分析城市軌道交通（地下段）對房屋結構振動與結構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、節能、環保的交通工具，在全國各大城市進行推廣，但由此帶來的結構振動與結構噪聲的控制問題日益受到關注。本文通過對實際案例的監測分析，對建筑物進行改造，提出了一種行之有效的防振方法。

關鍵詞：軌道交通；結構振動；結構噪聲

中圖分類號：TB533+.4 文獻標識碼：A 文章編號：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

在城市化建設的過程中，軌道交通正在被世界各大城市所推。在我國也不例外，全國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在設計規劃以及建設時，往往會穿過人口，建筑密集的區域，如醫療、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行產生的結構振動和噪聲污染。

軌道交通在運行的途中產生的噪聲和結構振動，會通過枕木、隧道和軌道的結構傳遞至地面，并激發周邊建筑的結構振動，在室內產生結構傳聲和結構振動，空氣噪聲則會通過風井傳播到地面風亭，直接影響附近的居民，導致城市的噪聲污染。因此，解決好振動和噪聲污染問題對改善沿線居民的居住環境至關重要。

本文以軌道交通地下段引起的結構振動和結構噪聲為研究對象，對受影響的敏感建筑物屋內的結構振動和結構噪聲分別在晝間和夜間進行監測，通過簡單有效的改善方案，通過實驗數據的對比，發現受影響的建筑經過結構改造可以有效降低軌道交通地下段對地面上方建筑物的結構振動，并為今后減少地下軌道交通的結構振動作參考。

1 方法依據、監測方法、評價標準

1.1 軌道交通（地下段）結構振動與結構噪聲的特征與限值

根據JGJ/T 170-2009中建筑物的振動定義是“運行列車引起沿線固體介質的往復運動而導致地面、建筑物基礎或結構的振動，這種由軌道路基擴散的振動在巖土體中以壓縮波和剪切波或地面瑞利波的形式激勵建筑物基礎”（1）。根據《中華人民共和國環境噪聲污染防治法》和《上海市環境保護條例》中的規定，城市軌道交通（地下段）沿線，位于《上海市環境聲標準適用區劃》中的1類、2類、3類和4類聲功能區內的住宅建筑，城市軌道交通（地下段）列車運行時引起的住宅建筑室內的結構振動在頻率范圍為1～80Hz時的限值如表1所示。

結構噪聲實質上是建筑物結構經過外因振動作用后在結構上如地面、墻體等隨之發生振動而在室內輻射噪聲的現象，其頻率組成主要由20～200Hz的低頻部分為主（2）。根據城市軌道交通（地下段）沿線，位于《上海市環境聲標準適用區劃》中的1類、2類、3類和4類聲功能區內的住宅建筑，其對噪音的要求限制如表2所示，并且城市軌道交通（地下段）應該同時滿足時段等效聲級與最大聲級的控制要求。

1.2 軌道交通（地下段）結構振動與結構噪聲的監測方法

測量結構振動，按照DB31/T-2009標準規定測量位置設定在城市軌道交通（地下段）沿線的住宅建筑室內地面敏感處，盡量距離任一墻面0.5 m以上，測量鉛錘向Z振級VLzmax，每個測量點連續測量對測點影響較大一側不少于5列軌道交通通過的列車，并求出測量值的算數平均值（3）。

對于結構噪聲，DB31/T470-2009中規定，對于相應噪聲源結構傳聲排放監測應該在噪聲敏感建筑物室內測量，測量點應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，窗戶關閉狀態下測量，被測房間內的其他可能干擾測量的聲源應關閉，測量頻率規定為16-200 Hz，測量結果以1 h等效A聲級評價。

2 點位布設及實際測量方案

2.1 測點布置

根據現場情況，小區有兩幢五層房屋，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點（測點見圖1），測點距任一墻面0.5米以上，距地面1.2米高度處，噪聲監測距外窗1米以上，門窗關閉狀態下測量。該小區聲功能類別屬2類區。

2.2 測量時段

測量時段：晝間和夜間（晝間6：00至22：00；夜間22：00至次日6：00），測量時結構噪聲和結構振動應同步進行。

2.3 測量儀器與方法

振動采用AWA6258B型環境振動儀，測量鉛垂直向振動拾振器安裝于平坦、堅實地面上。每個測點測量不少于5列軌道交通列車的算術平均作為評價量。當城市軌道交通（地下段）列車運行之外，其它振動源對振動測量產生干擾時，本次測量應視為無效。

