城市軌道交通系統(tǒng)引起的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題
摘 要 城市軌道交通系統(tǒng)對(duì)環(huán)境及周邊建筑物的振動(dòng)影響正在引起人們的廣泛關(guān)注,本文對(duì)此問(wèn)題及國(guó)內(nèi)外研究狀況作了系統(tǒng)的綜述. 關(guān)鍵詞 軌道交通系統(tǒng) 環(huán)境 振動(dòng)影響分類(lèi)號(hào)1 國(guó)內(nèi)外研究工作概況
隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的日益擴(kuò)大,振動(dòng)對(duì)大都市生活環(huán)境和工作環(huán)境的影響引起了人們的普遍注意. 國(guó)際上已把振動(dòng)列為七大環(huán)境公害之一,并開(kāi)始著手研究振動(dòng)的污染規(guī)律、產(chǎn)生的原因、傳播途徑、控制方法以及對(duì)人體的危害等. 據(jù)有關(guān)國(guó)家統(tǒng)計(jì),除工廠、企業(yè)和建筑工程外,交通系統(tǒng)引起的環(huán)境振動(dòng)(主要是引起建筑物的振動(dòng)) 是公眾反映中最為強(qiáng)烈的[ 1 ]. 隨著城市的發(fā)展,在交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃中,對(duì)環(huán)境影響的考慮越來(lái)越多. 這主要因?yàn)檫^(guò)去城市建筑群相對(duì)稀疏,而現(xiàn)在,隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展, 多層高架道路、地下鐵道、輕軌交通正日益形成一個(gè)立體空間交通體系,從地下、地面和空中逐步深入到城市中密集的居民點(diǎn)、商業(yè)中心和工業(yè)區(qū). 如日本東京市內(nèi)的交通道路很多已達(dá)到5 ～7 層,離建筑物的最短距離小到只有幾米,加上交通密度的不斷增加,使得振動(dòng)的影響日益增大. 交通車(chē)輛引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)通過(guò)周?chē)貙酉蛲鈧鞑?進(jìn)一步誘發(fā)建筑物的二次振動(dòng),對(duì)建筑物特別是古舊建筑物的結(jié)構(gòu)安全以及其中居民的工作和日常生活產(chǎn)生了很大的影響. 例如在捷克,繁忙的公路和軌道交通線(xiàn)附近,一些磚石結(jié)構(gòu)的古建筑因車(chē)輛通過(guò)時(shí)引起的振動(dòng)而產(chǎn)生了裂縫,其中布拉格、哈斯特帕斯和霍索夫等地區(qū)發(fā)生了由于裂縫不斷擴(kuò)大導(dǎo)致古教堂倒塌的惡性事件. 在北京西直門(mén)附近,距鐵路線(xiàn)約150 m 處一座五層樓內(nèi)的居民反映,當(dāng)列車(chē)通過(guò)時(shí)可感到室內(nèi)有較強(qiáng)的振動(dòng),且受振動(dòng)影響一段時(shí)間后,室內(nèi)家具也發(fā)生了錯(cuò)位. 另外,由于人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高,對(duì)于同樣水平的振動(dòng),過(guò)去可能不被認(rèn)為是什么問(wèn)題,而現(xiàn)在卻越來(lái)越多地引起公眾的強(qiáng)烈反應(yīng). 這些都對(duì)交通系統(tǒng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)及其對(duì)周?chē)h(huán)境影響的研究提出了新的要求,也引起了各國(guó)研究人員的高度重視[ 2～21 ].
日本是振動(dòng)環(huán)境污染最為嚴(yán)重的國(guó)家之一,在其“公害對(duì)策基本法”中,明確振動(dòng)為七個(gè)典型公害之一的同時(shí),還規(guī)定了必須采取有效措施來(lái)限制振動(dòng). 在“ 限制振動(dòng)法”中,特別對(duì)交通振動(dòng)規(guī)定了措施要求,以保護(hù)生活環(huán)境和人民的健康. T. Fujikake 、青木一郎和K. Hayakawa 等[ 9 ,17 ,21 ] 分別就交通車(chē)輛引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)發(fā)生機(jī)理、振動(dòng)波在地下和地面的傳播規(guī)律及其對(duì)周?chē)用竦挠绊戇M(jìn)行了研究,提出了周?chē)h(huán)境振動(dòng)水平的預(yù)測(cè)方法.
