某國際旅游度假區周邊開發受軌道交通振動影響的方案優化

馬駿

（上海國際旅游度假區置業有限公司，上海 201319）

0 引言

隨著我國工業化高速發展，城市規模逐漸擴大，地鐵在城市內部中、長距離的交通運輸中具有不可或缺的地位和作用。與此同時，隨著區域經濟一體化進程的推進，城市之間的城際鐵路以及城市內部機場、高鐵等交通促使外場站之間的市域快線等軌道交通系統的建設也迅速發展起來。另外，在城市發展的同時，土地資源緊缺的現實日漸凸顯，軌道交通站點、區間穿越或靠近人們居住生活環境已經成為常態，甚至建設以城市軌道交通為導向的發展區（TOD）也成為了各大城市軌道交通建設的主導方向?；诖?，城市對交通運輸需求與沿線人們生活、生產對環境需求之間的矛盾也日漸突出，進一步推動了軌道交通引發的環境振動預測評估研究的發展，并逐漸成為一門新興學科[1-3]。

軌道交通引起的環境振動預測是復雜的，存在許多未知和不確定因素。另外，在不同的設計階段，對于不同的評估對象環境振動的預測精確性和要求也往往不同，預測方法也有所差異。傳統的經驗公式法計算快捷、預測成本低，適用于初步評估，可對影響范圍進行初步界定和分析。數值模擬分析和測試等方法預測精度好，但工作量大、預測成本高，更適用于詳細設計階段。本文以某國際旅游度假區周邊開發項目為例，分析預測了其地下穿行的軌道交通機場聯絡線對運營環境的振動影響，并對后續園區周邊開發方案提出相應的減振策略。

1 項目概況

1.1 園區開發概況

項目開發區域位于某國際旅游度假核心區北側（以下簡稱度假區北片區），當前階段現場清理工作已完成。根據規劃，度假區北片區開發定位為城市自然生態綠地，同時結合自身發展需求及其與旅游度假核心區功能的配套與互補情況，計劃開發以主題酒店、精品酒店和精品花園等為主要功能的業態。該項目目前處于概念設計階段，主要由濱水景觀帶、生態防護區以及沿濱水景觀帶呈東西向布局的3 處建設地塊組成，其中建設地塊包括西側1～2 層的精品酒店、中部2～4 層的度假酒店以及東側1～2 層的商業建筑等，總平面布置示意圖見圖1。

圖1 項目開發建設總平面布置示意圖（Fig.1 General layout diagram of project development and construction）

1.2 軌道交通線路概況

擬建軌道交通當前階段已完成初步設計，并開工建設。該線路為連接本市東、西兩大機場的聯絡線，全長約68 km，設9 座車站，包含3 個地面站和6 個地下站。主要技術參數如下：

（1） 車速：160 km/h。

（2） 車輛：CRH6F 市域動車組，軸重17 t。

（3） 輪軌及線路：采用雙塊式無砟軌道，定長為25 m、線密度為60 kg/m，軌道為材質U75V 的無螺栓孔鋼軌；采用無縫線路和WJ-8B 扣件；平面最小曲線半徑對應的一般地段長為1 500 m，困難地段長為1 300 m；縱斷面最大坡度為2%，困難情況占3%。

（4） 園區區段內隧道：通過度假區北片區區段為地下段，隧道斷面為圓形，單洞雙線，設置中隔墻；隧道管片外徑為13.6 m；道床采用C40 混凝土現澆結構；軌頂埋置深度約為24.3～26.9 m。

（5） 土體：軟弱土。

1.3 園區與擬建軌道交通的關系

根據當前規劃方案，北片區建設用地位于擬建機場聯絡線兩個站點區間，均為地下線區段，主要包括3個地塊，軌道交通線路與各地塊的平面相對位置見圖1及表1。

2 振動評價標準

現階段，我國環境振動的評估主要采用國家標準GB 10070—1988《城市區域環境振動標準》，其中城市各類區域的鉛垂向 振級標準值限值見表2[4]。

表2 城市各類區域鉛垂向 振級標準值限值（Tab.2 Standard value limit of vertical -vibration level of lead in various urban areas）

另外，與噪聲影響不同，調查研究表明若外界引發的住宅振動略超出人體舒適度（感知水平），居住者會不適和不滿，因此制定振動限值標準非常重要。我國的振動限值標準依據可接受煩惱度制定，通過各類區域暴露-反應關系的現場調研結果確定。此外，其他較多國家均依據感知閾值制定建筑物室內和周邊環境振動限值標準。以英國標準BS 5228—2《建筑工地和露天場地的噪聲和振動控制》（Noise and vibration control on construction and open sites）為例，振動感知閾值的速度峰值的典型范圍是0.14～0.30 mm/s，振動速度與感知對比情況如表3 所示[5]。

