北京市軌道交通軌道減振措施應(yīng)用研究

魚紅霞，劉 峰

（1. 北京市環(huán)境影響評(píng)價(jià)評(píng)估中心 政務(wù)服務(wù)科，北京 100161；2. 北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司 軌道交通事業(yè)總部，北京 100021）

2013年以來(lái)，國(guó)務(wù)院加快轉(zhuǎn)變政府職能，深化行政體制改革，加大簡(jiǎn)政放權(quán)力度，城市軌道項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)審批權(quán)由原環(huán)境保護(hù)部下放至省級(jí)環(huán)保部門。審批權(quán)下放后，原北京市環(huán)境保護(hù)局先后審批了北京地鐵15號(hào)線二期、6號(hào)線西延、16號(hào)線二期、八號(hào)線三期、房山線北延、17號(hào)線和新機(jī)場(chǎng)線等多條軌道交通工程環(huán)境影響報(bào)告書。在這些項(xiàng)目環(huán)境影響技術(shù)評(píng)估中遇到新的技術(shù)難題，其中有關(guān)軌道交通減振措施選取確定的問(wèn)題尤為突出。為此，在分析北京軌道交通典型線路采取的振動(dòng)防治措施、應(yīng)用中存在問(wèn)題及解決方法的基礎(chǔ)上，研究提出相應(yīng)的對(duì)策和建議，為保障后續(xù)城市軌道交通項(xiàng)目審查及科學(xué)合理決策、實(shí)現(xiàn)軌道交通建設(shè)項(xiàng)目振動(dòng)環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)性提供技術(shù)支持。

1 北京市軌道交通概況

1.1 北京市軌道交通建設(shè)及規(guī)劃情況

截至2017年底，北京城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路共計(jì)22 條，覆蓋了北京市11 個(gè)市轄區(qū)，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)608 km，共設(shè)車站370座。系統(tǒng)制式包括地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車及懸浮列車等多種類型。根據(jù)北京市軌道交通第二期建設(shè)規(guī)劃，2015—2021年規(guī)劃建設(shè)12 個(gè)項(xiàng)目，總長(zhǎng)度262.9 km。到2021 年，形成27 條運(yùn)營(yíng)線路、總長(zhǎng)998.5 km的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。截至2017年底北京市軌道交通情況如表1所示。

北京市軌道交通第二期建設(shè)規(guī)劃中的3 號(hào)線、12號(hào) 線、17 號(hào) 線、19 號(hào) 線、22 號(hào) 線 采用A 型車8 輛編組，其中3號(hào)線、12號(hào)線最高運(yùn)營(yíng)速度為80 km/h，17號(hào)線最高運(yùn)營(yíng)速度100 km/h，19 號(hào)線最高運(yùn)營(yíng)速度120 km/h，22號(hào)線最高運(yùn)營(yíng)速度120 km/h以上；八通線、8 號(hào)線、25 號(hào)線、27 號(hào)線采用B 型車6 輛編組，其中八通線、8 號(hào)線最高運(yùn)營(yíng)速度為80 km/h，25 號(hào)線、27 號(hào)線最高運(yùn)營(yíng)速度為100 km/h；7 號(hào)線采用B型車8輛編組，最高運(yùn)營(yíng)速度為80 km/h；機(jī)場(chǎng)線采用L 型車4 輛編組，最高運(yùn)營(yíng)速度為110 km/h；中央商務(wù)區(qū)(CBD)線采用自動(dòng)導(dǎo)軌(APM)系統(tǒng)，4輛編組，最高運(yùn)營(yíng)速度為70 km/h。

