芻議城市軌道交通車輛段物業開發減振降噪設計

周建軍

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海200235）

芻議城市軌道交通車輛段物業開發減振降噪設計

周建軍

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海200235）

車輛段作為城市軌道交通中不可或缺的重要組成部分，往往因規模大、占地面積廣而與城市土地供給相矛盾。城市的快速發展會在一定程度上影響城市軌道交通的走向和服務水平。近年來，為了緩解地鐵建設與城市用地之間的供給矛盾，對地鐵車輛段上、下部空間進行物業綜合開發，集約化利用土地空間已經成為解決城市建設用地供需矛盾的一種重要方式。然而，大運量的城市軌道交通系統多采用鋼輪鋼軌系統，其固有的輪軌振動噪聲會對建筑開發產生不利的影響。因此，解決好車輛段上蓋開發的振動噪聲等是當前亟待解決的問題。基于對當前車輛段物業發展特點和其中存在問題的總結，闡述了車輛段減振降噪的特點和重點，提出了針對上蓋物業開發的設計策略，以期為日后相關工作的順利進行提供參考。

城市軌道交通；上蓋物業開發；輪軌振動噪聲；車輛段

1 車輛段物業開發的特點

隨著我國城市化進程的加快，我國在車輛段上蓋物業開發方面主要體現了以下幾個特點。

1.1 物業開發業態多元化

我國既有的城市規劃往往秉承了功能分區理論，早期車輛段上蓋物業開發業態比較單一，以單一的住宅、辦公或綠地等上蓋開發物業比較多。近年來，隨著城市規劃的發展和城市空間開發品質化要求的提升，地鐵車輛段物業的開發更加強調建筑與城市公共空間的耦合發展，體現了“城市”的特性，涌現出了越來越多的“社區”型物業開發（比如住宅、學校、辦公、商業等一體綜合配套開發），以滿足人對城市空間的連續性綜合需求。

多元化的建筑業態開發在一定程度上提升了上蓋物業開發的品質，能夠滿足城市人的連續性綜合需求。但是，對上蓋物業開發建筑而言，在解決環境問題同時，減振降噪的需求也呈多樣化的發展態勢，技術矛盾越來越復雜。國內某車輛段物業開發情況如圖1所示。

1.2 物業開發品質化

早期地鐵車輛段上蓋住宅物業開發多以動遷保障房為主，開發品質比較低。然而，近年來，受城市規劃發展、軌道交通規劃、城市化快速發展等因素的影響，在大城市（尤其是一線城市）中，部分地鐵車輛段的選址具有良好的城市交通和經濟區位，開發商對于地鐵上蓋物業開發的品質要求在不斷提升，以保證其后期的商業回報。因此，越來越多的中高端商業地產、住宅物業項目采用地鐵車輛段物業開發的形式。

圖1 國內某車輛段物業開發示意圖

1.3 開發空間結構形式多樣化

目前，車輛段物業開發結構主要有3種，即轉換層大平臺方式、核心筒落地方式、夾心落地方式。轉換層大平臺方式蓋上部分適合建多層建筑，不適合建高層建筑；下部結構體對上部的制約比較大，下部的振動噪聲易傳遞到上部，適用于公共建筑或多層住宅。核心筒落地和夾心落地方式主要用于高層住宅或寫字樓的開發，其落地的結構體可以與車輛段上蓋結構分開，下部的振動噪聲不易傳遞到上部，上下互不干擾，但占地面積比較大。

在當前車輛段上蓋開發設計中，這3種結構形式常常組合應用，比如在運用庫片區，因形狀較為規整，常用核心筒落地方式或夾心落地方式；而在檢修庫片區，由于車庫跨度比較大，跨距大小不一，多采用轉換層方式；對于車輛段道岔群區，由于柱子位置不規則，一般建設單層綠地和景觀等。

2 車輛段物業開發減振降噪中存在的問題

通過對國內車輛段物業開發項目的調研和總結，筆者認為，當前設計中主要存在以下幾個問題。

2.1 “重建筑，輕環境”

