城市軌道交通地下線環(huán)境振動影響評價實踐

曹宇靜

(中國鐵道科學(xué)研究院，北京100081)

城市軌道交通地下線環(huán)境振動影響評價實踐

曹宇靜

(中國鐵道科學(xué)研究院，北京100081)

預(yù)測地下線的環(huán)境振動影響是北京城市軌道交通環(huán)境影響評價的重點。依據(jù)北京市DB11/T 838—2011《地鐵噪聲與振動控制規(guī)范》中的振動預(yù)測模型，并對地下線工程條件和預(yù)測點的情況進行簡化和假設(shè)，預(yù)測距離為0～60 m、線路埋深為10～20 m、取不同類型建筑物預(yù)測點的環(huán)境振動值，根據(jù)GB 10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》中的“居民、文教區(qū)”和“交通干線道路兩側(cè)”區(qū)域所執(zhí)行的環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)值，分析各預(yù)測點的超標(biāo)情況。結(jié)果表明:線路的埋深越深，線路與建筑物的水平距離越遠(yuǎn)，建筑物的等級越高，則環(huán)境振動預(yù)測值越低，建筑物受到的環(huán)境振動影響越小。因此建議:根據(jù)振動影響范圍和達標(biāo)距離，做好城市軌道交通沿線用地規(guī)劃，合理確定振動控制距離;當(dāng)?shù)叵戮€穿越中心城區(qū)時，應(yīng)根據(jù)環(huán)境振動影響預(yù)測結(jié)果和超標(biāo)情況，確定合理的減振措施等級。

城市軌道交通;地下線;環(huán)境影響評價;環(huán)境振動;北京

城市軌道交通對于北京這種大規(guī)模的城市，其交通功能無疑是重要的，同時對北京城市總體規(guī)劃所具有的支持作用、對北京經(jīng)濟發(fā)展的促進作用以及對北京古城的保護作用也具有相當(dāng)重要的意義。截至2015年12月31日，北京的城市軌道交通運營里程已經(jīng)達到555 km，運營線路數(shù)量達到18條［1］。其中，有7條線路全線為地下線，有2條線路全線為地上線，其余9條線路均既有地下線也有地上線，且多數(shù)以地下線為主。綜合來看，地下線在北京城市軌道交通線路中占有絕對的優(yōu)勢和相當(dāng)大的比重。因此，研究地下線在運營過程中可能產(chǎn)生的環(huán)境影響也成為當(dāng)前北京城市軌道交通環(huán)境影響評價的重點。

城市軌道交通地下線在運營過程中產(chǎn)生的主要環(huán)境影響為振動影響，而列車運行對地面建筑物室內(nèi)環(huán)境所產(chǎn)生的振動影響(即“環(huán)境振動”)是研究的關(guān)注點，也是振動環(huán)境影響評價的重點［27］。人體可感知的振動頻率范圍是1～1 000 Hz，1- 100 Hz為敏感區(qū)，對于小于16 Hz的低頻振動更為敏感。由于振動在地表傳播過程中其水平方向比鉛垂方向衰減得快，因而鉛垂方向的振動大于水平方向的振動［89］。因此，在HJ 453—2008《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》［10］(以下簡稱《導(dǎo)則》)中將鉛垂向振動作為環(huán)境振動影響評價的預(yù)測量和評價量。

2011年，北京市頒布了DB 11/T 838—2011《地鐵噪聲與振動控制規(guī)范》［11］(以下簡稱《規(guī)范》)，該《規(guī)范》是目前北京城市軌道交通環(huán)境影響評價中聲環(huán)境和環(huán)境振動影響評價的主要依據(jù)。本文將重點研究依據(jù)《規(guī)范》進行地下線環(huán)境振動影響評價的實踐。

1 《規(guī)范》環(huán)境振動預(yù)測模型介紹

《規(guī)范》環(huán)境振動預(yù)測模型中預(yù)測點處的VLZmax計算公式如式(1):

式中:VLZmax0，i——列車振動源強，列車通過時段隧道洞壁的參考點Z計權(quán)振動級最大值，dB;

n——列車通過列數(shù)，n≥5;

C——振動修正量，dB。

式中:C軌道減振措施——軌道減振措施修正量，dB;

C車速——車速修正量，dB;