噪聲采用AWA6228B型多功聲級計，測量列車運行時段的等效聲級LAeq，測量時間不少于20min。同時測量背景值，無城市軌道交通（地下段）列車進行時，其它聲環境與測量時的聲環境保持一致。夜間最大聲級值，測量不少于5列軌道交通列車的算術平均作為評價量。

3 測量結果與討論

如測點地圖圖1所示，軌道交通的地下段經過1號監測點，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構振動的主要因素，監測點1的結構振動測量結果如圖2所示：

從圖2中可以看到在晝間5次對上行方向和下行方向的振動測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測量的平均值分別為64dB和70dB，這些測量平均值與標準的上限相比均十分接近，部分單次測量值和均值都高于標準的上限，因此軌道交通地下段的運行對地面居民的生活的確造成不少困擾。從同向通過5列列車的單次數據比較，當車速越快時，其引起的振動也越大。此外，還發現列車速度每提高一倍，隧道和地面的振動增加4～6dB 。

建筑物結構振動的控制的技術有基地隔震，吸震隔震和耗能隔震三類?；馗粽鹪诮ㄖ锏幕卦O置柔性裝置，減弱震源對結構的動力作用；吸震隔震在主體結構上附加吸振器子系統，用以減小主結構的振動；耗能隔震是利用各種阻尼元件、吸能部件或摩擦支撐產生的阻尼力，塑性變形或者摩擦力來衰減結構在外界干擾（4）。本次針對軌道交通地下段對地面建筑的結構振動，采用吸震隔震方式。因此，對于監測點1上的建筑物的外墻用外包框架加固條這種方式進行改造，并對其改造后的結構振動進行測量，其結果如圖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地面上方建筑的結構振動。外墻進行外包框架加固條加固后，在晝間5次對上行方向和下行方向的振動測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測量的平均值分別為58dB和54dB，平均降低大約18%的結構振動。通過這兩種方法可以有效降低軌道交通對地面建筑結構振動的影響。

住宅建筑結構噪聲晝間限值標準45dB（A），夜間限值標準35dB（A），夜間最大值限值標準45dB（A）。對于住宅建筑的結構噪聲的監測結果以及改造后的結果如表3所示。

從表中可以看到，無論改造前后，監測點LAeq實測值與背景值之差小于0.5dB（A），結構噪聲視為不影響，但無論改造前后，監測點1的結構噪聲夜間最大值均超過排放限值，但監測點在上下行方向上的等效聲級都達到排放噪聲的標準，并且改造后，結構噪聲仍然在標準范圍以內。造成結構噪聲最大值超標的因素有很多，即使測量時嚴格按照標準將門窗關閉，但房間并未完全封閉，外界高頻聲音仍然可以通過空氣進行傳播，具有一定的不可控性。建筑物經過一定的改造，會增加一定的結構噪聲，但噪聲的等效聲級仍然在標準范圍內。

4 總結與展望

通過對地下軌道交通的結構振動與結構噪聲監測發現，當軌道交通地下段埋層較淺時，容易對地面上方的建筑產生結構振動影響，并且列車的車速越快，其引起的結構振動也越大。在監測中還發現，對地面上方的建筑墻體進行外包框架加固條可以有效降低軌道交通引起的結構振動，但是這些加裝的設施并不能降低軌道交通引起的結構噪聲。隨著城市軌道交通網絡建設的加快，軌道交通穿過人口敏感區域也會日益增加，地下段對上方建筑引起的結構振動和結構噪聲勢必會對居民造成困擾，在工作中我們提出簡單有效的改善方案，為將來更好地解決軌道交通擾民問題做了鋪墊。

參考文獻

[1] JGJ/T170-2009 城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及監測方法標準.

[2]尹志剛，丁浩民，申躍奎，地鐵引起的建筑物結構振動及噪聲分析[J].噪聲與振動控制，2008（5）：147-150.

[3].DB31/T470-2009 城市軌道交通（地下段）列車運行引起的住宅室內振動與結構噪聲限值及測量方法.

[4]田曉磊，喬楓.建筑工程結構振動控制方法綜述[J].中國技術投資，2012 （30）： 95-95.

收稿日期：2017-04-29

作者簡介：朱東利（1968-），男，助理工程師，大專，研究方向為噪聲監測及現場環境監測。