當前，地鐵車輛段物業開發項目方興未艾，很多項目將工程的重點放在物業建筑空間、形式及結構的利用和設計上，并未重視車輛段內輪軌振動對于物業開發環境的影響。受項目進度、時序、技術制約等多方面因素的影響，許多車輛段物業開發項目未進行充分的環境評估，開發建筑和地鐵的工程未采取充分、有效的減振降噪措施，導致后期部分項目存在環境不達標的問題。

2.2 車輛段振動噪聲環境評價模型不科學

眾所周知，輪軌振動和噪聲受軌道線路線型、軌道型式、行車速度、敏感點建筑結構形式、敏感點與振動噪聲源的空間關系等影響比較大，不同邊界條件下產生的振動噪聲特性也不同。近年來，國內地鐵車輛段對于環境影響的評價，所采用的振動噪聲源強數據不夠科學和規范，有些項目采用了類比源強數據或軌道交通正線振動噪聲的源強數據作為基礎，缺乏合理、科學的振動和噪聲源強數據作為環境評價的基礎。

地鐵車輛段線路曲線半徑小、空載低速運行，軌道系統多采用碎石道床有縫線路結構，且存在大量道岔群。對于不同的功能區，列車的行車工況和速度也有所不同。根據國內部分車輛段的實測數據，其振動的頻譜范圍多以低頻為主，與地鐵正線的振動源強頻譜特性有較大的區別，在環境評價中應予以重視。

從空間關系特性分析，車輛段與正線在振動噪聲傳播衰減方面具有較大的差異。對于上蓋大平層開發模式的車輛段，車輛段庫內線路、立柱檢查坑或整體道床結構與房屋建筑、上蓋物業往往成為一體，雖然庫內線運行速度慢，但輪軌振動往往會通過立柱直接傳遞至建筑物上方，振動影響不容小覷。國內外研究學者的測試已表明，車輛段地面線路對于其平臺大上蓋建筑物的振動影響比較大，尤其是列車至停車或停車至開所引起的振動，沿立柱的傳播明顯要大。對于夾心落地開發模式、核心筒開發模式和上蓋開發形式，振動源與開發建筑空間是隔離的，地鐵列車振動的傳播和衰減主要在土層中完成。據國內外某些科研機構的實測數據，車輛段輪軌振動特性多以低頻沖擊振動為主，然而因為土體對低頻振動的阻尼比較小，振動衰減得比較慢，所以，對于落地開發減振的低頻振動影響應引起重視。

從敏感點振動響應規律看，國內學者對于減振振動的衰減特性曾有大量的研究。車輛段開發建筑的振動響應與其結構形式、樓層高度、空間距離有較大的關系。比如，隨著建筑物框架質量的提高和剛度的增強，建筑物的振動響應明顯降低；隨著建筑物與振動源空間距離的增加，建筑物的振動響應呈衰減趨勢，但高層的衰減要大于低層的衰減。

基于以上分析和論述，車輛段輪軌振動的源強特性、開發物業的空間關系和敏感減振本身的特性對振動和噪聲的預測會有比較大的影響。因此，相關部門應高度重視車輛段物業開發的環境評價，建立或修正合理的評價預測模型，以保證評價結果的合理性。

2.3 減振降噪設計盲目，缺乏系統性

既有車輛段振動噪聲的治理，往往僅從某一專業工程領域入手（比如軌道、聲屏障），缺少規劃布局、建筑結構、軌道結構等多方位的系統性措施。從具體措施的選用角度看，因為缺少科學、合理的環境評估作為依據，設計者對于車輛段輪軌振動噪聲特性的認識不夠深入，設計者和決策者往往根據以往減振降噪的設計原則和措施設計，這樣很容易導致減振降噪設計的盲目性，造成局部減振降噪的過剩和不足。