C彎道——彎道修正量，dB;

C過渡段——過渡段修正量，dB;

C車況載重等——車況載重修正量，dB;

C埋深——埋深修正量，dB; C水平衰減——水平衰減修正量，dB; C建筑物——建筑物修正量，dB。

1)軌道減振措施修正C軌道減振措施，可參考選用表1。

表1 不同減振措施修正量Tab.1 The correction value for different vibration isolation measures dB

2)車速修正量C車速，可參考選用表2。

表2 車速修正量Tab.2 The correction value for speed dB

3)彎道修正C彎道，可參考選用表3。

表3 彎道修正量Tab.3 The correction value for curve dB

4)過渡段修正量C過渡段，按下述方法確定:距離兩種減振措施連接點前后各100 m范圍內(nèi)為過渡段。過渡段外修正量按表2進行修正，過渡段內(nèi)應(yīng)按下式計算。

式中:C減振措施A——A減振措施修正量，dB;

C減振措施B——B減振措施修正量，dB。

其中C減振措施A≥C減振措施B

CL——L處修正量;

L——自兩種減振措施連接點向A減振措施方向延伸100 m作為原點，即為過渡段上距原點的距離。

5)車況載重等修正C車況載重等，在車況載重輪軌條件與平穩(wěn)駕駛水平等因素綜合影響下，源強振動的修正量可參考選用表4。

表4 車況載重等修正量Tab.4 The correction value for vehicle condition and carrying capacity dB

6)埋深修正量C埋深，可參考選用表5。

表5 埋深修正量Tab.5 The correction value for depth dB

7)水平衰減修正量C水平衰減，可參考選用表6。

表6 地面水平距離衰減修正量Tab.6 The correction value for horizontal distance dB

8)建筑物修正量C建筑物，可參考選用表7。

表7 建筑物修正量Tab.7 The correction value for building structure dB

2 地下線環(huán)境振動影響預(yù)測

根據(jù)《導(dǎo)則》環(huán)境振動影響評價范圍為距地下線路外軌中心線兩側(cè)60 m，因此，本文將對60 m范圍內(nèi)不同情況的預(yù)測點的環(huán)境振動進行預(yù)測分析。為了便于分析討論，本文根據(jù)北京市城市軌道交通地下線路一般工程條件，在預(yù)測過程中作了一定的假設(shè)和簡化，在實際環(huán)境影響評價過程中，工程條件和預(yù)測點的情況往往更加復(fù)雜。

本次預(yù)測所作的假設(shè)和簡化:1)所預(yù)測的列車為B型車6節(jié)編組，線路以直道形式經(jīng)過各預(yù)測點，且以70 km/h的速度勻速運行，即洞壁處Z振級基準(zhǔn)源強VLZmax為84 dB;2)軌道結(jié)構(gòu)為混凝土整體道床，未采取任何減振措施;3)列車減振系統(tǒng)狀態(tài)較好，輪軌條件好，載重較小。

基于上述假設(shè)，同時考慮到北京市目前已建或規(guī)劃的建筑物類型以Ⅰ、Ⅱ類為主，本次預(yù)測將分別研究這兩種建筑物在距地下線路不同距離和埋深條件下所受到的環(huán)境振動影響。預(yù)測值分別見表8、9和圖1、2，同時結(jié)合北京市各行政區(qū)聲環(huán)境功能區(qū)劃特點，城市軌道交通沿線大部分區(qū)域?qū)儆凇熬用瘛⑽慕虆^(qū)”或“交通干線道路兩側(cè)”區(qū)域，根據(jù)GB 10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》［12］，其中“居民、文教區(qū)”執(zhí)行的環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)值為:晝間70 dB，夜間67 dB;“交通干線道路兩側(cè)”執(zhí)行的環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)值為:晝間75 dB，夜間72 dB，分析了各預(yù)測點的超標(biāo)情況。

