測(cè)量時(shí)段：晝間和夜間（晝間6：00至22：00；夜間22：00至次日6：00），測(cè)量時(shí)結(jié)構(gòu)噪聲和結(jié)構(gòu)振動(dòng)應(yīng)同步進(jìn)行。

2.3 測(cè)量?jī)x器與方法

振動(dòng)采用AWA6258B型環(huán)境振動(dòng)儀，測(cè)量鉛垂直向振動(dòng)拾振器安裝于平坦、堅(jiān)實(shí)地面上。每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量不少于5列軌道交通列車的算術(shù)平均作為評(píng)價(jià)量。當(dāng)城市軌道交通（地下段）列車運(yùn)行之外，其它振動(dòng)源對(duì)振動(dòng)測(cè)量產(chǎn)生干擾時(shí)，本次測(cè)量應(yīng)視為無效。

噪聲采用AWA6228B型多功聲級(jí)計(jì)，測(cè)量列車運(yùn)行時(shí)段的等效聲級(jí)LAeq，測(cè)量時(shí)間不少于20min。同時(shí)測(cè)量背景值，無城市軌道交通（地下段）列車進(jìn)行時(shí)，其它聲環(huán)境與測(cè)量時(shí)的聲環(huán)境保持一致。夜間最大聲級(jí)值，測(cè)量不少于5列軌道交通列車的算術(shù)平均作為評(píng)價(jià)量。

3 測(cè)量結(jié)果與討論

如測(cè)點(diǎn)地圖圖1所示，軌道交通的地下段經(jīng)過1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由于軌道交通地下段距離地面僅有13 m深，是上方建筑物引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主要因素，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量結(jié)果如圖2所示：

從圖2中可以看到在晝間5次對(duì)上行方向和下行方向的振動(dòng)測(cè)量值的平均值分別為72dB和68dB，夜間上行方向和下行方向的振動(dòng)測(cè)量的平均值分別為64dB和70dB，這些測(cè)量平均值與標(biāo)準(zhǔn)的上限相比均十分接近，部分單次測(cè)量值和均值都高于標(biāo)準(zhǔn)的上限，因此軌道交通地下段的運(yùn)行對(duì)地面居民的生活的確造成不少困擾。從同向通過5列列車的單次數(shù)據(jù)比較，當(dāng)車速越快時(shí)，其引起的振動(dòng)也越大。此外，還發(fā)現(xiàn)列車速度每提高一倍，隧道和地面的振動(dòng)增加4～6dB 。

建筑物結(jié)構(gòu)振動(dòng)的控制的技術(shù)有基地隔震，吸震隔震和耗能隔震三類。基地隔震在建筑物的基地設(shè)置柔性裝置，減弱震源對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用；吸震隔震在主體結(jié)構(gòu)上附加吸振器子系統(tǒng)，用以減小主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；耗能隔震是利用各種阻尼元件、吸能部件或摩擦支撐產(chǎn)生的阻尼力，塑性變形或者摩擦力來衰減結(jié)構(gòu)在外界干擾（4）。本次針對(duì)軌道交通地下段對(duì)地面建筑的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，采用吸震隔震方式。因此，對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)1上的建筑物的外墻用外包框架加固條這種方式進(jìn)行改造，并對(duì)其改造后的結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果如圖3所示。

從圖三中可以看到，采用吸震隔震的改造方法，可以有效降低軌道交通地下段對(duì)地面上方建筑的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。外墻進(jìn)行外包框架加固條加固后，在晝間5次對(duì)上行方向和下行方向的振動(dòng)測(cè)量值的平均值分別為56dB和57dB，夜間上行方向和下行方向的振動(dòng)測(cè)量的平均值分別為58dB和54dB，平均降低大約18%的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。通過這兩種方法可以有效降低軌道交通對(duì)地面建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響。

住宅建筑結(jié)構(gòu)噪聲晝間限值標(biāo)準(zhǔn)45dB（A），夜間限值標(biāo)準(zhǔn)35dB（A），夜間最大值限值標(biāo)準(zhǔn)45dB（A）。對(duì)于住宅建筑的結(jié)構(gòu)噪聲的監(jiān)測(cè)結(jié)果以及改造后的結(jié)果如表3所示。

從表中可以看到，無論改造前后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)LAeq實(shí)測(cè)值與背景值之差小于0.5dB（A），結(jié)構(gòu)噪聲視為不影響，但無論改造前后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的結(jié)構(gòu)噪聲夜間最大值均超過排放限值，但監(jiān)測(cè)點(diǎn)在上下行方向上的等效聲級(jí)都達(dá)到排放噪聲的標(biāo)準(zhǔn)，并且改造后，結(jié)構(gòu)噪聲仍然在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。造成結(jié)構(gòu)噪聲最大值超標(biāo)的因素有很多，即使測(cè)量時(shí)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)將門窗關(guān)閉，但房間并未完全封閉，外界高頻聲音仍然可以通過空氣進(jìn)行傳播，具有一定的不可控性。建筑物經(jīng)過一定的改造，會(huì)增加一定的結(jié)構(gòu)噪聲，但噪聲的等效聲級(jí)仍然在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4 總結(jié)與展望

通過對(duì)地下軌道交通的結(jié)構(gòu)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軌道交通地下段埋層較淺時(shí)，容易對(duì)地面上方的建筑產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響，并且列車的車速越快，其引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)也越大。在監(jiān)測(cè)中還發(fā)現(xiàn)，對(duì)地面上方的建筑墻體進(jìn)行外包框架加固條可以有效降低軌道交通引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，但是這些加裝的設(shè)施并不能降低軌道交通引起的結(jié)構(gòu)噪聲。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加快，軌道交通穿過人口敏感區(qū)域也會(huì)日益增加，地下段對(duì)上方建筑引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲勢(shì)必會(huì)對(duì)居民造成困擾，在工作中我們提出簡(jiǎn)單有效的改善方案，為將來更好地解決軌道交通擾民問題做了鋪墊。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2017-04-29

作者簡(jiǎn)介：朱東利（1968-），男，助理工程師，大專，研究方向?yàn)樵肼暠O(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)。