曹宇靜

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京100081)

城市軌道交通地下線環(huán)境振動(dòng)影響評(píng)價(jià)實(shí)踐

曹宇靜

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京100081)

預(yù)測(cè)地下線的環(huán)境振動(dòng)影響是北京城市軌道交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。依據(jù)北京市DB11/T 838—2011《地鐵噪聲與振動(dòng)控制規(guī)范》中的振動(dòng)預(yù)測(cè)模型，并對(duì)地下線工程條件和預(yù)測(cè)點(diǎn)的情況進(jìn)行簡(jiǎn)化和假設(shè)，預(yù)測(cè)距離為0～60 m、線路埋深為10～20 m、取不同類型建筑物預(yù)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境振動(dòng)值，根據(jù)GB 10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》中的“居民、文教區(qū)”和“交通干線道路兩側(cè)”區(qū)域所執(zhí)行的環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值，分析各預(yù)測(cè)點(diǎn)的超標(biāo)情況。結(jié)果表明:線路的埋深越深，線路與建筑物的水平距離越遠(yuǎn)，建筑物的等級(jí)越高，則環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值越低，建筑物受到的環(huán)境振動(dòng)影響越小。因此建議:根據(jù)振動(dòng)影響范圍和達(dá)標(biāo)距離，做好城市軌道交通沿線用地規(guī)劃，合理確定振動(dòng)控制距離;當(dāng)?shù)叵戮€穿越中心城區(qū)時(shí)，應(yīng)根據(jù)環(huán)境振動(dòng)影響預(yù)測(cè)結(jié)果和超標(biāo)情況，確定合理的減振措施等級(jí)。

城市軌道交通;地下線;環(huán)境影響評(píng)價(jià);環(huán)境振動(dòng);北京

城市軌道交通對(duì)于北京這種大規(guī)模的城市，其交通功能無(wú)疑是重要的，同時(shí)對(duì)北京城市總體規(guī)劃所具有的支持作用、對(duì)北京經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用以及對(duì)北京古城的保護(hù)作用也具有相當(dāng)重要的意義。截至2015年12月31日，北京的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程已經(jīng)達(dá)到555 km，運(yùn)營(yíng)線路數(shù)量達(dá)到18條［1］。其中，有7條線路全線為地下線，有2條線路全線為地上線，其余9條線路均既有地下線也有地上線，且多數(shù)以地下線為主。綜合來(lái)看，地下線在北京城市軌道交通線路中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)和相當(dāng)大的比重。因此，研究地下線在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能產(chǎn)生的環(huán)境影響也成為當(dāng)前北京城市軌道交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。

城市軌道交通地下線在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的主要環(huán)境影響為振動(dòng)影響，而列車運(yùn)行對(duì)地面建筑物室內(nèi)環(huán)境所產(chǎn)生的振動(dòng)影響(即“環(huán)境振動(dòng)”)是研究的關(guān)注點(diǎn)，也是振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重點(diǎn)［27］。人體可感知的振動(dòng)頻率范圍是1～1 000 Hz，1- 100 Hz為敏感區(qū)，對(duì)于小于16 Hz的低頻振動(dòng)更為敏感。由于振動(dòng)在地表傳播過(guò)程中其水平方向比鉛垂方向衰減得快，因而鉛垂方向的振動(dòng)大于水平方向的振動(dòng)［89］。因此，在HJ 453—2008《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》［10］(以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)中將鉛垂向振動(dòng)作為環(huán)境振動(dòng)影響評(píng)價(jià)的預(yù)測(cè)量和評(píng)價(jià)量。

2011年，北京市頒布了DB 11/T 838—2011《地鐵噪聲與振動(dòng)控制規(guī)范》［11］(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)，該《規(guī)范》是目前北京城市軌道交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)中聲環(huán)境和環(huán)境振動(dòng)影響評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。本文將重點(diǎn)研究依據(jù)《規(guī)范》進(jìn)行地下線環(huán)境振動(dòng)影響評(píng)價(jià)的實(shí)踐。

1 《規(guī)范》環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)模型介紹

《規(guī)范》環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)模型中預(yù)測(cè)點(diǎn)處的VLZmax計(jì)算公式如式(1):

式中:VLZmax0，i——列車振動(dòng)源強(qiáng)，列車通過(guò)時(shí)段隧道洞壁的參考點(diǎn)Z計(jì)權(quán)振動(dòng)級(jí)最大值，dB;

n——列車通過(guò)列數(shù)，n≥5;