1)環(huán)境振動預(yù)測值隨著預(yù)測點距地下線外軌中心線的距離和線路軌道的埋深變化而變化，在埋深相同的情況下，距離越遠(yuǎn)，環(huán)境振動預(yù)測值越小;在距離相同的情況下，埋深越大，環(huán)境振動預(yù)測值越小。達標(biāo);當(dāng)埋深為15 m，距離＞20 m時，預(yù)測值晝間可達標(biāo)，距離＞40 m時，預(yù)測值夜間可達標(biāo);當(dāng)埋深為20 m，距離＞10 m時，預(yù)測值晝間可達標(biāo)，距離＞40 m時，預(yù)測值夜間可達標(biāo)。5)對于位于居民、文教區(qū)的Ⅱ類建筑物，不論埋深為多少，僅當(dāng)距離＞50 m時，晝間預(yù)測值方可達標(biāo);且僅當(dāng)埋深為20 m，距離＞50 m時，夜間預(yù)測值方可達標(biāo)，其余情況均超標(biāo)。

表8 Ⅰ類建筑物的環(huán)境振動預(yù)測值及超標(biāo)情況Tab.8 The predicted values and the situation of exceeding environmental vibration standard for classⅠbuilding structure dB

圖1 Ⅰ類建筑物的環(huán)境振動預(yù)測值Fig.1 The predicted environmental vibration values for classⅠbuilding with different horizontal distances and depths structure

續(xù)表

表9 Ⅱ類建筑物的環(huán)境振動預(yù)測值及超標(biāo)情況Tab.9 The predicted vibration values and the situation of exceeding standard environmental vibration for classⅡbuilding structure dB

6)由于《規(guī)范》中水平距離修正量的取值原因，使得在其他條件相同的情況下，0～10 m，11～20 m，21～30 m，31～40 m，41～50 m，51～60 m這6個距離檔內(nèi)的預(yù)測值完全相同;但距離為50 m和51 m的預(yù)測值由于修正量差距較大，其預(yù)測值相差較大，差距為4 dB。

圖2 Ⅱ類建筑物的環(huán)境振動預(yù)測值Fig.2 The predicted environmental vibration values for classⅡbuilding structure

2)對于位于交通干線道路兩側(cè)的Ⅰ類建筑物，在線路埋深為10 m，距離為0～10 m時，預(yù)測點夜間的環(huán)境振動預(yù)測值出現(xiàn)超標(biāo)，其余預(yù)測值均達標(biāo)。

3)對于位于居民、文教區(qū)的Ⅰ類建筑物，當(dāng)埋深為10 m，距離＞30 m時，預(yù)測值晝間可達標(biāo)，距離＞50 m時，預(yù)測值夜間可達標(biāo);當(dāng)埋深為15 m，距離＞20 m時，預(yù)測值晝間可達標(biāo)，距離＞40 m時，預(yù)測值夜間可達標(biāo);當(dāng)埋深為20 m，距離＞10 m時，預(yù)測值晝間可達標(biāo)，距離＞40 m時，預(yù)測值夜間可達標(biāo)。

4)對于位于交通干線道路兩側(cè)的Ⅱ類建筑物，當(dāng)埋深為10 m，距離＞30 m時，預(yù)測值晝間可達標(biāo)，距離＞50 m時，預(yù)測值夜間可

3 地下線環(huán)境振動影響控制距離

基于前面進行地下線環(huán)境振動預(yù)測時對列車車型、速度、軌道結(jié)構(gòu)、列車條件等所做的假設(shè)，通過預(yù)測埋深為10～20 m，距離為0～60 m的不同預(yù)測點的環(huán)境振動預(yù)測值，并根據(jù)GB 10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》中“居民、文教區(qū)”和“交通干線道路兩側(cè)”的標(biāo)準(zhǔn)對其進行達標(biāo)分析，可以得出:在不采取軌道減振措施的前提下，位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞10 m時，預(yù)測值晝、夜間均可達標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞50 m時，預(yù)測值晝、夜間均可達標(biāo);位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞50 m時，預(yù)測值晝、夜間均可達標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞60 m時，預(yù)測值晝、夜間方可達標(biāo)。

以上的預(yù)測結(jié)果，為城市軌道交通地下線環(huán)境振動影響的控制距離提供了一定依據(jù)。當(dāng)在城市軌道交通地下線沿線規(guī)劃敏感建筑物時，應(yīng)根據(jù)規(guī)劃敏感建筑物類型及其所處功能區(qū)，參照上述預(yù)測結(jié)果，合理確定規(guī)劃敏感建筑物與線路的位置關(guān)系。當(dāng)城市軌道交通地下線穿越中心城區(qū)，線路沿線存在已建敏感建筑物時，應(yīng)根據(jù)線路工程條件和敏感建筑物情況，按照《規(guī)范》中的振動預(yù)測模型進行預(yù)測，然后根據(jù)超標(biāo)情況，確定合理的減振措施等級。

