某文化中心地鐵下穿隔振降噪工程研究

李卉，燕翔，王江華，談曉風

（1.北京德尚靜潔科技發展有限公司，北京 100084；2.清華大學建筑學院，北京 100084；3.德國BSW公司，上海 200041）

1 項目概況

北京市石景山區文化中心總建筑面積41 606m2，建設內容主要有區文化館（含非物質文化遺產中心）、區全民健身中心、區博物館、實體書店、多廳影院、地下車庫及人防等配套設施用房。其中：區文化館（含非物質文化遺產中心）1萬m2、區全民健身中心8000m2、區博物館6000m2、實體書店2000m2、多廳影院5000m2、地下車庫及人防等配套設施用房10 606m2。項目啟動之初，發現在建的北京市地鐵6號線將穿越石景山區文化中心建筑正下方（見圖1），由于文化中心有影院、錄音室、劇場等對噪聲與振動敏感的建筑功能區域，因此需要評估6號線地鐵產生的振動與噪聲對建筑物的影響，并提出合理的隔振降噪方案。

2 控制目標

圖1 北京市地鐵6號線與石景山區文化中心位置關系俯視圖

目前針對軌道交通對建筑物產生的環境振動及二次輻射噪聲影響的控制標準有：《城市區域環境振動標準》（GB 10070—1988）及《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》（JGJ/T 170—2009）。同時，石景山區文化中心內的劇場等敏感建筑還應滿足《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規范》（GB/T 50356—2005）中的背景噪聲限值規定。

石景山文化中心的環境振動控制目標服從《城市區域環境振動標準》（GB 10070—1988）中對“居民、文教區”的規定，地鐵通過時的最大Z計權振動級晝間不超過70dB、夜間不超過67dB[1]；二次輻射噪聲控制目標服從《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》（JGJ/T 170—2009）中對“居住文教區”的規定，列車通過時16～200Hz連續等效A聲級晝間不超過38dB（A）、夜間不超過35dB（A）[2]；劇場的背景噪聲服從《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規范》（GB/T 50356—2005）對采用擴聲系統的劇場觀眾廳內噪聲限值不超過NR30的規定[3]。該項目涉及的控制目標限值歸納見表1。

表1 項目中涉及的控制目標限值[1～3]

3 類比項目實測

為了解地鐵下穿建筑物實際噪聲振動情況，選擇了兩個可類比的項目進行實測。類比項目1是北京市海淀區北土城西路小月河北岸某餐廳，該建筑物位于地鐵10號線正上方，如圖2所示。類比項目2是北京市東城區五四大街與王府井大街交匯路口西南角某辦公建筑，該項目與地鐵6號線水平距離15m，如圖3所示。以上建筑內存在噪聲振動敏感房間如拍賣廳、重器展廳等。測試結果見表2。

圖2 類比項目1與地鐵10號線的位置關系

圖3 類比項目2與地鐵6號線的位置關系

表2 類比項目實測結果統計表

4 控制方案

地鐵6號線在下穿該文化中心區段需采用鋼彈簧浮置板減振措施。依據類比項目的實測結果，浮置板措施降低15dB振動后，仍不能滿足要求，因此建筑物自身必須采取噪聲振動控制措施，才能保證建筑物及其內部的敏感房間受到的環境振動及二次輻射噪聲影響達到相關國家標準及規范中的限值。建筑物自身隔振有兩種對策，一種是針對各個噪聲振動敏感房間進行單獨處理，即采取“房中房”做法；另一種是對建筑物進行整體隔振處理。

該文化中心建筑內部的噪聲振動敏感房間較多，包括電影院、劇場、錄音室等。逐個房間采用“房中房”做法將要面臨的難點包括：1）施工工藝復雜，由于劇場和影院觀眾席有階梯起坡，增加了“房中房”做法的難度。頂部需要統一采用彈性吊桿隔聲吊頂，與燈光、舞臺機械協調難度極大。2）“房中房”結構占用房間內部空間，地面需要高出原來至少150mm，頂部需要增加的隔聲彈性吊頂為300mm厚度，墻面需要額外增加200mm厚度，因此對于劇場及影院的使用空間影響較大。3）為避免出現振動“短路”，對施工監督要求極高。墻體施工時，內墻不得與外墻有任何接觸，包括兩層墻之間不小心卡住的施工廢料；彈性吊桿必須受力均勻，避免某個彈性吊桿被壓死無任何彈性；浮筑地面必須與四周墻體徹底斷開，不許出現浮筑地面澆筑過程與四周墻體出現硬連接短路現象，因此結構控制節點眾多，施工難度極大。4）“房中房”將導致載荷增加，預計會增加600kg/m2，需要結構專業復審，并將導致建筑整體造價的增加。

