地鐵段場(chǎng)上蓋物業(yè)振動(dòng)控制措施綜述

楊洪杰 宋衛(wèi)華

(1.上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，上海 201200； 2.中衡保險(xiǎn)公估股份有限公司，江蘇 南京 211100)

地鐵的車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)(以下稱段場(chǎng))一般布置在城市的郊區(qū)，段場(chǎng)面積一般有20 hm2～30 hm2，是地鐵工程的重要組成部分。在城市土地資源緊張的情況下，對(duì)地鐵段場(chǎng)上部空間進(jìn)行開(kāi)發(fā)是必要的。國(guó)內(nèi)多個(gè)城市已經(jīng)進(jìn)行了車(chē)輛段上蓋大平臺(tái)的商業(yè)開(kāi)發(fā)，在段場(chǎng)大平臺(tái)上興建住宅及配套社會(huì)車(chē)輛停車(chē)場(chǎng)及其他商業(yè)建筑等。

地鐵段場(chǎng)上蓋綜合開(kāi)發(fā)，是在地鐵段場(chǎng)的上部設(shè)計(jì)建造一個(gè)大面積的鋼筋混凝土平臺(tái)，平臺(tái)以下是地鐵段場(chǎng)，以上進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)內(nèi)容包括住宅、醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)建筑、體育館、公園、綠地等。

但是，在地鐵段場(chǎng)上方進(jìn)行物業(yè)開(kāi)發(fā)，也存在一些缺點(diǎn)，首先是投資巨大，其次是車(chē)場(chǎng)內(nèi)的振動(dòng)和噪聲對(duì)上方物業(yè)有不利影響。段場(chǎng)內(nèi)存在多種振源，產(chǎn)生的振動(dòng)沿著鋼軌、道床、結(jié)構(gòu)向上傳播，給人們的生產(chǎn)生活和周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響。解決段場(chǎng)振動(dòng)產(chǎn)生的問(wèn)題成為影響上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素。

對(duì)于段場(chǎng)上蓋物業(yè)的減振研究及相關(guān)減振措施，已有眾多學(xué)者提出大量成果，但大部分都是集中在車(chē)輛、軌道等方面，本文從物業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)劃布置方面的減振做一些探索。

1 上蓋物業(yè)的振動(dòng)問(wèn)題

1.1 計(jì)算分析

由地鐵誘發(fā)的大地振動(dòng)響應(yīng)及對(duì)上蓋物業(yè)的影響是十分復(fù)雜的，當(dāng)前研究手段主要是采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析，同時(shí)也可進(jìn)行仿真模擬，建立三維仿真模型進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果作為實(shí)測(cè)分析的必要補(bǔ)充和驗(yàn)證。

謝偉平[1]建立了武漢某車(chē)輛段上蓋物業(yè)精細(xì)化有限元模型，計(jì)算分析上蓋物業(yè)的振動(dòng)響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明：車(chē)輛進(jìn)出段場(chǎng)引起上蓋建筑物的振動(dòng)頻率較高，房間內(nèi)樓板鉛垂向Z振級(jí)隨著高度的增加先減小后增大。汪益敏[2]分析和評(píng)價(jià)了地鐵車(chē)輛段列車(chē)運(yùn)行造成的環(huán)境振動(dòng)影響，對(duì)廣州地鐵3號(hào)線廈滘車(chē)輛段試車(chē)線臨近地面及建筑物振動(dòng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。研究結(jié)果表明:當(dāng)車(chē)輛段試車(chē)線列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，臨近地面豎向振動(dòng)明顯大于水平振動(dòng)，在距離軌道0 m～30 m范圍之內(nèi)，受影響的建筑物內(nèi)部的振動(dòng)超過(guò)相關(guān)國(guó)家振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響因素

上蓋物業(yè)建筑本身既是振動(dòng)的受體，又是振動(dòng)的傳播介質(zhì)。研究表明，建筑物的結(jié)構(gòu)形式、高度、基礎(chǔ)形式等很多因素都會(huì)對(duì)建筑物的振動(dòng)產(chǎn)生影響。魏龍[3]通過(guò)計(jì)算分析，研究了地鐵引起的上部結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)影響因素。

