某國際旅游度假區(qū)周邊開發(fā)受軌道交通振動(dòng)影響的方案優(yōu)化

馬駿

（上海國際旅游度假區(qū)置業(yè)有限公司，上海 201319）

0 引言

隨著我國工業(yè)化高速發(fā)展，城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，地鐵在城市內(nèi)部中、長距離的交通運(yùn)輸中具有不可或缺的地位和作用。與此同時(shí)，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的推進(jìn)，城市之間的城際鐵路以及城市內(nèi)部機(jī)場、高鐵等交通促使外場站之間的市域快線等軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)也迅速發(fā)展起來。另外，在城市發(fā)展的同時(shí)，土地資源緊缺的現(xiàn)實(shí)日漸凸顯，軌道交通站點(diǎn)、區(qū)間穿越或靠近人們居住生活環(huán)境已經(jīng)成為常態(tài)，甚至建設(shè)以城市軌道交通為導(dǎo)向的發(fā)展區(qū)（TOD）也成為了各大城市軌道交通建設(shè)的主導(dǎo)方向?；诖?，城市對交通運(yùn)輸需求與沿線人們生活、生產(chǎn)對環(huán)境需求之間的矛盾也日漸突出，進(jìn)一步推動(dòng)了軌道交通引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測評估研究的發(fā)展，并逐漸成為一門新興學(xué)科[1-3]。

軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測是復(fù)雜的，存在許多未知和不確定因素。另外，在不同的設(shè)計(jì)階段，對于不同的評估對象環(huán)境振動(dòng)的預(yù)測精確性和要求也往往不同，預(yù)測方法也有所差異。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算快捷、預(yù)測成本低，適用于初步評估，可對影響范圍進(jìn)行初步界定和分析。數(shù)值模擬分析和測試等方法預(yù)測精度好，但工作量大、預(yù)測成本高，更適用于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。本文以某國際旅游度假區(qū)周邊開發(fā)項(xiàng)目為例，分析預(yù)測了其地下穿行的軌道交通機(jī)場聯(lián)絡(luò)線對運(yùn)營環(huán)境的振動(dòng)影響，并對后續(xù)園區(qū)周邊開發(fā)方案提出相應(yīng)的減振策略。

1 項(xiàng)目概況

1.1 園區(qū)開發(fā)概況

項(xiàng)目開發(fā)區(qū)域位于某國際旅游度假核心區(qū)北側(cè)（以下簡稱度假區(qū)北片區(qū)），當(dāng)前階段現(xiàn)場清理工作已完成。根據(jù)規(guī)劃，度假區(qū)北片區(qū)開發(fā)定位為城市自然生態(tài)綠地，同時(shí)結(jié)合自身發(fā)展需求及其與旅游度假核心區(qū)功能的配套與互補(bǔ)情況，計(jì)劃開發(fā)以主題酒店、精品酒店和精品花園等為主要功能的業(yè)態(tài)。該項(xiàng)目目前處于概念設(shè)計(jì)階段，主要由濱水景觀帶、生態(tài)防護(hù)區(qū)以及沿濱水景觀帶呈東西向布局的3 處建設(shè)地塊組成，其中建設(shè)地塊包括西側(cè)1～2 層的精品酒店、中部2～4 層的度假酒店以及東側(cè)1～2 層的商業(yè)建筑等，總平面布置示意圖見圖1。

圖1 項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)總平面布置示意圖（Fig.1 General layout diagram of project development and construction）

1.2 軌道交通線路概況

擬建軌道交通當(dāng)前階段已完成初步設(shè)計(jì)，并開工建設(shè)。該線路為連接本市東、西兩大機(jī)場的聯(lián)絡(luò)線，全長約68 km，設(shè)9 座車站，包含3 個(gè)地面站和6 個(gè)地下站。主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1） 車速：160 km/h。

（2） 車輛：CRH6F 市域動(dòng)車組，軸重17 t。

（3） 輪軌及線路：采用雙塊式無砟軌道，定長為25 m、線密度為60 kg/m，軌道為材質(zhì)U75V 的無螺栓孔鋼軌；采用無縫線路和WJ-8B 扣件；平面最小曲線半徑對應(yīng)的一般地段長為1 500 m，困難地段長為1 300 m；縱斷面最大坡度為2%，困難情況占3%。

（4） 園區(qū)區(qū)段內(nèi)隧道：通過度假區(qū)北片區(qū)區(qū)段為地下段，隧道斷面為圓形，單洞雙線，設(shè)置中隔墻；隧道管片外徑為13.6 m；道床采用C40 混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)；軌頂埋置深度約為24.3～26.9 m。