表1 截至2017年底北京市軌道交通發(fā)展情況

1.2 北京市軌道交通已運(yùn)營(yíng)線路竣工環(huán)保驗(yàn)收情況

《國(guó)務(wù)院關(guān)于第一批取消62 項(xiàng)中央指定地方實(shí)施行政審批事項(xiàng)的決定》(國(guó)發(fā)[2015]57 號(hào))中提出取消環(huán)保試生產(chǎn)審批以“三同時(shí)”檢查代替。《環(huán)境保護(hù)部審批環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件的建設(shè)項(xiàng)目目錄(2015年本)》中對(duì)軌道交通新線由原北京市環(huán)境保護(hù)局審批的環(huán)評(píng)項(xiàng)目，工程環(huán)保竣工驗(yàn)收下放至原北京市環(huán)境保護(hù)局，自2007—2017 年北京市建成運(yùn)營(yíng)的20 個(gè)軌道交通項(xiàng)目中有2 個(gè)項(xiàng)目完成驗(yàn)收，5 個(gè)完成驗(yàn)收的技術(shù)評(píng)估會(huì)。影響竣工環(huán)保驗(yàn)收的主要原因在于環(huán)?？⒐を?yàn)收時(shí)，尚存在振動(dòng)、噪聲等指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象；部分線路敏感點(diǎn)因環(huán)保補(bǔ)償未達(dá)成一致，未落實(shí)拆遷要求；部分線路敏感點(diǎn)由于減振措施未落實(shí)到位或有噪聲、振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象，導(dǎo)致周邊居民投訴，環(huán)保驗(yàn)收階段公眾參與意見(jiàn)較多、難度大。因此，城市軌道交通環(huán)境保護(hù)措施應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注振動(dòng)控制措施應(yīng)用效果及存在的問(wèn)題。

2 城市軌道交通軌道減振措施應(yīng)用狀況

2.1 城市軌道交通減振措施基本情況

針對(duì)城市軌道交通運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)影響問(wèn)題國(guó)內(nèi)已做了大量研究，研究的方法主要是理論分析和試驗(yàn)研究其振動(dòng)機(jī)理、傳播規(guī)律及影響等，在此基礎(chǔ)上提出了諸多控制技術(shù)措施，開(kāi)發(fā)了多種不同類型的減振產(chǎn)品[1]。

在既有城市軌道交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，所建議的振動(dòng)控制措施主要為軌道減振措施。減振型軌道結(jié)構(gòu)包括減振型鋼軌、枕下、軌枕、道床及其他軌道減振結(jié)構(gòu)等，由于所處軌道部位的差異，以及結(jié)構(gòu)和材料上的區(qū)別，不同減振型式有不同的工作特性和減振效果[2]。北京市軌道交通軌道減振措施實(shí)際測(cè)試的減振效果如表2 所示。從表2 中可知，道床減振措施中的特殊建筑措施減振效果最優(yōu)，可達(dá)10～15 dB。。

表2 北京城市軌道交通軌道減振措施分類

2.2 北京市城市軌道交通軌道減振措施應(yīng)用狀況

隨著北京地鐵的高速發(fā)展，軌道減振措施得到了廣泛應(yīng)用，軌道減振技術(shù)快速發(fā)展并在探索中不斷改進(jìn)。通過(guò)調(diào)研、梳理、分析，北京市城市軌道交通軌道減振技術(shù)大致經(jīng)歷了以下5個(gè)階段。

第1 階段：20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始的軌道減振技術(shù)啟蒙階段，減振長(zhǎng)度短、減振措施種類少。

第2階段：2007—2009 年，軌道減振技術(shù)多樣化發(fā)展階段，減振長(zhǎng)度及減振措施類型快速增加階段，地鐵線路采用了多種軌道減振措施，如減振型扣件、鋼彈簧浮置板軌道、梯形軌枕、彈性軌枕等。

第3 階段：2009—2012 年，出現(xiàn)并解決異常波磨問(wèn)題，在軌道減振技術(shù)的應(yīng)用中出現(xiàn)了異常波磨情況，尤其是扣件減振措施，這一階段主要研究并提出整治鋼軌異常波磨的技術(shù)措施。

第4 階段：2012—2013 年，這個(gè)階段是北京市軌道交通快速發(fā)展的階段，軌道減振技術(shù)應(yīng)用也得到了提升，軌道減振技術(shù)在實(shí)踐中不斷向科學(xué)、合理的方向發(fā)展，梯形軌枕、隔離式減振墊浮置板等技術(shù)得以實(shí)際應(yīng)用以預(yù)防鋼軌發(fā)生異常波磨。

多年觀測(cè)表明，蘭考豫11井水位主要受聊蘭斷裂帶兩側(cè)地?zé)衢_(kāi)采活動(dòng)影響呈趨勢(shì)性下降(夏修軍等，2015)，與氣壓和降雨量變化關(guān)系不大，但短期內(nèi)氣壓突變會(huì)造成水位觀測(cè)曲線產(chǎn)生小幅畸變。水溫趨勢(shì)平穩(wěn)，變化受降水、氣溫和氣壓影響較小。

