地铁施工、运营期振动环境影响及控制措施

贺磊

摘要：指出了近20年来我国地下铁道的迅猛发展，给城市居民工作和生活带来了极大的便利，然而地铁引发的振动与噪音也给城市建设和居民生活带来危害。对地铁的施工期、运营期的振动环境影响以及防护措施展开了研究，结果表明：地铁施工期主要振动来源于机械振动、爆破作业等，控制施工作业的时间及施工方式能有效降低振动影响。运营期的振动是列车构造、行车速度、轨道、隧道结构、沿线地质等因素综合作用的结果，需要从规划阶段、设计阶段、日常保养等多途径来控制影响。

关键词：地铁振动；环境影响；控制措施；施工期；运营期

中图分类号： P315

文献标识码： A 文章编号： 16749944（2015）06020802

1 引言

随着城市的不断扩大，地铁作为一种缓解城市交通压力的现代化交通工具，其优势日益明显：不占用地面空间、速度快、运量大、准时率高。然而地铁在施工、运营期间，穿越建筑密集区域所引起的环境振动问题也逐渐凸显，振动已被国际列为七大环境公害之一[1]。我国各大城市因地铁造成的振动和结构噪声投诉逐年增加， 研究地铁施工、运营期的振动环境影响及控制措施有重要意义。

2 施工期振动影响分析

2.1 施工期振动敏感点及影响分析

受施工机械振动影响的主要是位于车站附近、部分明挖路段环境敏感点。区间隧道采用盾构法施工对线路两侧地面产生振动影响较小，对线路正上方振动有一定影响，主要表现为地面沉降。明挖施工将使用各高频振动机械，对车站周围的建筑影响较大，但其影响为间断性，主要集中在施工初期的路面破碎。施工振动主要为明挖法施工地段两侧约30m 内，居民区、学校、医院等可能受施工振动影响的敏感点。

2.1.1 施工场地作业影响分析

施工场内的振动作业将会对该范围内的敏感点造成影响，影响居民正常的生活、工作以及教学等；建议风镐、空压机等振动值较高设备尽量不在夜间休息时段使用。

2.1.2 爆破作业影响分析

在施工过程中，遇到岩层需进行小规模的爆破作业，爆破振动通常用爆破振动速度来评价。《爆破安全规程》（GB6722-2011）规定了建筑物地面质点的安全振动速度。爆破作业的影响范围由爆破方式、装药量、地质条件等因素确定。我国推荐爆破振动对建筑物影响公式（萨道夫斯基公式）[2]：

V=K（Q1/3/R）a

式中：K为场地系数；a为衰减系数；Q为单段最大装药量，kg；R为测点与爆破位置距离，m。

一般情况下，对于持续性振动，当振速超过0.2cm/s，人们就有显著感觉，会有投诉；当振速超过0.6cm/s，人们会感到不愉快。考虑到施工爆破对人群的影响，应从严控制爆破用药量。按上述公式计算，当K为350，振速为0.2cm/s，爆破与建筑物距离5m，环境振动的炸药安全用量为0.01kg；当与建筑物的距离增加到25m时，安全用量为0.36kg；当与建筑物的距离为50m时，安全用量为1.43kg。施工时应根据工程沿线地面建筑物类型、敏感点的分布等实际状况，控制一次齐爆的最大用药量。同时对于有敏感点的区段，夜间不得进行爆破作业。

2.2 施工期振动环境影响防护措施

（1）科学合理的施工现场布局是减少施工振动的重要途径，在满足施工作业的前提下，应充分考虑施工场地布置与周边环境的相对位置关系。将施工现场的固定振动源，如加工车间、料场等相对集中，以缩小振动干扰的范围。

（2）在保证施工进度的前提下，优化施工方案，合理安排作业时间，在环境振动背景值较高的时段内进行高振动作业，限制夜间进行有强振动污染严重的施工作业，并做到文明施工。

（3）区间段采用盾构法施工的，应事先对离隧道较近的敏感点详细调查、做好记录，对可能造成的房屋开裂、地面沉降等影响采取加固等预防措施。

3 运营期振动环境影响

3.1 振动源分析

地铁振动的产生和传播是一个异常复杂的过程，它与地铁列车的构造、性能和行车速度、轨道、隧道结构、材料及沿线的地质条件等许多因素有关。车辆段振动影响主要来自于试车线、停车库、咽喉岔区、出入段线等行车速度较快的部位。地铁列车在运行过程中产生振动，通过轨道、隧道和土壤传递到上方建筑物基础，由建筑物基础振动而引起房屋地面、墙体、梁柱、门窗及室内家具等振动使建筑物内产生可听声，因此，二次结构传声是地铁振动的另一个主要因素。

