地鐵上蓋建筑物的振動及噪聲控制方法及應用

摘 要：近幾年我國地鐵建設發展迅速，但地鐵運行引起的振動和噪聲對周圍建筑物的影響越來越引起人們的關注。本文在分析建筑物對地鐵振動響應規律的基礎上，通過對減振降噪技術的總結研究，并結合一個具體工程實例，為地鐵振動與噪聲控制提供一些可供參考的方法。

關鍵詞：振動；噪聲；減振墊

1.引言

地鐵軌道交通以其大運量、安全、快捷、方便、舒適等成為理想的交通工具，在解決城市交通擁堵問題中起著特殊的作用。然而，隨著城市地鐵建設的大力發展，由地鐵運行誘發的振動與噪聲對周圍環境的污染影響問題越來越突出。因此，對地鐵振動與噪聲控制的相關研究已刻不容緩。

本文結合臨近建筑物對地鐵振動的響應規律，從振源控制、振動傳播途徑控制、敏感建筑的減振隔振措施三個方面進行分析，并結合一個具體工程實例，提出相應的解決方案，為地鐵振動與噪聲的控制提供一些有益的借鑒。

2.地鐵振動和噪聲的特點及傳播規律

根據物理學原理，地鐵運行產生的振動屬于機械振動，而噪聲屬于機械振動產生的機械波。具體說來，地鐵列車運行時引起車輛對軌道產生沖擊，傳遞到軌道結構，再通過隧道結構傳遞到周圍土層，進而激發臨近建筑物產生振動，這種振動可能誘發室內結構振動，產生噪聲。根據地鐵振動的產生、傳播和作用特點，其對周圍環境的影響可以分為三個階段：（1）振動產生階段，即列車車輪對軌道的沖擊產生激勵；（2）振動傳播階段，即振動通過軌道基礎和襯砌結構向周圍土介質和地面傳播；（3）振動作用階段，即振動作用在沿線建筑上，進而誘發建筑結構的振動和噪聲。

影響地鐵振動傳播的因素很多，主要包括地鐵列車質量和運行速度、輪軌類型、軌道狀況、隧道結構、地層（巖石）條件、沿線建筑物類型和材料性能等。

振動頻率及振幅是機械振動的主要屬性，根據相關研究表明：

（1）高頻振動隨距離的增大而衰減很快，傳播至建筑物內的振動主要以低頻為主；垂直振動幅度顯著高于水平振動，且衰減慢。

（2）距離地鐵隧道大約70米的建筑物振動很小，軌道、隧道壁的振動響應隨列車車速增大而增大，且車速變化對地面振動也有較顯著的影響。隧道埋深越深，對建筑物的影響越小。

（3）當前地鐵產生的振動噪聲的頻率范圍一般在20～200Hz，峰值一般出現在20～80Hz。人們感覺到受干擾的振動級大約在72dB，低于62dB時，振動對人們的影響可忽略。

3.地鐵振動的控制措施

地鐵運行產生的振動主要是以機械波的形式通過隧道結構和周圍地層傳播。因此，根據上述建筑物對地鐵振動的響應分析，針對地鐵減振措施主要從三個方面出發：降低振源的激振強度、切斷或削弱傳播途徑上的振動、對需要減振的建筑物結構布置進行調整。

3.1調整建筑物與地鐵的距離

已有研究結果表明，調整建筑物與地鐵線路的距離是解決振動影響的最有效手段之一，隨著距離的增加，振動影響峰值下降非常明顯。

3.2 振源的控制

針對振源的減振措施是最直接的方法，屬于治本治源的措施。由于地鐵列車的振源強度一般主要由列車、軌道以及兩者之間的接觸關系確定，因此在敏感建筑附近，軌道應采取高級及以上減振措施，如浮置板、碎石道床、減振墊等。

3.3 傳播途徑的控制

在建筑物基礎與土層之間隔振，在土層傳播途徑中進行阻斷，具體措施包括設置隔振溝、隔振墻、減振墊等。已有研究表明，隔振溝、隔振墻及減振墊等措施可以有效對振動的傳播進行部分阻斷，起到減小建筑振動響應的效果。

3.4 調整建筑物結構形式和結構布置

可以通過調整建筑物結構布置，來減小振動響應。因為振動與建筑樓板剛度和質量相關，可通過增大樓板厚度的方法來增大樓板的剛度和質量，在一定程度上減小樓板的振動響應，建筑基礎也應采用加厚的厚板基礎或者樁基礎。

3.5 建筑裝修類降噪措施

在房屋裝修上采取措施，例如采用木質架空地板，采用隔音吊頂，墻面采用多層隔音材料等，可在一定程度上減小噪聲影響。

4.減振降噪實例

北京市昌平區未來科技城區域某項目，規劃中的地鐵17號線從該項目地塊中間以地下線的方式穿過，并在地塊內設置地鐵站，屬于典型的地鐵上蓋項目。該項目含有住宅樓、辦公樓、商業街等，其中，住宅樓屬于對地鐵振動與噪聲敏感的建筑，且距離地鐵軌道最近的住宅樓水平距離不足4米，因此必須采取有效的減振降噪措施。

在此項目中，工程技術小組通過反復論證研究及方案對比，最終確定如下減振降噪措施：

（1）從振源控制方面，在項目影響范圍內，地鐵17號線軌道采用碎石道床加橡膠減振墊的技術方案；

（2）從振動傳播途徑方面，建筑物基礎下設置減振墊。因國產材料不達標，本項目選用了奧地利進口減振墊材料。

（3）從敏感建筑物自身方面，增加了各層樓板厚度及基礎底板厚度，在一定程度上減小了建筑物的振動響應；在室內裝修方面采用了隔音、吸音材料等，一定程度上降低了噪聲影響。

通過以上多種措施并用，工程技術小組利用程序軟件（美國ANSYS軟件）建立模型進行振動及噪聲仿真模擬預測，滿足相關評價標準。

5.小結

雖然國內外專家學者在地鐵振動和噪聲控制領域已經做了大量的研究工作，也取得了許多顯著的成果，但仍然存在不少需要解決的問題。例如，減振墊材料研究在國內仍然相對落后，國產減振墊無法滿足使用要求，高性能的減振墊材料仍需從國外進口，大大增加了訂貨、加工及運輸的工期，同時也大大增加了成本投入，因此應加大力度進行高科技含量材料的研發。期待通過不斷努力，我國能有更好的減振降噪方法及滿足工程各項要求的高科技材料。

注：本文寫作過程中受到北京市建筑設計研究院有限公司總工程師陳彬磊老師的指導，在此表示誠摯的感謝。

參考文獻：

[1]王可，樊鵬主編. 機械振動與噪聲控制的理論、技術及方法[M]. 北京： 機械工業出版社， 2014.10.

[2]北京市地方標準《地鐵噪聲與振動控制規范》（DB11/T 838-2011）.

作者簡介：

張航（2000年—），男，就讀于北京市第三十五中學高中三年級1A班，具備較強的創新實踐能力，癡迷于應用物理、建筑工程、材料科學、計算機仿真模擬等學科。