第5階段：2013 年至今，軌道減振技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展階段，注重地鐵綜合減振設(shè)計(jì)[2]。

截至2016年底統(tǒng)計(jì)結(jié)果，北京市城市軌道交通軌道減振措施應(yīng)用規(guī)?？傆?jì)344 km，占總運(yùn)營(yíng)里程的30%左右。軌道減振措施類別分別包括軌道減振器扣件(82 km)、梯形軌枕(163.4 km)、鋼彈簧浮置板(72 km)、其他類減振措施(26.6 km)。具體應(yīng)用情況如表3所示。

表3 北京市軌道交通減振措施應(yīng)用情況

續(xù)表

目前，在建線路環(huán)評(píng)階段和初步設(shè)計(jì)中批復(fù)的軌道減振措施類型及長(zhǎng)度如表4 所示，約占總運(yùn)營(yíng)里程40%左右。

3 北京市軌道交通項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)減振措施建議

根據(jù)以上對(duì)北京市軌道交通軌道減振措施應(yīng)用狀況的分析，結(jié)合軌道交通項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)估的需求，建議北京市軌道交通項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)減振措施選取遵循“源—傳播途徑—敏感點(diǎn)”的順序選擇控制措施，對(duì)于距離線路比較近的敏感保護(hù)目標(biāo)優(yōu)先采取線路優(yōu)化，其次采取軌道的工程措施，最后可以考慮傳播途徑和受體防護(hù)措施[3]。

3.1 優(yōu)先考慮采取綜合減振措施

振動(dòng)控制工程的設(shè)計(jì)應(yīng)首先充分考慮線路條件、地質(zhì)條件、隧道結(jié)構(gòu)、車輛運(yùn)行條件(車輛類型、編組、軸重和運(yùn)行速度等)、振動(dòng)源的強(qiáng)度、敏感點(diǎn)超標(biāo)量、減振系統(tǒng)特點(diǎn)、施工場(chǎng)地條件及全壽命周期經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)。

在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中考慮綜合減振，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)初期加強(qiáng)對(duì)綜合減振設(shè)計(jì)的要求，具體表現(xiàn)在以下方面：一是考慮優(yōu)化線路，選線設(shè)計(jì)盡量避免或減少線路周邊的振動(dòng)敏感點(diǎn)；通過(guò)線路平面走向遠(yuǎn)離敏感保護(hù)目標(biāo)，通過(guò)加大埋深減少振動(dòng)對(duì)敏感目標(biāo)的振動(dòng)影響；二是優(yōu)化線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中考慮采取加大結(jié)構(gòu)斷面、增加結(jié)構(gòu)厚度、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式等措施，從傳播途徑上對(duì)地鐵振動(dòng)進(jìn)行阻隔，減少振動(dòng)環(huán)境影響[1]；三是針對(duì)設(shè)計(jì)運(yùn)行速度高的線路分析以往軌道減振措施的適用性。

3.2 工程減振措施的選取

在環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中可以首先根據(jù)振動(dòng)超標(biāo)量確定減振降噪措施的等級(jí)，再根據(jù)具體工況，從經(jīng)濟(jì)性、適用性等方面決定最終選用何種措施。軌道交通目前采取的工程措施包括道床減振、軌枕減振、扣件減振3 種類型?！董h(huán)境噪聲與振動(dòng)控制工程技術(shù)導(dǎo)則》在總結(jié)近年軌道減振技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上將減振軌道結(jié)構(gòu)劃分為一般減振、中等減振、高等減振和特殊減振4 級(jí)；減振地段的Z 振級(jí)振動(dòng)超標(biāo)值一般應(yīng)在3 dB 以下，中等應(yīng)在3～8 dB，高等應(yīng)在8～15 dB，特殊應(yīng)在12～20 dB以上[4]。為了提高線路平順性，建議全線采取的軌道減振措施等級(jí)控制在2 種以內(nèi)，并且所采取的措施不跨級(jí)；線路中相同的軌道減振等級(jí)宜采取相同的減振形式，全線減振軌道形式不宜超過(guò)3 種(包括線路基礎(chǔ)減振)。對(duì)于兩段減振軌道過(guò)渡段較短的情況，將兩段減振軌道合并。