（5） 土體：軟弱土。

1.3 園區(qū)與擬建軌道交通的關(guān)系

根據(jù)當(dāng)前規(guī)劃方案，北片區(qū)建設(shè)用地位于擬建機(jī)場聯(lián)絡(luò)線兩個(gè)站點(diǎn)區(qū)間，均為地下線區(qū)段，主要包括3個(gè)地塊，軌道交通線路與各地塊的平面相對位置見圖1及表1。

2 振動(dòng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段，我國環(huán)境振動(dòng)的評估主要采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 10070—1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》，其中城市各類區(qū)域的鉛垂向 振級標(biāo)準(zhǔn)值限值見表2[4]。

表2 城市各類區(qū)域鉛垂向 振級標(biāo)準(zhǔn)值限值（Tab.2 Standard value limit of vertical -vibration level of lead in various urban areas）

另外，與噪聲影響不同，調(diào)查研究表明若外界引發(fā)的住宅振動(dòng)略超出人體舒適度（感知水平），居住者會(huì)不適和不滿，因此制定振動(dòng)限值標(biāo)準(zhǔn)非常重要。我國的振動(dòng)限值標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)可接受煩惱度制定，通過各類區(qū)域暴露-反應(yīng)關(guān)系的現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果確定。此外，其他較多國家均依據(jù)感知閾值制定建筑物室內(nèi)和周邊環(huán)境振動(dòng)限值標(biāo)準(zhǔn)。以英國標(biāo)準(zhǔn)BS 5228—2《建筑工地和露天場地的噪聲和振動(dòng)控制》（Noise and vibration control on construction and open sites）為例，振動(dòng)感知閾值的速度峰值的典型范圍是0.14～0.30 mm/s，振動(dòng)速度與感知對比情況如表3 所示[5]。

表3 振動(dòng)速度與人體感知對比[5]（Tab.3 Comparison between vibration rate and human perception）

綜合考慮本項(xiàng)目開發(fā)園區(qū)業(yè)態(tài)特點(diǎn)，環(huán)境振動(dòng)評估限值取值標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1） 對度假酒店，取夜間限值67 dB 進(jìn)行控制。

（2） 對商業(yè)區(qū)塊，取夜間限值72 dB 進(jìn)行控制。

（3） 對環(huán)境有較高品質(zhì)要求的建筑——精品酒店，取特殊住宅區(qū)環(huán)境振動(dòng)限值65 dB，同時(shí)參考基于振動(dòng)感知閾值的速度峰值限值0.30 mm/s 進(jìn)行控制。

3 基于半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ǖ恼駝?dòng)預(yù)測分析

3.1 預(yù)測評價(jià)方法

城市軌道交通建設(shè)及運(yùn)營期間將會(huì)向周邊環(huán)境釋放振動(dòng)、噪聲等工程污染，本地塊內(nèi)擬建的軌道交通工程為地下線，將先于園區(qū)建設(shè)，因此，目前階段的預(yù)測分析以運(yùn)營階段的振動(dòng)預(yù)測分析為主。軌道交通產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)及其傳播是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，它與列車類型、行車速度、隧道埋深、水平距離、地質(zhì)條件和軌道結(jié)構(gòu)類型等諸多因素有關(guān)，當(dāng)進(jìn)行振動(dòng)預(yù)測時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求、客觀條件等選用合適的預(yù)測模式。該園區(qū)擬建設(shè)的軌道交通聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)速達(dá)160 km/h，遠(yuǎn)高于國內(nèi)一般軌道交通線路運(yùn)行時(shí)速，可供參考的預(yù)測模型參數(shù)較少。綜合考慮各方面條件，采用HJ 453—2018《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-城市軌道交通》[6]中的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ǎ聪率竭M(jìn)行預(yù)測分析。

3.2 類比源強(qiáng)振動(dòng)測試

國內(nèi)已開始運(yùn)營的160 km/h 市域快線及其可供參考的類比測試數(shù)據(jù)目前還較少，考慮到度假區(qū)北片區(qū)地處淤泥質(zhì)軟土地區(qū)，土體動(dòng)力特性之間的差別對振動(dòng)波的傳播影響較大，因此，本次分析時(shí)對度假區(qū)北片區(qū)附近一條已經(jīng)在運(yùn)營的軌道列車E 號(hào)線引起的地表振動(dòng)進(jìn)行測試，并通過半經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)其列車源強(qiáng)，作為本次分析預(yù)測的類比振動(dòng)源強(qiáng)。

