地鐵施工、運營期振動環境影響及控制措施

賀磊

摘要：指出了近20年來我國地下鐵道的迅猛發展，給城市居民工作和生活帶來了極大的便利，然而地鐵引發的振動與噪音也給城市建設和居民生活帶來危害。對地鐵的施工期、運營期的振動環境影響以及防護措施展開了研究，結果表明：地鐵施工期主要振動來源于機械振動、爆破作業等，控制施工作業的時間及施工方式能有效降低振動影響。運營期的振動是列車構造、行車速度、軌道、隧道結構、沿線地質等因素綜合作用的結果，需要從規劃階段、設計階段、日常保養等多途徑來控制影響。

關鍵詞：地鐵振動；環境影響；控制措施；施工期；運營期

中圖分類號： P315

文獻標識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06020802

1 引言

隨著城市的不斷擴大，地鐵作為一種緩解城市交通壓力的現代化交通工具，其優勢日益明顯：不占用地面空間、速度快、運量大、準時率高。然而地鐵在施工、運營期間，穿越建筑密集區域所引起的環境振動問題也逐漸凸顯，振動已被國際列為七大環境公害之一[1]。我國各大城市因地鐵造成的振動和結構噪聲投訴逐年增加， 研究地鐵施工、運營期的振動環境影響及控制措施有重要意義。

2 施工期振動影響分析

2.1 施工期振動敏感點及影響分析

受施工機械振動影響的主要是位于車站附近、部分明挖路段環境敏感點。區間隧道采用盾構法施工對線路兩側地面產生振動影響較小，對線路正上方振動有一定影響，主要表現為地面沉降。明挖施工將使用各高頻振動機械，對車站周圍的建筑影響較大，但其影響為間斷性，主要集中在施工初期的路面破碎。施工振動主要為明挖法施工地段兩側約30m 內，居民區、學校、醫院等可能受施工振動影響的敏感點。

2.1.1 施工場地作業影響分析

施工場內的振動作業將會對該范圍內的敏感點造成影響，影響居民正常的生活、工作以及教學等；建議風鎬、空壓機等振動值較高設備盡量不在夜間休息時段使用。

2.1.2 爆破作業影響分析

在施工過程中，遇到巖層需進行小規模的爆破作業，爆破振動通常用爆破振動速度來評價。《爆破安全規程》（GB6722-2011）規定了建筑物地面質點的安全振動速度。爆破作業的影響范圍由爆破方式、裝藥量、地質條件等因素確定。我國推薦爆破振動對建筑物影響公式（薩道夫斯基公式）[2]：

V=K（Q1/3/R）a

式中：K為場地系數；a為衰減系數；Q為單段最大裝藥量，kg；R為測點與爆破位置距離，m。

一般情況下，對于持續性振動，當振速超過0.2cm/s，人們就有顯著感覺，會有投訴；當振速超過0.6cm/s，人們會感到不愉快。考慮到施工爆破對人群的影響，應從嚴控制爆破用藥量。按上述公式計算，當K為350，振速為0.2cm/s，爆破與建筑物距離5m，環境振動的炸藥安全用量為0.01kg；當與建筑物的距離增加到25m時，安全用量為0.36kg；當與建筑物的距離為50m時，安全用量為1.43kg。施工時應根據工程沿線地面建筑物類型、敏感點的分布等實際狀況，控制一次齊爆的最大用藥量。同時對于有敏感點的區段，夜間不得進行爆破作業。

2.2 施工期振動環境影響防護措施

（1）科學合理的施工現場布局是減少施工振動的重要途徑，在滿足施工作業的前提下，應充分考慮施工場地布置與周邊環境的相對位置關系。將施工現場的固定振動源，如加工車間、料場等相對集中，以縮小振動干擾的范圍。

（2）在保證施工進度的前提下，優化施工方案，合理安排作業時間，在環境振動背景值較高的時段內進行高振動作業，限制夜間進行有強振動污染嚴重的施工作業，并做到文明施工。

（3）區間段采用盾構法施工的，應事先對離隧道較近的敏感點詳細調查、做好記錄，對可能造成的房屋開裂、地面沉降等影響采取加固等預防措施。

3 運營期振動環境影響

3.1 振動源分析

地鐵振動的產生和傳播是一個異常復雜的過程，它與地鐵列車的構造、性能和行車速度、軌道、隧道結構、材料及沿線的地質條件等許多因素有關。車輛段振動影響主要來自于試車線、停車庫、咽喉岔區、出入段線等行車速度較快的部位。地鐵列車在運行過程中產生振動，通過軌道、隧道和土壤傳遞到上方建筑物基礎，由建筑物基礎振動而引起房屋地面、墻體、梁柱、門窗及室內家具等振動使建筑物內產生可聽聲，因此，二次結構傳聲是地鐵振動的另一個主要因素。