表3 振動速度與人體感知對比[5]（Tab.3 Comparison between vibration rate and human perception）

綜合考慮本項目開發園區業態特點，環境振動評估限值取值標準如下：

（1） 對度假酒店，取夜間限值67 dB 進行控制。

（2） 對商業區塊，取夜間限值72 dB 進行控制。

（3） 對環境有較高品質要求的建筑——精品酒店，取特殊住宅區環境振動限值65 dB，同時參考基于振動感知閾值的速度峰值限值0.30 mm/s 進行控制。

3 基于半經驗模型法的振動預測分析

3.1 預測評價方法

城市軌道交通建設及運營期間將會向周邊環境釋放振動、噪聲等工程污染，本地塊內擬建的軌道交通工程為地下線，將先于園區建設，因此，目前階段的預測分析以運營階段的振動預測分析為主。軌道交通產生的環境振動及其傳播是一個非常復雜的過程，它與列車類型、行車速度、隧道埋深、水平距離、地質條件和軌道結構類型等諸多因素有關，當進行振動預測時，應根據實際需求、客觀條件等選用合適的預測模式。該園區擬建設的軌道交通聯絡線設計運行時速達160 km/h，遠高于國內一般軌道交通線路運行時速，可供參考的預測模型參數較少。綜合考慮各方面條件，采用HJ 453—2018《環境影響評價技術導則-城市軌道交通》[6]中的半經驗模型法，按下式進行預測分析。

3.2 類比源強振動測試

國內已開始運營的160 km/h 市域快線及其可供參考的類比測試數據目前還較少，考慮到度假區北片區地處淤泥質軟土地區，土體動力特性之間的差別對振動波的傳播影響較大，因此，本次分析時對度假區北片區附近一條已經在運營的軌道列車E 號線引起的地表振動進行測試，并通過半經驗公式推導其列車源強，作為本次分析預測的類比振動源強。

E 號線列車運行時速為100 km/h，為地鐵A 型列車，軸重16 t，為無縫雙線地下隧道，軌頂埋深約9.6 m。

振動測試參考JGJ/T 170—2009《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》[7]進行，測點通過GPS 系統進行定位，分布于E 號線軌道邊線約80 m（單側）內的地表范圍，沿橫跨軌道方向布置V1～V14 共14 個測點，對各測點垂直于地面 方向的振動加速度進行實時采集。測點與地鐵線路隧道斷面位置關系示意圖見圖2，現場實測情況見圖3。

圖2 測點與地鐵線路隧道斷面位置關系示意圖（Fig.2 Measurement point and subway line tunnel section position diagram）

圖3 現場實測情況照片（Fig.3 Photos of field measurement）

根據實測振動加速度對各測點的鉛垂向Z振級進行計算分析，結果見表4。由表4 可見，V1～V14 測點的鉛垂向Z振級最大值為81.1 dB，位于列車運行隧道正上方范圍內，主要頻率分布于50～90 Hz 內。

表4 各測點在列車通行狀態下的鉛錘向 振級統計（Tab.4 -vibration level statistics of each measuring point under the condition of train traffic）

3.3 振動源強分析及振動環境影響預測分析

通過實測得到的E 號線地下軌道列車上部地表振級以及HJ 453—2018《環境影響評價技術導則-城市軌道交通》[6]中振級隨距離的衰減經驗公式，可計算得出E 號線的源強為85.5 dB。以此作為機場聯絡線的類比振動源強，基于半經驗模型法，通過列車速度、軸重和簧下質量、輪軌條件、隧道形式、距離等修正，對擬建機場聯絡線沿線中心線單側約140 m 范圍的環境振級進行預測分析，結果見表5。

表5 距擬建機場聯絡線中心線不同距離處地表 振級預測分析結果（Tab.5 Different distances from the center line of the proposed airport link Prediction and analysis results of surface vibration level）

由表5 可知：距離擬建機場聯絡線中心線水平距離約105 m 范圍內的 振級將超過環境振動限值65 dB（特殊住宅區夜間振動限值），約91 m 范圍內的Z 振級將超過67 dB（居民、文教區夜間振動限值），約57 m 范圍內的 振級將超過72 dB（商業混合區夜間振動限值）。

