某文化中心地鐵下穿隔振降噪工程研究

李卉，燕翔，王江華，談曉風(fēng)

（1.北京德尚靜潔科技發(fā)展有限公司，北京 100084；2.清華大學(xué)建筑學(xué)院，北京 100084；3.德國(guó)BSW公司，上海 200041）

1 項(xiàng)目概況

北京市石景山區(qū)文化中心總建筑面積41 606m2，建設(shè)內(nèi)容主要有區(qū)文化館（含非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中心）、區(qū)全民健身中心、區(qū)博物館、實(shí)體書(shū)店、多廳影院、地下車(chē)庫(kù)及人防等配套設(shè)施用房。其中：區(qū)文化館（含非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中心）1萬(wàn)m2、區(qū)全民健身中心8000m2、區(qū)博物館6000m2、實(shí)體書(shū)店2000m2、多廳影院5000m2、地下車(chē)庫(kù)及人防等配套設(shè)施用房10 606m2。項(xiàng)目啟動(dòng)之初，發(fā)現(xiàn)在建的北京市地鐵6號(hào)線將穿越石景山區(qū)文化中心建筑正下方（見(jiàn)圖1），由于文化中心有影院、錄音室、劇場(chǎng)等對(duì)噪聲與振動(dòng)敏感的建筑功能區(qū)域，因此需要評(píng)估6號(hào)線地鐵產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲對(duì)建筑物的影響，并提出合理的隔振降噪方案。

2 控制目標(biāo)

圖1 北京市地鐵6號(hào)線與石景山區(qū)文化中心位置關(guān)系俯視圖

目前針對(duì)軌道交通對(duì)建筑物產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)及二次輻射噪聲影響的控制標(biāo)準(zhǔn)有：《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—1988）及《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009）。同時(shí)，石景山區(qū)文化中心內(nèi)的劇場(chǎng)等敏感建筑還應(yīng)滿足《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50356—2005）中的背景噪聲限值規(guī)定。

石景山文化中心的環(huán)境振動(dòng)控制目標(biāo)服從《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—1988）中對(duì)“居民、文教區(qū)”的規(guī)定，地鐵通過(guò)時(shí)的最大Z計(jì)權(quán)振動(dòng)級(jí)晝間不超過(guò)70dB、夜間不超過(guò)67dB[1]；二次輻射噪聲控制目標(biāo)服從《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009）中對(duì)“居住文教區(qū)”的規(guī)定，列車(chē)通過(guò)時(shí)16～200Hz連續(xù)等效A聲級(jí)晝間不超過(guò)38dB（A）、夜間不超過(guò)35dB（A）[2]；劇場(chǎng)的背景噪聲服從《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50356—2005）對(duì)采用擴(kuò)聲系統(tǒng)的劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)噪聲限值不超過(guò)NR30的規(guī)定[3]。該項(xiàng)目涉及的控制目標(biāo)限值歸納見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目中涉及的控制目標(biāo)限值[1～3]

3 類(lèi)比項(xiàng)目實(shí)測(cè)

為了解地鐵下穿建筑物實(shí)際噪聲振動(dòng)情況，選擇了兩個(gè)可類(lèi)比的項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)測(cè)。類(lèi)比項(xiàng)目1是北京市海淀區(qū)北土城西路小月河北岸某餐廳，該建筑物位于地鐵10號(hào)線正上方，如圖2所示。類(lèi)比項(xiàng)目2是北京市東城區(qū)五四大街與王府井大街交匯路口西南角某辦公建筑，該項(xiàng)目與地鐵6號(hào)線水平距離15m，如圖3所示。以上建筑內(nèi)存在噪聲振動(dòng)敏感房間如拍賣(mài)廳、重器展廳等。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 類(lèi)比項(xiàng)目1與地鐵10號(hào)線的位置關(guān)系

圖3 類(lèi)比項(xiàng)目2與地鐵6號(hào)線的位置關(guān)系

表2 類(lèi)比項(xiàng)目實(shí)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 控制方案

地鐵6號(hào)線在下穿該文化中心區(qū)段需采用鋼彈簧浮置板減振措施。依據(jù)類(lèi)比項(xiàng)目的實(shí)測(cè)結(jié)果，浮置板措施降低15dB振動(dòng)后，仍不能滿足要求，因此建筑物自身必須采取噪聲振動(dòng)控制措施，才能保證建筑物及其內(nèi)部的敏感房間受到的環(huán)境振動(dòng)及二次輻射噪聲影響達(dá)到相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中的限值。建筑物自身隔振有兩種對(duì)策，一種是針對(duì)各個(gè)噪聲振動(dòng)敏感房間進(jìn)行單獨(dú)處理，即采取“房中房”做法；另一種是對(duì)建筑物進(jìn)行整體隔振處理。