3.2 振動污染防治措施建議

3.2.1 振動污染防治的一般性原則

根據地鐵振動的產生機理，在車輛類型、軌道構造、線路條件等方面進行減振設計，將降低輪軌接觸產生的振動源強值，從根本上減輕振動對周圍環境的影響[3～5]。

（1）車輛振動控制。車輛性能的優劣直接影響振源的大小，在車輛構造上進行減振設計對控制軌道交通振動作用重大。根據國內外的有關研究資料，采用彈性車輪可降低振動4～10dB。此外還可采用阻尼車輪或特殊踏面車輪；在轉向架上采取減振措施；減輕一、二系懸掛系統質量；采用盤式制動等措施來降低車輛的振動。

（2）軌道結構振動控制。軌道結構振動控制主要包括鋼軌及線路形式、扣件類型和道床結構等三方面的內容：①鋼軌及線路形式60kg/m鋼軌無縫線路不僅能增強軌道的穩定性，減少養護維修工作量和降低車輛運行能耗，而且能減少列車的沖擊荷載，已在城市軌道交通中得到廣泛應用。②扣件類型：減振要求一般地段可采用Ⅲ型軌道減振器扣件。③道床結構：地下線路減振要求較高地段可采用梯形軌枕，在需特殊減振的地段，可采用浮置板道床等。

（3）線路和車輛的維護保養。地鐵線路和車輪的光滑、圓整度直接影響地鐵振級的大小，良好輪軌條件可降低振動5～10dB。在運營期加強輪軌的維護、保養，定期旋輪和打磨鋼軌，對小半徑曲線段涂油防護，以保證其良好的運行狀態，以減少附加振動。

3.2.2 減振措施比選

（1）GJ-Ⅲ型軌道減振器扣件。結構依靠鋼軌側邊及鋼軌下橡膠支承進行減振；預測減振效果平均值≥6dB；造價估算為90萬元/單線km；50年內至少要全部更換1～2次，更換對運營無影響；與普通整體道床的施工方式相同；維修方便；實踐應用：北京地鐵5號線、10號線。

（2）梯形軌枕。結構由減振墊、兩根預應力混凝土縱梁及其聯結桿件、橫縱向限位件組成；預測減振效果平均值≥10dB，造價估算為750萬元/單線km；50年內個別更換1～2次，對運營影響很小；施工難度小，技術成熟；維修量很小；實踐應用：北京、上海、廣州、深圳。

（3）鋼彈簧浮置板軌道。結構將道床板置于鋼彈簧；預測減振效果平均值≥15dB；50年內個別更換1～2次；造價估算為1500萬元/單線km，更換對運營影響很小；浮置板可現場澆筑，需專門施工機具，施工難度大，技術成熟；可維修，維修量小；實踐應用：歐美、香港、廣州、北京。

3.2.3 合理規劃布局

為了對沿線用地進行合理規劃，預防軌道交通運營期的振動污染，建議科學規劃建筑物的布局，臨近線路振動源的第一排建筑宜規劃為商業用房等非振動敏感建筑。結合舊城區改造，應優先拆除靠振源較近的居民房屋，結合綠化設計和建筑物布局的重新配置，為新開發房屋留出振動防護距離，使之對敏感建筑物的影響控制在標準允許范圍內。

4 結語

地鐵施工機械振動對敏感點影響主要發生在施工現場周圍地區。在爆破作業中，應按有關標準、法規的要求，采用適當的爆破技術和控制措施，保護周圍敏感建筑。

運營期除在設計階段根據地鐵振動場產生的機理和影響因素，通過車輛性能、軌道結構、日常保養等方面進行減振，還應合理規劃地鐵沿線用地性質，預防軌道交通運營期振動對周邊居民直接影響，從規劃層面降低地鐵振動對敏感建筑物影響。

參考文獻：

[1]郭文軍.地鐵振動機理及減振措施的研究[M].北京：北方交通大學，1996.

[2]陳 陽.薩道夫斯基公式在城市地鐵爆破施工中的運用[J].黑龍江交通科技，2011（10）.

[3]董 霜，朱元清.地鐵振動對環境建筑影響的研究概況[J].噪聲與振動控制，2004，24（2）：1～4.

[4]關韻瑩，劉 超.地下鐵道的振動及其控制措施的研究[J].震災防御技術，2011，6（1）：77～84.

[5]彭勝群.地鐵振動污染防治對策[J].鐵道勘測與設計，2004，134（2）：71～73.