面對(duì)公眾的強(qiáng)烈反映,英國(guó)鐵路管理局研究發(fā)展部技術(shù)中心對(duì)車(chē)輛引起的地面振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試,主要就行車(chē)速度、激振頻率和軌道參數(shù)的相關(guān)關(guān)系以及共振現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究. 瑞士聯(lián)邦鐵路和國(guó)際鐵路聯(lián)盟(U IC) 實(shí)驗(yàn)研究所(ORE) 共同執(zhí)行了一項(xiàng)計(jì)劃,以A. Zach 和G. Rutishauser 為首的研究小組研究了地鐵列車(chē)和隧道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率和加速度特征,從改善線(xiàn)路結(jié)構(gòu)的角度提出了降低地鐵列車(chē)振動(dòng)對(duì)附近地下及地面結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響的途徑. 美國(guó)G. P. Wilson 等針對(duì)鐵路車(chē)輛引起的噪聲和振動(dòng),提出了通過(guò)改善道床結(jié)構(gòu)形式(采用浮板式道床) 和改革車(chē)輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)造以減少輪軌接觸力的方法,降低地鐵車(chē)輛引起的噪聲和振動(dòng)的議.
交通車(chē)輛引起的結(jié)構(gòu)和地面振動(dòng)是城市交通規(guī)劃中的一個(gè)重要問(wèn)題,由其進(jìn)一步引發(fā)的周邊建筑物振動(dòng)以及相應(yīng)的振動(dòng)控制和減振措施,在規(guī)劃和設(shè)計(jì)的最初階段就應(yīng)加以考慮. 為此,德國(guó)的J . Melke 等提出了一種基于脈沖激勵(lì)和測(cè)試分析的診斷測(cè)試方法,來(lái)預(yù)測(cè)市區(qū)鐵路線(xiàn)附近建筑物地面振動(dòng)水平,并通過(guò)不同測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳遞函數(shù)分析研究了振動(dòng)波的傳播規(guī)律. F. E. Richart 和R. D. Woods 等則針對(duì)隔振溝和板樁墻等隔振措施進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.
此外,西班牙、捷克等國(guó)在這些方面也做了大量的測(cè)試、調(diào)查和研究工作,通過(guò)對(duì)幾種不同場(chǎng)地土的測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì),分析了列車(chē)引起的地面振動(dòng)波的傳播和衰減特性,并從降低行車(chē)速度、減輕荷載重量、提高路面平整度等方面提出了減少振害的措施.
在國(guó)內(nèi),雖然城市建設(shè)起步得較晚,但隨著現(xiàn)代化的進(jìn)程,交通系統(tǒng)大規(guī)模發(fā)展的趨勢(shì)是極為迅速的. 由于軌道交通系統(tǒng)具有運(yùn)量大、速度快、安全可靠、對(duì)環(huán)境污染小、不占用地面道路等優(yōu)點(diǎn),成為緩解城市交通擁擠和減少污染的一種有效手段. 目前,我國(guó)已經(jīng)擁有或正在建設(shè)地下鐵道的城市越來(lái)越多,不少城市還在籌建高架輕軌交通系統(tǒng). 近年來(lái)在城市交通系統(tǒng)建設(shè)中,對(duì)于振動(dòng)可能影響環(huán)境和周邊建筑物內(nèi)居民生活和工作的問(wèn)題也進(jìn)行了預(yù)測(cè),如擬議中的西直門(mén)至頤和園輕軌快速交通系統(tǒng)可能對(duì)附近的文化和科研機(jī)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)影響、地鐵南北中軸線(xiàn)可能對(duì)故宮等古建筑產(chǎn)生振動(dòng)影響、擬建的京滬高速鐵路滬寧段高速列車(chē)對(duì)蘇州虎丘塔可能產(chǎn)生振動(dòng)影響等. 為此,國(guó)內(nèi)不少單位已開(kāi)始結(jié)合北京、上海、沈陽(yáng)等一些大城市修建地鐵、輕軌交通系統(tǒng)時(shí)車(chē)輛引起的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行研究,發(fā)表了初步的研究成果[ 22～43 ].