該文化中心建筑內(nèi)部的噪聲振動(dòng)敏感房間較多，包括電影院、劇場(chǎng)、錄音室等。逐個(gè)房間采用“房中房”做法將要面臨的難點(diǎn)包括：1）施工工藝復(fù)雜，由于劇場(chǎng)和影院觀眾席有階梯起坡，增加了“房中房”做法的難度。頂部需要統(tǒng)一采用彈性吊桿隔聲吊頂，與燈光、舞臺(tái)機(jī)械協(xié)調(diào)難度極大。2）“房中房”結(jié)構(gòu)占用房間內(nèi)部空間，地面需要高出原來(lái)至少150mm，頂部需要增加的隔聲彈性吊頂為300mm厚度，墻面需要額外增加200mm厚度，因此對(duì)于劇場(chǎng)及影院的使用空間影響較大。3）為避免出現(xiàn)振動(dòng)“短路”，對(duì)施工監(jiān)督要求極高。墻體施工時(shí)，內(nèi)墻不得與外墻有任何接觸，包括兩層墻之間不小心卡住的施工廢料；彈性吊桿必須受力均勻，避免某個(gè)彈性吊桿被壓死無(wú)任何彈性；浮筑地面必須與四周墻體徹底斷開(kāi)，不許出現(xiàn)浮筑地面澆筑過(guò)程與四周墻體出現(xiàn)硬連接短路現(xiàn)象，因此結(jié)構(gòu)控制節(jié)點(diǎn)眾多，施工難度極大。4）“房中房”將導(dǎo)致載荷增加，預(yù)計(jì)會(huì)增加600kg/m2，需要結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)復(fù)審，并將導(dǎo)致建筑整體造價(jià)的增加。

因此，該項(xiàng)目確定采用建筑物整體浮筑的隔振措施，隔振做法見(jiàn)圖4。該文化中心為筏板基礎(chǔ)，整體浮筑的減振材料選型以結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)提供的重力載荷標(biāo)準(zhǔn)下基礎(chǔ)反力圖為依據(jù)，見(jiàn)圖5。選擇承載能力、靜態(tài)下沉量及固有頻率適當(dāng)?shù)臏p振墊。

圖4 整體隔振方案示意圖

圖5 重力載荷標(biāo)準(zhǔn)下基礎(chǔ)反力圖

該項(xiàng)目最終選擇的減振材料為德國(guó)BSW公司的Regupol系列480、550、800型號(hào)減振墊，圖6為減振墊的壓力承載圖，圖7為減振墊的靜態(tài)下沉量隨壓力變化的曲線圖，圖8為減振墊的固有頻率隨壓力變化的曲線圖。為了檢驗(yàn)Regupol系列減振墊的耐久性，在清華大學(xué)進(jìn)行了400萬(wàn)次抗疲勞試驗(yàn)。減振墊的布置方案見(jiàn)圖9。

圖6 減振墊的壓力承載圖

圖7 減振墊的靜態(tài)下沉量隨壓力變化曲線圖

圖8 減振墊的固有頻率隨壓力變化曲線圖

5 減振墊效果實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)分析

圖9 減振墊布置方案圖

針對(duì)項(xiàng)目中應(yīng)用的BSW隔振墊Regupol vibration480、550、800減振墊，進(jìn)行了隔振測(cè)量。測(cè)量在隔振臺(tái)上進(jìn)行，選用符合《聲學(xué)—建筑構(gòu)件隔聲實(shí)驗(yàn)室測(cè)量第五部分：測(cè)試設(shè)施與設(shè)備要求》（ISO 10140—5）規(guī)定的重?fù)羟颍瑥木嚯x振動(dòng)臺(tái)面1m的位置自由落體，測(cè)量由硬質(zhì)鋼塊（相當(dāng)于無(wú)減振）和BSW隔振墊Regupol vibration 480、550、800型號(hào)支撐的滿足設(shè)計(jì)載荷的混凝土板的振動(dòng)加速度級(jí)。隔振臺(tái)為實(shí)心混凝土塊，周邊采用600mm厚細(xì)沙與環(huán)境振動(dòng)隔離。測(cè)量用的混凝土板為長(zhǎng)5m，寬200mm，厚60mm的條板。測(cè)試裝置見(jiàn)圖10。