1)建筑物的樓板厚度。從圖1曲線可以看出，建筑物樓板厚度的變化對(duì)樓層振動(dòng)的影響較大，樓板厚度與各樓層豎向加速度振動(dòng)級(jí)相關(guān)，厚度每增加0.1 m，振動(dòng)等級(jí)減小約2 dB，這是由于增大了樓板厚度相當(dāng)于增大了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度，減弱了振動(dòng)強(qiáng)度。

2)基礎(chǔ)樁徑。從圖2曲線可以看出，建筑物基礎(chǔ)樁徑與各樓層振動(dòng)等級(jí)相關(guān)，樁徑每增加0.1 m，加速度振動(dòng)等級(jí)減小約0.2 dB。

3)結(jié)構(gòu)形式。吳凱[4]探討了鄰近地鐵不同結(jié)構(gòu)形式的振動(dòng)特征，建筑結(jié)構(gòu)形式的不同直接導(dǎo)致了荷載傳遞路線的改變，受到振動(dòng)響應(yīng)也不同。針對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)振動(dòng)對(duì)地鐵沿線不同結(jié)構(gòu)形式，對(duì)各類結(jié)構(gòu)形式的振動(dòng)定性分析如下：

a.框架結(jié)構(gòu)建筑振動(dòng)響應(yīng)研究表明，振動(dòng)峰值隨著建筑物高度的增加而減小，且柱的振動(dòng)衰減要比周邊構(gòu)件更加顯著。

b.砌體結(jié)構(gòu)樓板振動(dòng)隨層高而增大，振動(dòng)主要為10 Hz～25 Hz的低頻振動(dòng)。

c.框剪結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種體系的結(jié)合，廣泛地應(yīng)用于各類房屋建筑。上蓋物業(yè)的建筑物一般采用框架結(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)。實(shí)踐表明，相同體量的框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)，后者的抗振效果好一些。

2 上蓋物業(yè)減振措施

2.1 前期規(guī)劃

1)建筑規(guī)劃布局。在地鐵段場(chǎng)前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，充分考慮段場(chǎng)上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)的范圍、形式和規(guī)模，合理布局段場(chǎng)和上蓋物業(yè)的關(guān)系，在保證段場(chǎng)功能的前提下，通過(guò)合理的總體建筑規(guī)劃布局，降低上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響。

舉例來(lái)說(shuō)，南昌地鐵蛟橋停車(chē)場(chǎng)在建設(shè)前，上蓋物業(yè)的開(kāi)發(fā)納入了整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)中。地鐵停車(chē)場(chǎng)至上蓋平臺(tái)之間，段場(chǎng)本身的高度有三層樓高，減輕了地鐵線發(fā)出的振動(dòng)對(duì)上部建筑的影響。

我國(guó)香港地鐵將軍澳車(chē)輛段的上蓋開(kāi)發(fā)，車(chē)輛段內(nèi)地面至上蓋之間高度大于10 m，鋼筋混凝土大平臺(tái)的厚度為2 m，這樣的建筑布局和大面積、大厚度的鋼筋混凝土平臺(tái)，顯著降低了下部段場(chǎng)對(duì)上部物業(yè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響。

另外，上蓋開(kāi)發(fā)為醫(yī)院、養(yǎng)老院等對(duì)振動(dòng)噪聲有高標(biāo)準(zhǔn)要求的建筑，這些建筑不要直接布置在緊鄰大平臺(tái)的正上方，以減小振動(dòng)的直接影響。