2 振動(dòng)的產(chǎn)生、傳播規(guī)律及其對(duì)環(huán)境的影響
對(duì)我國(guó)幾個(gè)典型城市的調(diào)查結(jié)果表明,交通車(chē)輛引起的環(huán)境振動(dòng)水平較高. 根據(jù)鐵路部門(mén)的實(shí)測(cè),距線(xiàn)路中心線(xiàn)30 m 附近的振動(dòng)可達(dá)80 dB. 地鐵列車(chē)通過(guò)時(shí),在地面建筑物上引起振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間大約為10 s. 在一條線(xiàn)路上,高峰時(shí),兩個(gè)方向1 h 內(nèi)可通過(guò)30 對(duì)列車(chē)或更多, 振動(dòng)作用的持續(xù)時(shí)間可達(dá)到總工作時(shí)間的15 %～20 %. 最近在我國(guó)某城市地鐵車(chē)輛段附近進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,結(jié)果表明,當(dāng)?shù)罔F列車(chē)以15～20 km/ h 的速度通過(guò)時(shí),地鐵正上方居民住宅的振動(dòng)高達(dá)85 dB , 如果列車(chē)速度達(dá)到正常運(yùn)行的70 km/ h 時(shí),其振級(jí)可能還要大得多. 可見(jiàn)由列車(chē)運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)已不同程度地影響了居民的日常生活.
在軌道交通系統(tǒng)中,由運(yùn)行列車(chē)對(duì)軌道的沖擊作用產(chǎn)生振動(dòng),并通過(guò)結(jié)構(gòu)(隧道基礎(chǔ)和襯砌或橋梁的墩臺(tái)及其基礎(chǔ)) 傳遞到周?chē)牡貙?進(jìn)而通過(guò)土壤向四周傳播,誘發(fā)了附近地下結(jié)構(gòu)以及建筑物(包括其結(jié)構(gòu)和室內(nèi)家具) 的二次振動(dòng)和噪聲. 對(duì)于地下鐵道,其影響因素主要有列車(chē)速度、車(chē)輛重量、隧道基礎(chǔ)和襯砌結(jié)構(gòu)類(lèi)型、軌道類(lèi)型、是否采用了隔振措施等,此外列車(chē)與軌道的動(dòng)力相互作用也會(huì)加大振動(dòng)作用.
有調(diào)查表明,地鐵列車(chē)在隧道內(nèi)高速運(yùn)行時(shí),距軌道水平距離1. 5 m 處,振級(jí)平均值為81 dB ;24 m 處,振級(jí)平均值為71. 6 dB. 這說(shuō)明隨著距軌道水平距離的增加,振級(jí)將不斷衰減. 此外,地鐵振動(dòng)影響的范圍在很大程度上還取決于列車(chē)通過(guò)的速度及隧道的埋深. 速度越高,振動(dòng)干擾越強(qiáng),影響范圍越大(列車(chē)速度每提高一倍,隧道和地面的振動(dòng)增加4～6 dB) ;埋深越大,影響范圍越小. 文獻(xiàn)[25 ] 采用計(jì)算機(jī)模擬的方法得到地鐵列車(chē)引起的地面振動(dòng)隨距離的分布:在距隧道中心線(xiàn)40 m 左右的地面為加速度的局部放大區(qū);對(duì)于1～3 Hz 的低頻振動(dòng)加速度,盡管幅值大小不同,都在0 、36 、60 m 附近出現(xiàn)了放大區(qū);對(duì)于5～6 Hz 的中頻加速度,只有0 m 和30 m 二個(gè)放大區(qū),距離再大時(shí)就迅速衰減;對(duì)> 8 Hz 的高頻加速度則隨距離的增加而逐漸衰減. 北京曾就地鐵列車(chē)對(duì)環(huán)境的振動(dòng)影響進(jìn)行過(guò)實(shí)測(cè),得到了與上述分布規(guī)律相同的結(jié)果.
對(duì)于高架輕軌系統(tǒng),其影響因素主要有列車(chē)速度、車(chē)輛重量、橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型和基礎(chǔ)類(lèi)型、橋梁跨度、剛度、撓度等,列車(chē)與橋梁的動(dòng)力相互作用也會(huì)加大振動(dòng)作用. 目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)建成的高架輕軌系統(tǒng),無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試. 但文獻(xiàn)[22 ,23 ] 通過(guò)力學(xué)計(jì)算、文獻(xiàn)[29 ] 通過(guò)對(duì)鐵路高架橋和路基線(xiàn)路的實(shí)測(cè)分析,求得高架輕軌系統(tǒng)在列車(chē)運(yùn)行時(shí)所引起的周?chē)貙拥恼駝?dòng)特性,得出了以下結(jié)論:
(1) 輕軌列車(chē)振動(dòng)所引起的地面振動(dòng),在某一距離范圍內(nèi),隨距線(xiàn)路距離的增加而衰減,在達(dá)一定距離后會(huì)出現(xiàn)反彈增大(約在40～60 m 間),但總趨勢(shì)是隨距離的增大而逐漸衰減.