3 車輛段軌道減振降噪特點及措施

3.1 車輛段減振降噪的特點

經過對國內車輛段輪軌振動的分析和實測數據的調研，車輛段軌道的主要振動源是輪軌相互作用時輪軌不平順、道岔群、鋼軌接頭等引起的振動，主要噪聲為輪軌滾動噪聲、接頭沖擊噪聲和輪軌摩擦噪聲。因車輛段運營工藝和軌道型式的特殊性，輪軌振動噪聲主要有以下幾個特點：①車速變化大，振動頻帶特性比較寬。受車輛段工藝的影響，車輛段行車速度跨度比較大，可由庫內線的5 km/h至試車線80～100 km/h。不同速度所引發的振動激勵的頻帶比較寬，單一減振降噪措施較難抑制不同速度激勵下的振動影響。②道岔群、鋼軌接頭集中，非穩態的輪軌沖擊激勵貢獻比較大，振動激勵頻帶、特性復雜，傳統的減振降噪措施比較難解決。③對于小半徑曲線地段，鋼軌垂向、橫向和縱向輪軌滾動與滑動引發的多方向激勵較為復雜，傳統的單向抑制的減振結構較難滿足其減振降噪的要求。④對于車場多股道寬裕的空間噪聲，不同股道振動噪聲源的傳遞路徑不同，且較為復雜。⑤地面振動和噪聲的頻帶、特性與正線有較大的差異，車輛段大部分區域車速比較慢，地面振動主要表現在低頻（20～60 Hz）。又因為道岔和鋼軌接頭具有小半徑曲線的特點，輪軌振動引發的噪聲輻射主要表現在中高頻段（200～800 Hz），具體如圖2所示。

基于對車輛段輪軌振動特性、行車工況、軌道型式特點的分析，筆者認為車輛段軌道減振降噪的重點區域是：①出入線和咽喉區地段；②試車線區域；③庫外小半徑曲線地段；④具有上蓋開發的庫內線。

圖2 北京古城車輛段地面振動和噪聲1/3倍頻程圖

3.2 車輛段軌道減振降噪主要措施

3.2.1 減振措施

從對國內外車輛段減振降噪的措施調研情況來看，一般采取的措施是降低振源激勵強度、從傳播路徑上削弱振動、從建筑物基礎和內部隔振3點。輪軌減振屬于振源處隔振，是最直接、有效的方法，往往從軌道系統的質量、剛度和阻尼等方面入手，在組成軌道結構的各個剛性部件（鋼軌、軌枕、道床等）間插入彈性層，獲得不同的固有頻率，從而得到不同減振性能。具體的減振措施有以下幾點。

3.2.1.1 扣件減振

扣件減振是降低扣件靜剛度，在鋼軌與軌枕之間增加彈性阻尼，以達到減振的效果。扣件減振平均可獲得的插入損失為3～8 dB。扣件減振在車輛段內多應用于具有上蓋物業的庫內線整體道床地。國內常用的扣件類型有雙層非線性減振扣件（靜剛度可達10～15 N/mm）、浮軌式扣件（靜剛度可達5～8 N/mm）等。這2種扣件如圖3、圖4所示。

圖3 雙層非線性減振扣件

圖4 浮軌式減振扣件

3.2.1.2 減振型軌道結構

減振型軌道結構是在道床與基礎直接插入彈性層，增加軌道結構固有頻率，實現更高的減振性能。對于地鐵車輛段，可供選擇的減振軌道結構有碎石道床道砟墊隔振道床、鋼彈簧浮置板道床等。碎石道床道砟墊隔振道床多用于咽喉區和庫外線等行車速度不高的區域，減振效果可達5～8 dB；鋼彈簧浮置板道床多用于車輛段行車速度比較快的試車線區域，減振效果可達10～15 dB。這2種軌道結構如圖5、圖6所示。

3.2.2 降噪措施

車輛段軌道的主要噪聲主要來自輪軌滾動噪聲、接頭的沖擊噪聲和輪軌摩擦噪聲。軌道降噪措施主要集中在對于鋼軌高頻噪聲的防治方面，國內外主要采用無縫線路、減振接頭夾板、阻尼鋼軌、鋼軌諧振器和嵌入式軌道結構等降低軌道噪聲。

