地铁振动与噪声对建筑物的影响及控制策略祝培生.doc
摘 要：近几年我国地铁建设发展迅速，但地铁运行引起的振动和噪声对周围建筑物的影响越来越引起人们的关注。本文在分析建筑物对地铁振动响应规律的基础上，通过对减振降噪技术的总结研究，并结合一个具体工程实例，为地铁振动与噪声控制提供一些可供参考的方法。
关键词：振动；噪声；减振垫
1.引言
地铁轨道交通以其大运量、安全、快捷、方便、舒适等成为理想的交通工具，在解决城市交通拥堵问题中起着特殊的作用。然而，随着城市地铁建设的大力发展，由地铁运行诱发的振动与噪声对周围环境的污染影响问题越来越突出。因此，对地铁振动与噪声控制的相关研究已刻不容缓。
本文结合临近建筑物对地铁振动的响应规律，从振源控制、振动传播途径控制、敏感建筑的减振隔振措施三个方面进行分析，并结合一个具体工程实例，提出相应的解决方案，为地铁振动与噪声的控制提供一些有益的借鉴。
2.地铁振动和噪声的特点及传播规律
根据物理学原理，地铁运行产生的振动属于机械振动，而噪声属于机械振动产生的机械波。具体说来，地铁列车运行时引起车辆对轨道产生冲击，传递到轨道结构，再通过隧道结构传递到周围土层，进而激发临近建筑物产生振动，这种振动可能诱发室内结构振动，产生噪声。根据地铁振动的产生、传播和作用特点，其对周围环境的影响可以分为三个阶段：（1）振动产生阶段，即列车车轮对轨道的冲击产生激励；（2）振动传播阶段，即振动通过轨道基础和衬砌结构向周围土介质和地面传播；（3）振动作用阶段，即振动作用在沿线建筑上，进而诱发建筑结构的振动和噪声。
影响地铁振动传播的因素很多，主要包括地铁列车质量和运行速度、轮轨类型、轨道状况、隧道结构、地层（岩石）条件、沿线建筑物类型和材料性能等。
振动频率及振幅是机械振动的主要属性，根据相关研究表明：
（1）高频振动随距离的增大而衰减很快，传播至建筑物内的振动主要以低频为主；垂直振动幅度显著高于水平振动，且衰减慢。
（2）距离地铁隧道大约70米的建筑物振动很小，轨道、隧道壁的振动响应随列车车速增大而增大，且车速变化对地面振动也有较显著的影响。隧道埋深越深，对建筑物的影响越小。
（3）当前地铁产生的振动噪声的频率范围一般在20～200Hz，峰值一般出现在20～80Hz。人们感觉到受干扰的振动级大约在72dB，低于62dB时，振动对人们的影响可忽略。
3.地铁振动的控制措施
地铁运行产生的振动主要是以机械波的形式通过隧道结构和周围地层传播。因此，根据上述建筑物对地铁振动的响应分析，针对地铁减振措施主要从三个方面出发：降低振源的激振强度、切断或削弱传播途径上的振动、对需要减振的建筑物结构布置进行调整。
3.1调整建筑物与地铁的距离
已有研究结果表明，调整建筑物与地铁线路的距离是解决振动影响的最有效手段之一，随着距离的增加，振动影响峰值下降非常明显。
3.2 振源的控制
针对振源的减振措施是最直接的方法，属于治本治源的措施。由于地铁列车的振源强度一般主要由列车、轨道以及两者之间的接触关系确定，因此在敏感建筑附近，轨道应采取高级及以上减振措施，如浮置板、碎石道床、减振垫等。
3.3 传播途径的控制
在建筑物基础与土层之间隔振，在土层传播途径中进行阻断，具体措施包括设置隔振沟、隔振墙、减振垫等。已有研究表明，隔振沟、隔振墙及减振垫等措施可以有效对振动的传播进行部分阻断，起到减小建筑振动响应的效果。
3.4 调整建筑物结构形式和结构布置
可以通过调整建筑物结构布置，来减小振动响应。因为振动与建筑楼板刚度和质量相关，可通过增大楼板厚度的方法来增大楼板的刚度和质量，在一定程度上减小楼板的振动响应，建筑基础也应采用加厚的厚板基础或者桩基础。
3.5 建筑装修类降噪措施
在房屋装修上采取措施，例如采用木质架空地板，采用隔音吊顶，墙面采用多层隔音材料等，可在一定程度上减小噪声影响。
4.减振降噪实例
北京市昌平区未来科技城区域某项目，规划中的地铁17号线从该项目地块中间以地下线的方式穿过，并在地块内设置地铁站，属于典型的地铁上盖项目。该项目含有住宅楼、办公楼、商业街等，其中，住宅楼属于对地铁振动与噪声敏感的建筑，且距离地铁轨道最近的住宅楼水平距离不足4米，因此必须采取有效的减振降噪措施。
在此项目中，工程技术小组通过反复论证研究及方案对比，最终确定如下减振降噪措施：
（1）从振源控制方面，在项目影响范围内，地铁17号线轨道采用碎石道床加橡胶减振墊的技术方案；
（2）从振动传播途径方面，建筑物基础下设置减振垫。因国产材料不达标，本项目选用了奥地利进口减振垫材料。
（3）从敏感建筑物自身方面，增加了各层楼板厚度及基础底板厚度，在一定程度上减小了建筑物的振动响应；在室内装修方面采用了隔音、吸音材料等，一定程度上降低了噪声影响。
通过以上多种措施并用，工程技术小组利用程序软件（美国ANSYS软件）建立模型进行振动及噪声仿真模拟预测，满足相关评价标准。
5.小结
虽然国内外专家学者在地铁振动和噪声控制领域已经做了大量的研究工作，也取得了许多显著的成果，但仍然存在不少需要解决的问题。例如，减振垫材料研究在国内仍然相对落后，国产减振垫无法满足使用要求，高性能的减振垫材料仍需从国外进口，大大增加了订货、加工及运输的工期，同时也大大增加了成本投入，因此应加大力度进行高科技含量材料的研发。期待通过不断努力，我国能有更好的减振降噪方法及满足工程各项要求的高科技材料。
注：本文写作过程中受到北京市建筑设计研究院有限公司总工程师陈彬磊老师的指导，在此表示诚挚的感谢。
参考文献：
[1]王可，樊鹏主编. 机械振动与噪声控制的理论、技术及方法[M]. 北京： 机械工业出版社， 2014.10.
[2]北京市地方标准《地铁噪声与振动控制规范》（DB11/T 838-2011）.
作者简介：
张航（2000年—），男，就读于北京市第三十五中学高中三年级1A班，具备较强的创新实践能力，痴迷于应用物理、建筑工程、材料科学、计算机仿真模拟等学科。