(2) 輕軌系統(tǒng)橋梁的基礎(chǔ)類(lèi)型對(duì)地面振動(dòng)的影響非常大. 采用樁基時(shí),地面振動(dòng)的位移、速度、加速度值均比采用平基時(shí)的小許多,且樁基時(shí),地面振動(dòng)隨距線(xiàn)路距離的增加而衰減的速度也較平基時(shí)大. 甚至由于采用了不同的橋梁基礎(chǔ),沿線(xiàn)建筑不同樓層的振動(dòng)響應(yīng)也有所不同. 采用淺平基礎(chǔ)時(shí),上面樓層的響應(yīng)比下面樓層的強(qiáng)烈,采用樁基時(shí)各樓層的差別就小得多. (3) 高架橋線(xiàn)路與路基線(xiàn)路相比,環(huán)境振動(dòng)將大幅度降低. 距線(xiàn)路中心線(xiàn)30 m 處的振動(dòng)強(qiáng)度可降低5～10 dB.
(4) 高架輕軌的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意避免車(chē)橋產(chǎn)生共振,以減小對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響.
列車(chē)運(yùn)行對(duì)大地產(chǎn)生的振動(dòng)主要以三種波的形式傳播,即橫波、縱波和表面波. 日本Erichi Taniguehi 等的研究表明:位于地下2 m 深處振動(dòng)加速度值為地表的20 %～50 % ;4 m 深處為10 %～30 %. 可見(jiàn)在車(chē)輛運(yùn)行產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)中,表面波占主要地位.
由于能量的擴(kuò)散和土壤對(duì)振動(dòng)能量的吸收,振動(dòng)波在傳播過(guò)程中將有所衰減. 不同類(lèi)型的振源,不同的振動(dòng)方向,不同的傳播方向以及不同的土介質(zhì),對(duì)振動(dòng)的衰減也是有區(qū)別的.
據(jù)文獻(xiàn)[ 2 ,29 ,30 ,34 ] 的實(shí)測(cè)結(jié)果知,振動(dòng)強(qiáng)度的分布具有以下特點(diǎn):從振源的頻率分布上看,以人體反應(yīng)比較敏感的低頻為主,其中50～60 Hz 的振動(dòng)強(qiáng)度較大;從列車(chē)速度的影響上看,隨行車(chē)速度的提高,振動(dòng)有增大的趨勢(shì);就地面振動(dòng)隨距離的衰減而言,距軌道中心線(xiàn)越近,同一列車(chē)引起的地面振動(dòng)就越大,反之則越小. 很多文獻(xiàn)認(rèn)為列車(chē)運(yùn)行所產(chǎn)生的地面振動(dòng)隨距線(xiàn)路距離增加而有較大的衰減是一般規(guī)律,見(jiàn)圖1 (a) . 但是也有文獻(xiàn)得出了不同的結(jié)果: 文獻(xiàn)[38 ] 和[ 42 ] 曾分別在橋梁(京沈線(xiàn)灤河橋,跨度32 m 上承式鋼板梁橋,橋墩高8～10 m , 車(chē)速50～80 km/ h) 和線(xiàn)路附近(京廣線(xiàn),車(chē)速25～110 km/ h) 測(cè)試了列車(chē)通過(guò)時(shí)地面振動(dòng)加速度隨距離的變化規(guī)律,結(jié)果分別見(jiàn)圖1(b) 和(c) . 圖1 中G 為振級(jí);ε為各測(cè)點(diǎn)加速度與路基處加速度的比值. 可以發(fā)現(xiàn)地面振動(dòng)分別在距橋墩60 m 左右處和距線(xiàn)路40 m 左右處出現(xiàn)了加速度反彈增大的現(xiàn)象. 這一測(cè)試結(jié)果是與理論計(jì)算的結(jié)果相吻合的[43 ]. (a) 位置分布(b) 橋梁附近(c) 線(xiàn)路附近
圖1 實(shí)測(cè)地面振動(dòng)加速度隨距離的分布
隨列車(chē)速度的提高,附近建筑物內(nèi)的振動(dòng)有增大的趨勢(shì)(尤其是樓房) [ 41 ,43 ]. 而由列車(chē)引起的沿線(xiàn)地面建筑物振動(dòng),其振級(jí)的大小與建筑物的結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)類(lèi)型以及距地鐵的距離有密切的聯(lián)系. 對(duì)于基礎(chǔ)良好、質(zhì)量較大的高層鋼筋混凝土建筑,由于其固有頻率低,不易被激起較大的振動(dòng),因而其振級(jí)較之自土壤傳來(lái)的振級(jí)可衰減10～20 dB. 在距地鐵隧道水平距離32 m 處,高層建筑地下室內(nèi)實(shí)測(cè)振級(jí)不大于60 dB ,1 層以上則測(cè)不出地鐵行駛時(shí)引起的振級(jí);基礎(chǔ)一般的磚混結(jié)構(gòu)住宅樓可衰減5～10 dB ; 而基礎(chǔ)較差的建筑,如輕質(zhì)結(jié)構(gòu)或淺基礎(chǔ)建筑,則衰減量很小,其振級(jí)與土壤振級(jí)接近,甚至還會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)振動(dòng)大于室外地面振動(dòng)的情況.