4 園區開發方案優化及減振降噪措施

4.1 環境振動控制常用措施

為減小軌道交通引起的環境振動，其控制措施從空間上總體分為三大類[8]：振源控制、振動傳播路徑控制和建筑物振動控制。最終需要綜合考慮技術性和經濟性來確定控制類型。

（1） 振源控制。振源控制是最有效的減振方法，其控制內容主要包括：線位（水平向和豎向）、軌道設計、鋼軌品質和維修、列車/車輛設計和維修、列車速度以及支承結構設計等。

（2） 振動傳播路徑控制。振動傳播路徑控制是在振源至接受者（建筑物）之間的大地中設置屏障，當地傳振動波傳播到屏障時，會發生反射，阻礙振動的傳播，從而減小地傳振動。但振動波仍然會有一部分透射到屏障的后部，還會在屏障的兩端和底部繞射。振動傳播途徑控制的主要措施有：空溝或填充溝、混凝土墻屏障、排樁（孔）和波阻板。

（3） 建筑物振動控制。建筑物振動控制的主要措施如下：重新考慮土地用途和建筑布局，選用合理的建筑結構措施和建筑物基礎隔振；選用較深的建筑物基礎和樓板措施（如浮置式樓板、房中房可提高樓板固有頻率，增大樓板阻尼等）；增加調頻質量阻尼器（動力吸振器）；采取主動控制措施等。

4.2 園區開發方案優化及減振措施建議

擬建機場聯絡線沿東西方向從項目用地范圍南側邊界穿越，穿越總長度約2 810 m，其中建設用地有3塊，穿越長度約1 100 m，1 塊沿邊線側穿，其余地塊與軌道平面最近距離為2～27 m 不等，穿越范圍內擬建建筑物分布相對稀疏，包括商業建筑（特色餐飲）、類居住建筑（度假酒店）以及對環境品質要求較高的精品酒店。

鑒于該軌道交通振源的線位走向、車輛選用、軌道設計和列車速度等已基本確定，綜合考慮，建議采取如下主動控制及被動控制等措施，對該地塊內的擬建建筑物實施減振降噪：

（1） 在條件許可的情況下，對擬建機場聯絡線實施振源主動減振，建議采取鋼彈簧浮置板道床等特殊減振措施。

根據由近及遠控制優先原則，一般情況下，減振措施越靠近振源，其減振效果越好，成本越低。根據初步測算，機場聯絡線在建設用地范圍內的穿越長度約1 100 m，如果采取鋼彈簧浮置板道床的軌道減振措施，增加工程費用約4 000 萬，可降低周邊30 m 近場范圍內環境地面振級約7～14 dB[9]。但由于該用地范圍呈狹長狀，軌道交通穿越長度較長，而建筑物的分布卻較為稀疏，因此減振性價比相對較低。建議將該主動減振方案作為備選，在與其他減振方案進行綜合對比后，在條件許可時選用。

（2） 調整擬建建筑物的空間規劃，使振動敏感類的建筑物盡量遠離軌道交通振源[10]，據此原則，優化后的規劃布置方案見圖4。后續將根據軌道交通所實施的具體減振方法，對該區域內的環境振動影響進一步預測評估，并根據結果再進行調整優化。

圖4 項目開發建設總平面優化控制方案示意圖（Fig.4 Project development and construction of the overall plane optimization control scheme schematic diagram）

（3） 對擬建建筑物選用合理的建筑結構措施，包括優先選用混凝土結構，采用較重的建筑結構形式、較深基礎等方案，增加建筑物的整體質量以利于振動的控制和衰減。

（4） 對于室內振動環境和二次結構噪聲有較高品質要求的個別建筑物（如精品酒店），建議參考基于振動感知閾值的速度峰值限值0.30 mm/s 進行控制。后續待進一步明確相關振源參數和建筑方案后，對房屋的室內振動及二次結構噪聲進行詳細地數值模擬計算，如果不滿足預期要求，可采用基礎隔振和浮置樓板等措施進行減振。

5 結語

本案例通過對某國際旅游度假區周邊既有軌道交通線路振源強度的類比測試，根據半經驗模型法，對后續擬建160 km/h 快速軌道交通列車的環境振動影響范圍進行了預測評估，并根據預測結果對該園區的開發布置方案進行了優化，對園區擬開發建筑物以及擬建軌道交通線路的減振提出了相關的建議措施。后續將進一步根據軌道交通線路的減振方案、軌道交通運行實測數據，來調整園區規劃布置方案及減振措施，以最大程度減少環境振動對園區開發的影響，為類似的園區開發、地鐵上蓋等項目前期決策提供參考。