3.2 振动污染防治措施建议

3.2.1 振动污染防治的一般性原则

根据地铁振动的产生机理，在车辆类型、轨道构造、线路条件等方面进行减振设计，将降低轮轨接触产生的振动源强值，从根本上减轻振动对周围环境的影响[3～5]。

（1）车辆振动控制。车辆性能的优劣直接影响振源的大小，在车辆构造上进行减振设计对控制轨道交通振动作用重大。根据国内外的有关研究资料，采用弹性车轮可降低振动4～10dB。此外还可采用阻尼车轮或特殊踏面车轮；在转向架上采取减振措施；减轻一、二系悬挂系统质量；采用盘式制动等措施来降低车辆的振动。

（2）轨道结构振动控制。轨道结构振动控制主要包括钢轨及线路形式、扣件类型和道床结构等三方面的内容：①钢轨及线路形式60kg/m钢轨无缝线路不仅能增强轨道的稳定性，减少养护维修工作量和降低车辆运行能耗，而且能减少列车的冲击荷载，已在城市轨道交通中得到广泛应用。②扣件类型：减振要求一般地段可采用Ⅲ型轨道减振器扣件。③道床结构：地下线路减振要求较高地段可采用梯形轨枕，在需特殊减振的地段，可采用浮置板道床等。

（3）线路和车辆的维护保养。地铁线路和车轮的光滑、圆整度直接影响地铁振级的大小，良好轮轨条件可降低振动5～10dB。在运营期加强轮轨的维护、保养，定期旋轮和打磨钢轨，对小半径曲线段涂油防护，以保证其良好的运行状态，以减少附加振动。

3.2.2 减振措施比选

（1）GJ-Ⅲ型轨道减振器扣件。结构依靠钢轨侧边及钢轨下橡胶支承进行减振；预测减振效果平均值≥6dB；造价估算为90万元/单线km；50年内至少要全部更换1～2次，更换对运营无影响；与普通整体道床的施工方式相同；维修方便；实践应用：北京地铁5号线、10号线。

（2）梯形轨枕。结构由减振垫、两根预应力混凝土纵梁及其联结杆件、横纵向限位件组成；预测减振效果平均值≥10dB，造价估算为750万元/单线km；50年内个别更换1～2次，对运营影响很小；施工难度小，技术成熟；维修量很小；实践应用：北京、上海、广州、深圳。

（3）钢弹簧浮置板轨道。结构将道床板置于钢弹簧；预测减振效果平均值≥15dB；50年内个别更换1～2次；造价估算为1500万元/单线km，更换对运营影响很小；浮置板可现场浇筑，需专门施工机具，施工难度大，技术成熟；可维修，维修量小；实践应用：欧美、香港、广州、北京。

3.2.3 合理规划布局

为了对沿线用地进行合理规划，预防轨道交通运营期的振动污染，建议科学规划建筑物的布局，临近线路振动源的第一排建筑宜规划为商业用房等非振动敏感建筑。结合旧城区改造，应优先拆除靠振源较近的居民房屋，结合绿化设计和建筑物布局的重新配置，为新开发房屋留出振动防护距离，使之对敏感建筑物的影响控制在标准允许范围内。

4 结语

地铁施工机械振动对敏感点影响主要发生在施工现场周围地区。在爆破作业中，应按有关标准、法规的要求，采用适当的爆破技术和控制措施，保护周围敏感建筑。

运营期除在设计阶段根据地铁振动场产生的机理和影响因素，通过车辆性能、轨道结构、日常保养等方面进行减振，还应合理规划地铁沿线用地性质，预防轨道交通运营期振动对周边居民直接影响，从规划层面降低地铁振动对敏感建筑物影响。

参考文献：

[1]郭文军.地铁振动机理及减振措施的研究[M].北京：北方交通大学，1996.

[2]陈 阳.萨道夫斯基公式在城市地铁爆破施工中的运用[J].黑龙江交通科技，2011（10）.

[3]董 霜，朱元清.地铁振动对环境建筑影响的研究概况[J].噪声与振动控制，2004，24（2）：1～4.

[4]关韵莹，刘 超.地下铁道的振动及其控制措施的研究[J].震灾防御技术，2011，6（1）：77～84.

[5]彭胜群.地铁振动污染防治对策[J].铁道勘测与设计，2004，134（2）：71～73.