3 減振隔振控制措施
如前所述,城市軌道交通系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)可以通過(guò)結(jié)構(gòu)和周?chē)貙觽鞑サ秸駝?dòng)影響到的區(qū)域或個(gè)人. 為降低振動(dòng)或控制振動(dòng)的不利影響,可從降低振源的激振強(qiáng)度、切斷振動(dòng)的傳播 途徑或在傳播途徑上削弱振動(dòng)、合理規(guī)劃設(shè)計(jì)使建筑物避開(kāi)振動(dòng)影響區(qū)等幾個(gè)方面著手. 根據(jù)有關(guān)資料,減少振源振動(dòng)可采取以下幾種措施[ 13 , 34 ]:
(1) 采用60 kg/m 以上的重軌,并應(yīng)盡量采用無(wú)縫線(xiàn)路. 重軌具有壽命長(zhǎng),穩(wěn)定性能和抗振性能良好的特點(diǎn),無(wú)縫線(xiàn)路則可消除車(chē)輪對(duì)軌道接頭的撞擊.
(2) 減輕車(chē)輛的簧下質(zhì)量,避免車(chē)輛與軌道產(chǎn)生共振,這樣可降低振動(dòng)強(qiáng)度10～15 dB.
(3) 對(duì)于地鐵而言,適當(dāng)增加埋深,使振動(dòng)振幅隨距離(深度) 增加而加大衰減;采用較重的隧道結(jié)構(gòu)也可降低振動(dòng)幅度.
(4) 對(duì)于在地面上運(yùn)行的輕軌系統(tǒng),應(yīng)首先考慮采用高架橋梁. 與普通路基相比較,高架系統(tǒng)不但產(chǎn)生的振動(dòng)要小,而且占地面積也小,特別適合市區(qū).
(5) 高架輕軌系統(tǒng)的橋梁應(yīng)優(yōu)先采用混凝土梁以及整體性好、振動(dòng)較小的結(jié)構(gòu)形式;合理設(shè)計(jì)跨度和自振特性,以避免高速運(yùn)行的列車(chē)與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振. 另外,墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ),可獲得較淺平基礎(chǔ)好的減振效果.
(6) 采用合適的道床和軌道結(jié)構(gòu)型式,增加軌道的彈性. 瑞士聯(lián)邦鐵路和比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)等都在研究新型的彈性軌枕和復(fù)合軌枕以減小動(dòng)力沖擊力,并將有效地降低車(chē)輛、軌道和附近環(huán)境的振動(dòng).
對(duì)地鐵而言,為減少維修工作量,一般都采用整體道床,其中包套式短枕整體道床、塑料短枕整體道床、浮置板式整體道床等幾種道床型式都可起到減振作用. 對(duì)高架輕軌而言,道床結(jié)構(gòu)形式主要有兩種:一是有碴式道床結(jié)構(gòu)型式,二是無(wú)碴道床結(jié)構(gòu)型式. 從國(guó)外情況看,美國(guó)、加拿大多采用無(wú)碴式整體道床,德國(guó)、新加坡多采用有碴道床,香港地鐵高架部分均采用無(wú)碴道床,日本輕軌采用有碴道床和混凝土板式道床.