圖5 碎石道床隔振墊減振軌道結構示意圖

圖6 試車線鋼彈簧浮置板軌道結構示意圖

3.2.2.1 無縫線路

消除鋼軌接頭，采用無縫線路，是提高鋼軌平順度、減少鋼軌接頭沖擊振動和噪聲最直接、有效的方法。近年來，越來越多的具有物業開發的車輛段子庫內整體道床段采用無縫線路型式。

3.2.2.2 減振接頭夾板

減振接頭夾板是在原有鋼軌接頭夾板基礎上做了一些改動，將夾板中間部分的長度加高至與鋼軌踏面相平。當車輪通過軌縫時，減振接頭夾板頂面和鋼軌頂面同時接觸車輪，可減少軌縫折角和臺階，緩解車輪沖擊振動。它多用于庫外有縫線路區域。減振接頭夾板如圖7所示。

圖7 減振接頭夾板示意

3.2.2.3 阻尼鋼軌

阻尼鋼軌和鋼軌諧振器等是在鋼軌上增設一定質量的諧振塊抑制鋼軌振動的振動響應，對高頻噪聲有一定的降噪效果，主要應用于庫外小半徑曲線地段。

3.2.2.4 嵌入式軌道

嵌入式軌道結構當前主要應用于有軌電車領域，它在國內地鐵和車輛段的使用還處于嘗試階段。這類軌道結構屬于埋入式軌道結構，利用橡膠或高分子材料將鋼軌嵌入道床內，且多采用無扣件連續支撐結構，對鋼軌高頻振動噪聲有一定的抑制作用，可應用于庫內線整體道床地段。嵌入式軌道結構如圖8所示。

圖8 嵌入式軌道結構示意圖

4 車輛段軌道減振降噪設計的對策

基于對國內車輛段減振降噪設計問題的分析和對車輛段輪軌振動噪聲特點的認識，筆者認為，車輛段的減振降噪宜遵循以下對策。

4.1 合理規劃業態布局，規避環境風險

車輛段的上蓋物業規劃布局宜從輪軌振動噪聲污染源分布、振動噪聲特性和傳播機理出發，合理規劃建筑業態布局，讓學校、醫院、住宅等敏感度比較高的建筑遠離出入線咽喉區、試車線等重要“污染源”，從規劃層面規避環境污染風險。

4.2 合理評價，系統設計

針對上蓋物業開發的車輛段，應綜合考慮振動源強特性、開發形式、敏感點特性、空間距離、輪軌特性等內容，做好對車輛段上蓋物業開發的環境評估，為減振降噪設計提供科學、合理的設計基礎。在合理化評價的前提下，工程設計應采用系統化的減振降噪設計方案，從車輛、減振、軌道系統等多方面進行減振降噪的主動和被動設計，以達到系統減振降噪的最優效果。

4.3 量身定制，綜合設計

軌道減振降噪作為系統工程設計的重要部分，宜因地制宜，綜合設計。車輛段內不同區域、不同的工況下，輪軌振動的頻率范圍、衰減特性不同，所以，應根據不同特性，有針對性地采用有效的軌道減振結構，以滿足減振降噪的需求。車輛段的降噪設計應根據噪聲頻譜性能，組合不同特性的減振降噪結構和措施，進行綜合一體化設計。

4.4做好銜接工作

在相關工作進行的過程中，要做好規劃布局、環境評價、工程設計和工程時序之間的銜接工作，科學、合理地設計和落實減振降噪措施。

5 結束語

綜上所述，隨著我國車輛物業開發需求的增加和開發品質的不斷提高，車輛段的開發環境問題日益突出。總結既有車輛段物業開發的經驗，吸取教訓，在今后的車輛段物業開發項目中，建議從規劃布局、工程時序銜接、科學環評、系統工程設計等4個方面入手，做好工程的策劃、規劃和設計，有效規避和控制車輛段物業的環境污染問題。

［1］贠虎.地鐵車輛段上蓋開發相關問題及應對措施［J］.鐵道標準設計，2015（7）：165-168.

［2］李冬，林楚娟，梁常德，等.城市軌道交通上蓋物業振動及噪聲影響研究進展［J］.綠色科技，2014（11）：191-194.

〔編輯：白潔〕

U211.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.037

2095－6835（2017）14－0037－05