C——振動(dòng)修正量，dB。

式中:C軌道減振措施——軌道減振措施修正量，dB;

C車速——車速修正量，dB;

C彎道——彎道修正量，dB;

C過(guò)渡段——過(guò)渡段修正量，dB;

C車況載重等——車況載重修正量，dB;

C埋深——埋深修正量，dB; C水平衰減——水平衰減修正量，dB; C建筑物——建筑物修正量，dB。

1)軌道減振措施修正C軌道減振措施，可參考選用表1。

表1 不同減振措施修正量Tab.1 The correction value for different vibration isolation measures dB

2)車速修正量C車速，可參考選用表2。

表2 車速修正量Tab.2 The correction value for speed dB

3)彎道修正C彎道，可參考選用表3。

表3 彎道修正量Tab.3 The correction value for curve dB

4)過(guò)渡段修正量C過(guò)渡段，按下述方法確定:距離兩種減振措施連接點(diǎn)前后各100 m范圍內(nèi)為過(guò)渡段。過(guò)渡段外修正量按表2進(jìn)行修正，過(guò)渡段內(nèi)應(yīng)按下式計(jì)算。

式中:C減振措施A——A減振措施修正量，dB;

C減振措施B——B減振措施修正量，dB。

其中C減振措施A≥C減振措施B

CL——L處修正量;

L——自兩種減振措施連接點(diǎn)向A減振措施方向延伸100 m作為原點(diǎn)，即為過(guò)渡段上距原點(diǎn)的距離。

5)車況載重等修正C車況載重等，在車況載重輪軌條件與平穩(wěn)駕駛水平等因素綜合影響下，源強(qiáng)振動(dòng)的修正量可參考選用表4。

表4 車況載重等修正量Tab.4 The correction value for vehicle condition and carrying capacity dB

6)埋深修正量C埋深，可參考選用表5。

表5 埋深修正量Tab.5 The correction value for depth dB

7)水平衰減修正量C水平衰減，可參考選用表6。

表6 地面水平距離衰減修正量Tab.6 The correction value for horizontal distance dB

8)建筑物修正量C建筑物，可參考選用表7。

表7 建筑物修正量Tab.7 The correction value for building structure dB

2 地下線環(huán)境振動(dòng)影響預(yù)測(cè)

根據(jù)《導(dǎo)則》環(huán)境振動(dòng)影響評(píng)價(jià)范圍為距地下線路外軌中心線兩側(cè)60 m，因此，本文將對(duì)60 m范圍內(nèi)不同情況的預(yù)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。為了便于分析討論，本文根據(jù)北京市城市軌道交通地下線路一般工程條件，在預(yù)測(cè)過(guò)程中作了一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化，在實(shí)際環(huán)境影響評(píng)價(jià)過(guò)程中，工程條件和預(yù)測(cè)點(diǎn)的情況往往更加復(fù)雜。

本次預(yù)測(cè)所作的假設(shè)和簡(jiǎn)化:1)所預(yù)測(cè)的列車為B型車6節(jié)編組，線路以直道形式經(jīng)過(guò)各預(yù)測(cè)點(diǎn)，且以70 km/h的速度勻速運(yùn)行，即洞壁處Z振級(jí)基準(zhǔn)源強(qiáng)VLZmax為84 dB;2)軌道結(jié)構(gòu)為混凝土整體道床，未采取任何減振措施;3)列車減振系統(tǒng)狀態(tài)較好，輪軌條件好，載重較小。

基于上述假設(shè)，同時(shí)考慮到北京市目前已建或規(guī)劃的建筑物類型以Ⅰ、Ⅱ類為主，本次預(yù)測(cè)將分別研究這兩種建筑物在距地下線路不同距離和埋深條件下所受到的環(huán)境振動(dòng)影響。預(yù)測(cè)值分別見(jiàn)表8、9和圖1、2，同時(shí)結(jié)合北京市各行政區(qū)聲環(huán)境功能區(qū)劃特點(diǎn)，城市軌道交通沿線大部分區(qū)域?qū)儆凇熬用?、文教區(qū)”或“交通干線道路兩側(cè)”區(qū)域，根據(jù)GB 10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》［12］，其中“居民、文教區(qū)”執(zhí)行的環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值為:晝間70 dB，夜間67 dB;“交通干線道路兩側(cè)”執(zhí)行的環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值為:晝間75 dB，夜間72 dB，分析了各預(yù)測(cè)點(diǎn)的超標(biāo)情況。