2)減小試車(chē)線長(zhǎng)度。根據(jù)汪益敏[2]的實(shí)測(cè)，當(dāng)車(chē)輛段試車(chē)線列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，引發(fā)的地面豎向振動(dòng)明顯大于水平振動(dòng)，加速度級(jí)的大小與車(chē)輛的速度直接相關(guān)。試車(chē)線越長(zhǎng)，列車(chē)的速度越高，振動(dòng)加速度級(jí)越大。因此，從控制振動(dòng)的角度出發(fā)，進(jìn)行上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)的段場(chǎng)，試車(chē)線的長(zhǎng)度應(yīng)該進(jìn)行合理控制，必須使上蓋物業(yè)的振動(dòng)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

1)設(shè)置減振溝。在地表層段場(chǎng)內(nèi)軌道兩側(cè)設(shè)計(jì)減振溝，隔斷車(chē)輛、軌道的振動(dòng)由基礎(chǔ)或土體向豎向承載柱傳播，對(duì)上蓋建筑物的振動(dòng)控制有明顯的作用。王藝臻[5]分析了隔振溝的深度、寬度、位置以及溝內(nèi)填充條件等因素的隔振效果。研究表明，隨著溝深的增加，各層垂向振動(dòng)有明顯衰減，溝深度的增加可以增強(qiáng)減振效果，溝寬度在1 m時(shí)隔振效果最好。隔振溝靠近建筑物時(shí)隔振效果更好，隔振溝設(shè)置在地表時(shí)隔振效果最好。

2)設(shè)置隔振樁。所謂隔振樁，就是在振源和保護(hù)目標(biāo)之間建造一排或幾排混凝土或其他材料的樁，研究表明，隔振樁的排列形式和其相對(duì)位置對(duì)振動(dòng)傳遞的影響較大。無(wú)論是建筑物的橫向振動(dòng)還是垂直振動(dòng)，隨著隔振樁排數(shù)的增加，建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)總體呈衰減趨勢(shì)。關(guān)于樁的位置，排樁鄰近建筑物時(shí)減振效果較好。同時(shí)隨著樁徑的增大，建筑物橫向振動(dòng)和垂向振動(dòng)的最大振級(jí)逐漸減小。

3)在建筑物基礎(chǔ)上設(shè)置隔振支座。一般用橡膠隔振支座進(jìn)行柱底隔振，彈簧橡膠支座的隔振原理是在建筑物底部設(shè)置橡膠支座，對(duì)下方基礎(chǔ)傳來(lái)的振動(dòng)起到緩沖作用。橡膠支座的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，也容易施工，有一定減振效果，缺點(diǎn)是使用壽命只有20年～30年，一旦達(dá)到使用壽命或損壞，減振效果消失，其更換比較麻煩。

4)在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置減振器。地鐵段場(chǎng)蓋下由于使用功能的需求，建筑物的結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其柱網(wǎng)間距較大，而上部物業(yè)建筑一般柱網(wǎng)間距較小，且蓋上建筑剪力墻無(wú)法落地，需在蓋上設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。夏靖[6]提出，將轉(zhuǎn)換層的梁上下分成兩個(gè)部分，在上部混凝土梁內(nèi)設(shè)置減振器，落在轉(zhuǎn)換層的下梁，實(shí)際應(yīng)用情況表明，這種措施具有較好的減振效果，同時(shí)施工方便，造價(jià)較低，施工后的維護(hù)、更換都比較方便。

5)合理選擇結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)前文論述，不同的結(jié)構(gòu)形式對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)是不同的。在常用的砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)中，在受力、經(jīng)濟(jì)等條件允許的情況下，建議選擇框剪結(jié)構(gòu)作為上蓋物業(yè)的結(jié)構(gòu)形式，以提高建筑的抗振性能。

3 結(jié)語(yǔ)

地鐵段場(chǎng)的上蓋開(kāi)發(fā)在很多情況下是必要的，相關(guān)案例也越來(lái)越多。但是要解決段場(chǎng)內(nèi)的振動(dòng)對(duì)上部物業(yè)的不利影響是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。本文對(duì)傳統(tǒng)的車(chē)輛、軌道減振領(lǐng)域以外的減振方法進(jìn)行了總結(jié)和分析，在建筑規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面提出了一些具體方法，有些方法已經(jīng)在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。