E 號(hào)線列車運(yùn)行時(shí)速為100 km/h，為地鐵A 型列車，軸重16 t，為無縫雙線地下隧道，軌頂埋深約9.6 m。

振動(dòng)測試參考JGJ/T 170—2009《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量方法標(biāo)準(zhǔn)》[7]進(jìn)行，測點(diǎn)通過GPS 系統(tǒng)進(jìn)行定位，分布于E 號(hào)線軌道邊線約80 m（單側(cè)）內(nèi)的地表范圍，沿橫跨軌道方向布置V1～V14 共14 個(gè)測點(diǎn)，對各測點(diǎn)垂直于地面 方向的振動(dòng)加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。測點(diǎn)與地鐵線路隧道斷面位置關(guān)系示意圖見圖2，現(xiàn)場實(shí)測情況見圖3。

圖2 測點(diǎn)與地鐵線路隧道斷面位置關(guān)系示意圖（Fig.2 Measurement point and subway line tunnel section position diagram）

圖3 現(xiàn)場實(shí)測情況照片（Fig.3 Photos of field measurement）

根據(jù)實(shí)測振動(dòng)加速度對各測點(diǎn)的鉛垂向Z振級進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果見表4。由表4 可見，V1～V14 測點(diǎn)的鉛垂向Z振級最大值為81.1 dB，位于列車運(yùn)行隧道正上方范圍內(nèi)，主要頻率分布于50～90 Hz 內(nèi)。

表4 各測點(diǎn)在列車通行狀態(tài)下的鉛錘向 振級統(tǒng)計(jì)（Tab.4 -vibration level statistics of each measuring point under the condition of train traffic）

3.3 振動(dòng)源強(qiáng)分析及振動(dòng)環(huán)境影響預(yù)測分析

通過實(shí)測得到的E 號(hào)線地下軌道列車上部地表振級以及HJ 453—2018《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-城市軌道交通》[6]中振級隨距離的衰減經(jīng)驗(yàn)公式，可計(jì)算得出E 號(hào)線的源強(qiáng)為85.5 dB。以此作為機(jī)場聯(lián)絡(luò)線的類比振動(dòng)源強(qiáng)，基于半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ǎㄟ^列車速度、軸重和簧下質(zhì)量、輪軌條件、隧道形式、距離等修正，對擬建機(jī)場聯(lián)絡(luò)線沿線中心線單側(cè)約140 m 范圍的環(huán)境振級進(jìn)行預(yù)測分析，結(jié)果見表5。

表5 距擬建機(jī)場聯(lián)絡(luò)線中心線不同距離處地表 振級預(yù)測分析結(jié)果（Tab.5 Different distances from the center line of the proposed airport link Prediction and analysis results of surface vibration level）

由表5 可知：距離擬建機(jī)場聯(lián)絡(luò)線中心線水平距離約105 m 范圍內(nèi)的 振級將超過環(huán)境振動(dòng)限值65 dB（特殊住宅區(qū)夜間振動(dòng)限值），約91 m 范圍內(nèi)的Z 振級將超過67 dB（居民、文教區(qū)夜間振動(dòng)限值），約57 m 范圍內(nèi)的 振級將超過72 dB（商業(yè)混合區(qū)夜間振動(dòng)限值）。

4 園區(qū)開發(fā)方案優(yōu)化及減振降噪措施

4.1 環(huán)境振動(dòng)控制常用措施

為減小軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)，其控制措施從空間上總體分為三大類[8]：振源控制、振動(dòng)傳播路徑控制和建筑物振動(dòng)控制。最終需要綜合考慮技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性來確定控制類型。

（1） 振源控制。振源控制是最有效的減振方法，其控制內(nèi)容主要包括：線位（水平向和豎向）、軌道設(shè)計(jì)、鋼軌品質(zhì)和維修、列車/車輛設(shè)計(jì)和維修、列車速度以及支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

（2） 振動(dòng)傳播路徑控制。振動(dòng)傳播路徑控制是在振源至接受者（建筑物）之間的大地中設(shè)置屏障，當(dāng)?shù)貍髡駝?dòng)波傳播到屏障時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，阻礙振動(dòng)的傳播，從而減小地傳振動(dòng)。但振動(dòng)波仍然會(huì)有一部分透射到屏障的后部，還會(huì)在屏障的兩端和底部繞射。振動(dòng)傳播途徑控制的主要措施有：空溝或填充溝、混凝土墻屏障、排樁（孔）和波阻板。

（3） 建筑物振動(dòng)控制。建筑物振動(dòng)控制的主要措施如下：重新考慮土地用途和建筑布局，選用合理的建筑結(jié)構(gòu)措施和建筑物基礎(chǔ)隔振；選用較深的建筑物基礎(chǔ)和樓板措施（如浮置式樓板、房中房可提高樓板固有頻率，增大樓板阻尼等）；增加調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（動(dòng)力吸振器）；采取主動(dòng)控制措施等。