1)環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值隨著預(yù)測(cè)點(diǎn)距地下線外軌中心線的距離和線路軌道的埋深變化而變化，在埋深相同的情況下，距離越遠(yuǎn)，環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值越小;在距離相同的情況下，埋深越大，環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值越小。達(dá)標(biāo);當(dāng)埋深為15 m，距離＞20 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝間可達(dá)標(biāo)，距離＞40 m時(shí)，預(yù)測(cè)值夜間可達(dá)標(biāo);當(dāng)埋深為20 m，距離＞10 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝間可達(dá)標(biāo)，距離＞40 m時(shí)，預(yù)測(cè)值夜間可達(dá)標(biāo)。5)對(duì)于位于居民、文教區(qū)的Ⅱ類建筑物，不論埋深為多少，僅當(dāng)距離＞50 m時(shí)，晝間預(yù)測(cè)值方可達(dá)標(biāo);且僅當(dāng)埋深為20 m，距離＞50 m時(shí)，夜間預(yù)測(cè)值方可達(dá)標(biāo)，其余情況均超標(biāo)。

表8 Ⅰ類建筑物的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值及超標(biāo)情況Tab.8 The predicted values and the situation of exceeding environmental vibration standard for classⅠbuilding structure dB

圖1 Ⅰ類建筑物的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值Fig.1 The predicted environmental vibration values for classⅠbuilding with different horizontal distances and depths structure

續(xù)表

表9 Ⅱ類建筑物的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值及超標(biāo)情況Tab.9 The predicted vibration values and the situation of exceeding standard environmental vibration for classⅡbuilding structure dB

6)由于《規(guī)范》中水平距離修正量的取值原因，使得在其他條件相同的情況下，0～10 m，11～20 m，21～30 m，31～40 m，41～50 m，51～60 m這6個(gè)距離檔內(nèi)的預(yù)測(cè)值完全相同;但距離為50 m和51 m的預(yù)測(cè)值由于修正量差距較大，其預(yù)測(cè)值相差較大，差距為4 dB。

圖2 Ⅱ類建筑物的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值Fig.2 The predicted environmental vibration values for classⅡbuilding structure

2)對(duì)于位于交通干線道路兩側(cè)的Ⅰ類建筑物，在線路埋深為10 m，距離為0～10 m時(shí)，預(yù)測(cè)點(diǎn)夜間的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值出現(xiàn)超標(biāo)，其余預(yù)測(cè)值均達(dá)標(biāo)。

3)對(duì)于位于居民、文教區(qū)的Ⅰ類建筑物，當(dāng)埋深為10 m，距離＞30 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝間可達(dá)標(biāo)，距離＞50 m時(shí)，預(yù)測(cè)值夜間可達(dá)標(biāo);當(dāng)埋深為15 m，距離＞20 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝間可達(dá)標(biāo)，距離＞40 m時(shí)，預(yù)測(cè)值夜間可達(dá)標(biāo);當(dāng)埋深為20 m，距離＞10 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝間可達(dá)標(biāo)，距離＞40 m時(shí)，預(yù)測(cè)值夜間可達(dá)標(biāo)。

4)對(duì)于位于交通干線道路兩側(cè)的Ⅱ類建筑物，當(dāng)埋深為10 m，距離＞30 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝間可達(dá)標(biāo)，距離＞50 m時(shí)，預(yù)測(cè)值夜間可

3 地下線環(huán)境振動(dòng)影響控制距離

基于前面進(jìn)行地下線環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)時(shí)對(duì)列車車型、速度、軌道結(jié)構(gòu)、列車條件等所做的假設(shè)，通過(guò)預(yù)測(cè)埋深為10～20 m，距離為0～60 m的不同預(yù)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值，并根據(jù)GB 10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》中“居民、文教區(qū)”和“交通干線道路兩側(cè)”的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行達(dá)標(biāo)分析，可以得出:在不采取軌道減振措施的前提下，位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞10 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間均可達(dá)標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞50 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間均可達(dá)標(biāo);位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞50 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間均可達(dá)標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞60 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間方可達(dá)標(biāo)。