圖10 測(cè)量裝置示意圖

依據(jù)硬質(zhì)鋼塊及BSW減振墊Regupol vibration480、550、800的隔振測(cè)量結(jié)果，計(jì)算減振墊作為支撐物與硬質(zhì)鋼塊作為支撐物時(shí)，混凝土板振動(dòng)加速度級(jí)的降低量，即BSW減振墊在4～200Hz各1/3倍頻帶中心頻率的隔振量。

以類(lèi)比項(xiàng)目1的環(huán)境振動(dòng)及二次輻射噪聲測(cè)量結(jié)果為類(lèi)比源強(qiáng)，疊加BSW減振墊Regupol vibration480、550、800型號(hào)在實(shí)驗(yàn)室隔振臺(tái)上得到的實(shí)測(cè)隔振量，計(jì)算得到鋪設(shè)減振墊后該建筑的環(huán)境振動(dòng)值及二次輻射噪聲值。進(jìn)而可計(jì)算鋪設(shè)減振墊前后Z振級(jí)及二次輻射噪聲A聲級(jí)之差，即得到各減振墊的振動(dòng)及二次輻射噪聲降低量。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果顯示，此方案可滿足減振降噪要求。減振墊效果預(yù)測(cè)分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 減振墊效果預(yù)測(cè)分析結(jié)果

6 安裝施工

在建筑基礎(chǔ)下方鋪設(shè)減振墊實(shí)現(xiàn)建筑物整體隔振的關(guān)鍵在于施工中保證建筑物與大地土壤層完全通過(guò)減振墊隔離，需對(duì)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，考慮減振墊拼接、防水層處理、防雷設(shè)施處理等細(xì)節(jié)問(wèn)題。減振墊的施工節(jié)點(diǎn)如圖11所示。節(jié)點(diǎn)中非固化防水層為黏性材料，解決了在側(cè)壁鋪設(shè)減振墊的固定問(wèn)題。為了區(qū)分三種不同型號(hào)的減振墊，在施工現(xiàn)場(chǎng)用三種不同顏色對(duì)減振墊進(jìn)行了標(biāo)記，如圖12所示。

圖11 鋪設(shè)減振墊的施工節(jié)點(diǎn)圖

圖12 用顏色對(duì)不同型號(hào)的減振墊進(jìn)行標(biāo)記

7 竣工實(shí)測(cè)

2019年7月對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了竣工實(shí)測(cè)。測(cè)試位置為地鐵線正上方的地下三層房間及一層劇場(chǎng)觀眾廳內(nèi)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。圖13是類(lèi)比項(xiàng)目1與該文化中心環(huán)境振動(dòng)分頻曲線圖。測(cè)試結(jié)果顯示，列車(chē)通過(guò)時(shí)，該文化中心的環(huán)境振動(dòng)、二次輻射噪聲、劇場(chǎng)觀眾廳的室內(nèi)噪聲級(jí)均達(dá)到國(guó)內(nèi)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的限值。從實(shí)測(cè)結(jié)果看，與類(lèi)比測(cè)試及實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)分析基本吻合。

表4 竣工測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖13 類(lèi)比項(xiàng)目1與石景山區(qū)文化中心環(huán)境振動(dòng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

8 結(jié)論

石景山區(qū)文化中心是國(guó)內(nèi)首個(gè)采用減振墊建筑物整體浮筑做法的工程實(shí)例。該實(shí)例說(shuō)明采用減振墊全包圍建筑物的隔振方法能有效降低地鐵對(duì)建筑物的環(huán)境振動(dòng)及二次輻射噪聲影響。采用整體隔振的處理方法應(yīng)參照重力載荷標(biāo)準(zhǔn)下基礎(chǔ)反力圖，根據(jù)減振墊的承載能力、靜態(tài)下沉量、固有頻率等物理參數(shù)進(jìn)行精確選型。減振墊鋪設(shè)方案完成之后，還應(yīng)通過(guò)類(lèi)比項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和減振墊的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，對(duì)選型進(jìn)行效果復(fù)核。在實(shí)際施工中，應(yīng)特別注意隔振墊拼接、防水層處理、防雷設(shè)施處理等細(xì)節(jié)問(wèn)題，保證建筑物與大地土壤層有效隔離。