4 結(jié)論與建議

1)當(dāng)其他參數(shù)確定時，列車運營引起的環(huán)境振動主要取決于線路埋深、線路與建筑物的水平距離和建筑物的類型，線路的埋深越深，與建筑物的水平距離越遠(yuǎn)，建筑物的等級越高，則環(huán)境振動預(yù)測值越低，建筑物受到的環(huán)境振動影響越小。

2)基于本文進行地下線環(huán)境振動預(yù)測時所做的假設(shè)，在不采取軌道減振措施的前提下，位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞10 m時，預(yù)測值晝、夜間均可達標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞50 m時，預(yù)測值晝、夜間均可達標(biāo);位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞50 m時，預(yù)測值晝、夜間均可達標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞60 m時，預(yù)測值晝、夜間方可達標(biāo)。當(dāng)在城市軌道交通地下線沿線規(guī)劃敏感建筑物時，應(yīng)根據(jù)規(guī)劃敏感建筑物類型及其所處功能區(qū)，參照本文預(yù)測結(jié)果，合理確定規(guī)劃敏感建筑物與線路的位置關(guān)系;當(dāng)城市軌道交通地下線穿越中心城區(qū)，線路沿線存在已建敏感建筑物時，應(yīng)根據(jù)線路工程條件和敏感建筑物情況，按照《規(guī)范》中的振動預(yù)測模型進行預(yù)測，然后根據(jù)超標(biāo)情況，確定合理的減振措施等級。

3)《規(guī)范》中關(guān)于水平距離的修正量存在一定的不足，導(dǎo)致距離為50 m和51 m的預(yù)測值相差較大，差距為4 dB，這和列車實際運營過程中產(chǎn)生的環(huán)境振動不符;《規(guī)范》振動修正項C沒有將“軸重”作為修正參數(shù)，這對預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性將產(chǎn)生一定的影響;《規(guī)范》中沒有給出20 m以上的線路埋深所對應(yīng)的修正量或修正公式。建議相關(guān)單位在下一步修訂《規(guī)范》時深入研究，對上述修正參數(shù)進行合理修改完善。

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(編輯:曹雪明)

Environmental Vibration Im pact Assessment Practice of Underground Lines in Beijing Urban Rail Transit

CAO Yujing
(China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081)

Underground lines occupy a considerable proportion of Beijing urban rail transit，and themain environmental impact of the underground lines isenvironmental vibration.Therefore，predicting the environmental vibration impact of the running trains is the key to underground line environmental impact assessment.According to the vibration prediction model of Beijing local environmental protection standard code for application technique ofmetro noise and vibration control(DB11/T 838—2011)，based on the simplification and hypothesis of engineering conditions and predicted points situation，this paper predicted the environmental vibration values of different predicted points，with the relative distance between 0 to 60m and the line depth between 10 to 20m as well as different types of building structures.This paper analyzed the situation of the predicted pointswhich exceed the standard by referencing the Standard of vibration in urban area environment(GB 10070—88).The result shows that the deeper the underground lines，the farther the underground lines to the predicted points，and the higher levels of building structures on which the predicted points locates，the lower the environmental vibration prediction values are.Therefore，the smaller environmental vibration influence of the structure suffers.The author suggests that the reasonable land use planning along the urban rail transit should be done and the appropriate vibration protection distance should be determined.When underground lines go through the central area，it is recommended that appropriate vibration isolationmeasures should be taken according to the influence range of environmental vibration.

urban rail transit;underground line;environmental impact assessment;environmental vibration;Beijing

U231

A

1672- 6073(2017)02- 0020- 06

10.3969/j.issn.1672 6073.2017.02.005

2016- 11 05

2017 01 11

曹宇靜，女，碩士，助理研究員，主要從事城市軌道交通環(huán)境影響評價及環(huán)境噪聲、振動研究工作，780954650@qq.com

環(huán)境保護部課題(環(huán)辦函〔2015〕329號)