因此，該項目確定采用建筑物整體浮筑的隔振措施，隔振做法見圖4。該文化中心為筏板基礎，整體浮筑的減振材料選型以結構專業提供的重力載荷標準下基礎反力圖為依據，見圖5。選擇承載能力、靜態下沉量及固有頻率適當的減振墊。

圖4 整體隔振方案示意圖

圖5 重力載荷標準下基礎反力圖

該項目最終選擇的減振材料為德國BSW公司的Regupol系列480、550、800型號減振墊，圖6為減振墊的壓力承載圖，圖7為減振墊的靜態下沉量隨壓力變化的曲線圖，圖8為減振墊的固有頻率隨壓力變化的曲線圖。為了檢驗Regupol系列減振墊的耐久性，在清華大學進行了400萬次抗疲勞試驗。減振墊的布置方案見圖9。

圖6 減振墊的壓力承載圖

圖7 減振墊的靜態下沉量隨壓力變化曲線圖

圖8 減振墊的固有頻率隨壓力變化曲線圖

5 減振墊效果實驗室預測分析

圖9 減振墊布置方案圖

針對項目中應用的BSW隔振墊Regupol vibration480、550、800減振墊，進行了隔振測量。測量在隔振臺上進行，選用符合《聲學—建筑構件隔聲實驗室測量第五部分：測試設施與設備要求》（ISO 10140—5）規定的重擊球，從距離振動臺面1m的位置自由落體，測量由硬質鋼塊（相當于無減振）和BSW隔振墊Regupol vibration 480、550、800型號支撐的滿足設計載荷的混凝土板的振動加速度級。隔振臺為實心混凝土塊，周邊采用600mm厚細沙與環境振動隔離。測量用的混凝土板為長5m，寬200mm，厚60mm的條板。測試裝置見圖10。

圖10 測量裝置示意圖

依據硬質鋼塊及BSW減振墊Regupol vibration480、550、800的隔振測量結果，計算減振墊作為支撐物與硬質鋼塊作為支撐物時，混凝土板振動加速度級的降低量，即BSW減振墊在4～200Hz各1/3倍頻帶中心頻率的隔振量。

以類比項目1的環境振動及二次輻射噪聲測量結果為類比源強，疊加BSW減振墊Regupol vibration480、550、800型號在實驗室隔振臺上得到的實測隔振量，計算得到鋪設減振墊后該建筑的環境振動值及二次輻射噪聲值。進而可計算鋪設減振墊前后Z振級及二次輻射噪聲A聲級之差，即得到各減振墊的振動及二次輻射噪聲降低量。實驗室測試結果顯示，此方案可滿足減振降噪要求。減振墊效果預測分析結果見表3。

表3 減振墊效果預測分析結果

6 安裝施工

在建筑基礎下方鋪設減振墊實現建筑物整體隔振的關鍵在于施工中保證建筑物與大地土壤層完全通過減振墊隔離，需對施工節點進行詳細設計，考慮減振墊拼接、防水層處理、防雷設施處理等細節問題。減振墊的施工節點如圖11所示。節點中非固化防水層為黏性材料，解決了在側壁鋪設減振墊的固定問題。為了區分三種不同型號的減振墊，在施工現場用三種不同顏色對減振墊進行了標記，如圖12所示。

圖11 鋪設減振墊的施工節點圖

圖12 用顏色對不同型號的減振墊進行標記

7 竣工實測

2019年7月對項目進行了竣工實測。測試位置為地鐵線正上方的地下三層房間及一層劇場觀眾廳內。測試結果見表4。圖13是類比項目1與該文化中心環境振動分頻曲線圖。測試結果顯示，列車通過時，該文化中心的環境振動、二次輻射噪聲、劇場觀眾廳的室內噪聲級均達到國內相應的標準和規范中的限值。從實測結果看，與類比測試及實驗室預測分析基本吻合。

表4 竣工測試數據統計結果

圖13 類比項目1與石景山區文化中心環境振動測試結果對比

8 結論

石景山區文化中心是國內首個采用減振墊建筑物整體浮筑做法的工程實例。該實例說明采用減振墊全包圍建筑物的隔振方法能有效降低地鐵對建筑物的環境振動及二次輻射噪聲影響。采用整體隔振的處理方法應參照重力載荷標準下基礎反力圖，根據減振墊的承載能力、靜態下沉量、固有頻率等物理參數進行精確選型。減振墊鋪設方案完成之后，還應通過類比項目的現場實測和減振墊的實驗室測試，對選型進行效果復核。在實際施工中，應特別注意隔振墊拼接、防水層處理、防雷設施處理等細節問題，保證建筑物與大地土壤層有效隔離。