4.2 園區(qū)開發(fā)方案優(yōu)化及減振措施建議

擬建機(jī)場聯(lián)絡(luò)線沿東西方向從項(xiàng)目用地范圍南側(cè)邊界穿越，穿越總長度約2 810 m，其中建設(shè)用地有3塊，穿越長度約1 100 m，1 塊沿邊線側(cè)穿，其余地塊與軌道平面最近距離為2～27 m 不等，穿越范圍內(nèi)擬建建筑物分布相對稀疏，包括商業(yè)建筑（特色餐飲）、類居住建筑（度假酒店）以及對環(huán)境品質(zhì)要求較高的精品酒店。

鑒于該軌道交通振源的線位走向、車輛選用、軌道設(shè)計(jì)和列車速度等已基本確定，綜合考慮，建議采取如下主動(dòng)控制及被動(dòng)控制等措施，對該地塊內(nèi)的擬建建筑物實(shí)施減振降噪：

（1） 在條件許可的情況下，對擬建機(jī)場聯(lián)絡(luò)線實(shí)施振源主動(dòng)減振，建議采取鋼彈簧浮置板道床等特殊減振措施。

根據(jù)由近及遠(yuǎn)控制優(yōu)先原則，一般情況下，減振措施越靠近振源，其減振效果越好，成本越低。根據(jù)初步測算，機(jī)場聯(lián)絡(luò)線在建設(shè)用地范圍內(nèi)的穿越長度約1 100 m，如果采取鋼彈簧浮置板道床的軌道減振措施，增加工程費(fèi)用約4 000 萬，可降低周邊30 m 近場范圍內(nèi)環(huán)境地面振級約7～14 dB[9]。但由于該用地范圍呈狹長狀，軌道交通穿越長度較長，而建筑物的分布卻較為稀疏，因此減振性價(jià)比相對較低。建議將該主動(dòng)減振方案作為備選，在與其他減振方案進(jìn)行綜合對比后，在條件許可時(shí)選用。

（2） 調(diào)整擬建建筑物的空間規(guī)劃，使振動(dòng)敏感類的建筑物盡量遠(yuǎn)離軌道交通振源[10]，據(jù)此原則，優(yōu)化后的規(guī)劃布置方案見圖4。后續(xù)將根據(jù)軌道交通所實(shí)施的具體減振方法，對該區(qū)域內(nèi)的環(huán)境振動(dòng)影響進(jìn)一步預(yù)測評估，并根據(jù)結(jié)果再進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

圖4 項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)總平面優(yōu)化控制方案示意圖（Fig.4 Project development and construction of the overall plane optimization control scheme schematic diagram）

（3） 對擬建建筑物選用合理的建筑結(jié)構(gòu)措施，包括優(yōu)先選用混凝土結(jié)構(gòu)，采用較重的建筑結(jié)構(gòu)形式、較深基礎(chǔ)等方案，增加建筑物的整體質(zhì)量以利于振動(dòng)的控制和衰減。

（4） 對于室內(nèi)振動(dòng)環(huán)境和二次結(jié)構(gòu)噪聲有較高品質(zhì)要求的個(gè)別建筑物（如精品酒店），建議參考基于振動(dòng)感知閾值的速度峰值限值0.30 mm/s 進(jìn)行控制。后續(xù)待進(jìn)一步明確相關(guān)振源參數(shù)和建筑方案后，對房屋的室內(nèi)振動(dòng)及二次結(jié)構(gòu)噪聲進(jìn)行詳細(xì)地?cái)?shù)值模擬計(jì)算，如果不滿足預(yù)期要求，可采用基礎(chǔ)隔振和浮置樓板等措施進(jìn)行減振。

5 結(jié)語

本案例通過對某國際旅游度假區(qū)周邊既有軌道交通線路振源強(qiáng)度的類比測試，根據(jù)半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?，對后續(xù)擬建160 km/h 快速軌道交通列車的環(huán)境振動(dòng)影響范圍進(jìn)行了預(yù)測評估，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果對該園區(qū)的開發(fā)布置方案進(jìn)行了優(yōu)化，對園區(qū)擬開發(fā)建筑物以及擬建軌道交通線路的減振提出了相關(guān)的建議措施。后續(xù)將進(jìn)一步根據(jù)軌道交通線路的減振方案、軌道交通運(yùn)行實(shí)測數(shù)據(jù)，來調(diào)整園區(qū)規(guī)劃布置方案及減振措施，以最大程度減少環(huán)境振動(dòng)對園區(qū)開發(fā)的影響，為類似的園區(qū)開發(fā)、地鐵上蓋等項(xiàng)目前期決策提供參考。