3.3 傳播途徑減振措施

減振措施的選取除考慮振動(dòng)預(yù)測(cè)值外，還應(yīng)考慮對(duì)受體(敏感保護(hù)目標(biāo))采取建筑防護(hù)、軌道與敏感物的距離、敏感保護(hù)目標(biāo)的建筑類型等因素，具體如下。

表4 北京市部分在建軌道交通線路環(huán)評(píng)及初設(shè)階段提出的減振措施情況

考慮軌道與敏感保護(hù)目標(biāo)的距離。對(duì)于距離線路5 m 內(nèi)的敏感保護(hù)目標(biāo)，建議按照下穿等同考慮，優(yōu)先考慮搬遷或功能置換，并在前期工作中做好與該處敏感保護(hù)目標(biāo)的協(xié)調(diào)工作。對(duì)于距離線路10 m內(nèi)敏感點(diǎn)，建議采取特殊等級(jí)(道床)減振措施。對(duì)于距離線路10 ～60 m內(nèi)的敏感保護(hù)目標(biāo)，按照預(yù)測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的工程措施。

考慮敏感保護(hù)目標(biāo)的建筑類型。對(duì)于線路埋深小于20 m、距離振動(dòng)敏感建筑物水平距離在20 m 以內(nèi)且建筑物類型為Ⅲ類的敏感建筑，建議采取特殊減振措施。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）北京市軌道交通第二期建設(shè)規(guī)劃中提出規(guī)劃建設(shè)12條線路，無(wú)論是系統(tǒng)制式、車輛還是速度已經(jīng)突破常規(guī)的軌道交通技術(shù)指標(biāo)，在這些項(xiàng)目環(huán)境影響技術(shù)評(píng)估中不斷遇到技術(shù)難點(diǎn)。軌道減振需要在工程最初的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工階段系統(tǒng)考慮，由于軌道交通運(yùn)行的特殊性，軌道交通措施一旦運(yùn)行，再次修改減振措施補(bǔ)救難度很大，因而在環(huán)評(píng)審批階段如何選取合適的軌道減振措施非常關(guān)鍵。了解北京市軌道交通的建設(shè)、運(yùn)行現(xiàn)狀及軌道交通減振措施，結(jié)合北京市已運(yùn)行線路減振措施的實(shí)際應(yīng)用情況，開(kāi)展軌道交通減振措施相關(guān)研究迫在眉睫。

（2）北京市軌道交通環(huán)保驗(yàn)收情況。截至2017年，北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路22條，運(yùn)營(yíng)總里程608 km。由于污水處理、噪聲、振動(dòng)措施未落實(shí)等環(huán)境保護(hù)問(wèn)題、拆遷及管理問(wèn)題等影響了運(yùn)營(yíng)線路環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收工作，目前運(yùn)行線路中有線路因?yàn)榄h(huán)境振動(dòng)污染發(fā)生信訪事件。

（3）北京市軌道交通減振措施。目前北京已運(yùn)行線路所采用的軌道減振措施約占運(yùn)營(yíng)總里程的30%左右，根據(jù)北京市已通車線路的運(yùn)營(yíng)情況，軌道設(shè)計(jì)中采用重型鋼軌，全線鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路作為基礎(chǔ)減振；減振級(jí)別按初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)、特殊4個(gè)等級(jí)[5]。中級(jí)減振地段推薦采用彈性長(zhǎng)枕、短枕；高級(jí)減振地段推薦使用梯形軌枕、隔離式減振墊浮置板、橡膠減振墊道床；特殊減振地段推薦采用高級(jí)鋼彈簧浮置板道床。減振措施的使用效果表明：早期建設(shè)運(yùn)營(yíng)的線路使用扣件類產(chǎn)品，尤其是剪切型減振器扣件異常波磨較為嚴(yán)重[6]，采取減振器扣件分等級(jí)加密等有效延緩了鋼軌異常波磨出現(xiàn)[7-8]。在后期新建線路中優(yōu)先采用道床類減振產(chǎn)品，彈性短枕和彈性長(zhǎng)枕的安全性能指標(biāo)測(cè)試合格；優(yōu)化梯形軌枕結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)至今狀態(tài)良好，未出現(xiàn)異常波磨[9]；橡膠減振墊道床減振效果良好；浮置板減振效果較好[10]。