以上的預(yù)測(cè)結(jié)果，為城市軌道交通地下線環(huán)境振動(dòng)影響的控制距離提供了一定依據(jù)。當(dāng)在城市軌道交通地下線沿線規(guī)劃敏感建筑物時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)劃敏感建筑物類型及其所處功能區(qū)，參照上述預(yù)測(cè)結(jié)果，合理確定規(guī)劃敏感建筑物與線路的位置關(guān)系。當(dāng)城市軌道交通地下線穿越中心城區(qū)，線路沿線存在已建敏感建筑物時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路工程條件和敏感建筑物情況，按照《規(guī)范》中的振動(dòng)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后根據(jù)超標(biāo)情況，確定合理的減振措施等級(jí)。

4 結(jié)論與建議

1)當(dāng)其他參數(shù)確定時(shí)，列車運(yùn)營(yíng)引起的環(huán)境振動(dòng)主要取決于線路埋深、線路與建筑物的水平距離和建筑物的類型，線路的埋深越深，與建筑物的水平距離越遠(yuǎn)，建筑物的等級(jí)越高，則環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)值越低，建筑物受到的環(huán)境振動(dòng)影響越小。

2)基于本文進(jìn)行地下線環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)時(shí)所做的假設(shè)，在不采取軌道減振措施的前提下，位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞10 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間均可達(dá)標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅰ類建筑物，在距離＞50 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間均可達(dá)標(biāo);位于“交通干線道路兩側(cè)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞50 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間均可達(dá)標(biāo);位于“居民、文教區(qū)”的Ⅱ類建筑物，在距離＞60 m時(shí)，預(yù)測(cè)值晝、夜間方可達(dá)標(biāo)。當(dāng)在城市軌道交通地下線沿線規(guī)劃敏感建筑物時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)劃敏感建筑物類型及其所處功能區(qū)，參照本文預(yù)測(cè)結(jié)果，合理確定規(guī)劃敏感建筑物與線路的位置關(guān)系;當(dāng)城市軌道交通地下線穿越中心城區(qū)，線路沿線存在已建敏感建筑物時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路工程條件和敏感建筑物情況，按照《規(guī)范》中的振動(dòng)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后根據(jù)超標(biāo)情況，確定合理的減振措施等級(jí)。

3)《規(guī)范》中關(guān)于水平距離的修正量存在一定的不足，導(dǎo)致距離為50 m和51 m的預(yù)測(cè)值相差較大，差距為4 dB，這和列車實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)不符;《規(guī)范》振動(dòng)修正項(xiàng)C沒(méi)有將“軸重”作為修正參數(shù)，這對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性將產(chǎn)生一定的影響;《規(guī)范》中沒(méi)有給出20 m以上的線路埋深所對(duì)應(yīng)的修正量或修正公式。建議相關(guān)單位在下一步修訂《規(guī)范》時(shí)深入研究，對(duì)上述修正參數(shù)進(jìn)行合理修改完善。

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(編輯:曹雪明)

Environmental Vibration Im pact Assessment Practice of Underground Lines in Beijing Urban Rail Transit

CAO Yujing
(China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081)

Underground lines occupy a considerable proportion of Beijing urban rail transit，and themain environmental impact of the underground lines isenvironmental vibration.Therefore，predicting the environmental vibration impact of the running trains is the key to underground line environmental impact assessment.According to the vibration prediction model of Beijing local environmental protection standard code for application technique ofmetro noise and vibration control(DB11/T 838—2011)，based on the simplification and hypothesis of engineering conditions and predicted points situation，this paper predicted the environmental vibration values of different predicted points，with the relative distance between 0 to 60m and the line depth between 10 to 20m as well as different types of building structures.This paper analyzed the situation of the predicted pointswhich exceed the standard by referencing the Standard of vibration in urban area environment(GB 10070—88).The result shows that the deeper the underground lines，the farther the underground lines to the predicted points，and the higher levels of building structures on which the predicted points locates，the lower the environmental vibration prediction values are.Therefore，the smaller environmental vibration influence of the structure suffers.The author suggests that the reasonable land use planning along the urban rail transit should be done and the appropriate vibration protection distance should be determined.When underground lines go through the central area，it is recommended that appropriate vibration isolationmeasures should be taken according to the influence range of environmental vibration.

urban rail transit;underground line;environmental impact assessment;environmental vibration;Beijing

U231

A

1672- 6073(2017)02- 0020- 06

10.3969/j.issn.1672 6073.2017.02.005

2016- 11 05

2017 01 11

曹宇靜，女，碩士，助理研究員，主要從事城市軌道交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)境噪聲、振動(dòng)研究工作，780954650@qq.com

環(huán)境保護(hù)部課題(環(huán)辦函〔2015〕329號(hào))