（4）軌道交通減振措施設(shè)計(jì)。軌道減振首先考慮線路優(yōu)化，線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在水平距離上避讓環(huán)境敏感的建筑物；其次，在軌道埋深及軌道結(jié)構(gòu)上考慮采取加大結(jié)構(gòu)斷面、增加結(jié)構(gòu)厚度、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式等措施，從傳播途徑上減小軌道交通振動(dòng)影響；對(duì)于涉及高速度、新制式的軌道，軌道減振措施使用時(shí)需要借鑒以往軌道減振措施的適用性，除滿足減振效果外，還應(yīng)保證良好的輪軌關(guān)系，避免異常波磨等現(xiàn)象的出現(xiàn)，保證減振軌道結(jié)構(gòu)具有一定的耐久性并利于維修更換[11]。

4.2 建議

（1）開(kāi)展軌道交通減振技術(shù)研究。目前，北京市城市軌道交通已采用了多種減振降噪軌道結(jié)構(gòu)形式和措施，減振措施在使用中存在施工工序繁雜、工期長(zhǎng)、成本高、效果不穩(wěn)定、引起二次污染等不足，制約著城市軌道交通在減振降噪方面的發(fā)展[12]，需要開(kāi)展減振降噪技術(shù)研究以解決目前減振措施在使用中存在的問(wèn)題，為北京市軌道交通建設(shè)中振動(dòng)噪聲的控制提供借鑒。

（2）開(kāi)展系統(tǒng)性研究，優(yōu)化軌道交通減振。2008年奧運(yùn)會(huì)后北京市軌道交通得到迅速發(fā)展，有效緩解了城市交通擁堵，但地鐵噪聲振動(dòng)擾民為也越來(lái)越受到關(guān)注。軌道交通減振是個(gè)系統(tǒng)性工程，涉及政策法規(guī)、基礎(chǔ)理論研究、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)管理、環(huán)評(píng)預(yù)測(cè)、減振設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等各方面[13]。解決現(xiàn)階段軌道交通減振問(wèn)題，對(duì)于軌道交通的合理方案選擇、建設(shè)及與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，有著非常重要的意義。

（3）明確軌道交通減振效果，推動(dòng)軌道交通環(huán)保驗(yàn)收工作的開(kāi)展。環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收暫行辦法》(國(guó)環(huán)規(guī)環(huán)評(píng)[2017]4號(hào))中明確驗(yàn)收內(nèi)容包括：環(huán)境保護(hù)設(shè)施落實(shí)情況和環(huán)境保護(hù)設(shè)施調(diào)試效果。軌道交通項(xiàng)目環(huán)?？⒐を?yàn)收工作中減振措施是一項(xiàng)重要內(nèi)容，既包括了減振措施的位置、形式、長(zhǎng)度，又包括了減振措施的減振效果及達(dá)標(biāo)情況。減振措施效果和達(dá)標(biāo)情況的研究及成果也將成為推動(dòng)北京市軌道交通項(xiàng)目今后環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)北京市軌道交通建設(shè)快速發(fā)展，存在因軌道減振措施不到位引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)影響投訴，也影響了軌道交通工程運(yùn)營(yíng)和已經(jīng)建成項(xiàng)目的環(huán)保驗(yàn)收工作。在調(diào)查研究北京市軌道交通建設(shè)及其減振措施應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年軌道交通環(huán)境技術(shù)評(píng)估工作，針對(duì)北京市軌道交通項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)減振措施提出應(yīng)綜合減振優(yōu)先，依據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)振動(dòng)環(huán)境預(yù)測(cè)超標(biāo)量確定減振措施等級(jí)，考慮環(huán)境敏感目標(biāo)與軌道的距離及其建筑類型進(jìn)行選取。未來(lái)，在北京市軌道交通建設(shè)中，應(yīng)針對(duì)不同工況的項(xiàng)目采取不同的減振措施，以便更好地防治振動(dòng)環(huán)境污染。