從減振效果來(lái)說(shuō)碎石道床優(yōu)于整體道床,但碎石道床具有穩(wěn)定性較差、養(yǎng)護(hù)工作量大、自重較大、軌道建筑高度較大且道床易污染等缺點(diǎn),所以宜采用整體道床,其彈性不足的問(wèn)題可以利用減振效果好的彈性扣件或其它減振措施彌補(bǔ). 整體道床包括無(wú)枕式整體道床,短枕式整體道床,長(zhǎng)枕式整體道床和縱向浮置板式整體道床. 其中縱向浮置板式整體道床減振效果顯著,尤其是低頻域減振效果更好. 無(wú)論是有碴道床還是整體道床,都可在道碴或凝土板下面設(shè)置橡膠減振墊,減振效果可達(dá)10～15 dB[ 2 ,4 ,14 ,34 ] . 采用適當(dāng)?shù)膹椥钥奂?可以增加整體道床的彈性. 例如,在北京地鐵使用的D TI 型和D TV 型扣件中,D TV 型扣件經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)比D TI 型扣件可減少振動(dòng)5～8 dB.
彈性墊層是增加扣件彈性的重要組成部分. 要改善整體道床的缺點(diǎn),可采用高彈性墊層, 以提供軌道所需用的彈性,緩沖列車(chē)的動(dòng)力作用. 北京地鐵一二期工程采用軌下10 mm 橡膠墊板、鐵墊板下一層塑料墊板作為彈性墊層,但發(fā)現(xiàn)彈性不足. 北京新建的地鐵和上海地鐵采用軌下一層、鐵墊板下兩層圓柱型橡膠墊板,均能滿(mǎn)足一般地段需要. 需要指出的是,道床型式、扣件型式及彈性墊層之間都要有合理的匹配關(guān)系. 為阻止表面波的傳播,可采取切斷振動(dòng)傳播途徑或在傳播途徑上削弱振動(dòng)的措施. 在地表層采取挖溝、筑墻等措施有一定效果. 有三種隔離模式:彈性基礎(chǔ)、明溝和充填式溝渠. 彈性基礎(chǔ)對(duì)較高頻率的隔振效果較好,但由于彈性基礎(chǔ)的存在,軌道上的最大低頻加速度會(huì)被放大, 所以無(wú)論是對(duì)運(yùn)行列車(chē)的平穩(wěn)性還是對(duì)于周?chē)h(huán)境的隔振來(lái)說(shuō),彈性基礎(chǔ)并不是很理想的方法;對(duì)于明溝和充填式溝渠,一般來(lái)說(shuō),減振溝越深,其有效隔振頻率的下限就越低,減振效果越好,它們可以完全切斷振動(dòng)波的傳播,只要溝的深度足夠,就可以獲得理想的隔振效果.
減振墻也常用來(lái)作隔振使用,其效能與減振溝類(lèi)似. 有試驗(yàn)表明,減振墻的板質(zhì)、厚度和深度對(duì)減振效果均有影響. 向地層下打入柱樁,形成柱列或柱陣可以獲得顯著的減振效果,國(guó)外已成功地采用這種措施防止地鐵和其它振動(dòng)對(duì)建筑物的干擾. 對(duì)于點(diǎn)振源,在其周?chē)O(shè)置由具有一定質(zhì)量的隔振材料形成的阻波區(qū)( Wave Impeding Block) ,可以很好地隔絕振動(dòng)波的擴(kuò)散. 阻波區(qū)隔振的基本原理是利用隔振材料的振動(dòng)來(lái)吸收振源傳出的振動(dòng)能量,其減振效果與隔振材料的質(zhì)量和埋置深度、阻波區(qū)的寬度有關(guān). 臺(tái)灣某高架橋系統(tǒng),在橋墩的周?chē)O(shè)置環(huán)狀的阻波區(qū)后,環(huán)外地層的振動(dòng)強(qiáng)度下降了5～15 dB[ 45 ].
4 減輕軌道交通系統(tǒng)對(duì)周邊建筑物振動(dòng)影響的規(guī)劃設(shè)計(jì)原則
根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究成果,為減輕軌道交通系統(tǒng)對(duì)周邊建筑物的振動(dòng)影響,規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則:
(1) 規(guī)定地面建筑物到地鐵隧道或高架輕軌線(xiàn)路的水平距離,必須在古建筑附近修建地鐵時(shí),還應(yīng)規(guī)定地鐵隧道的埋深,以利用振動(dòng)能量的傳播衰減來(lái)降低振動(dòng)水平.
(2) 對(duì)新規(guī)劃的建筑物,應(yīng)使其位置避開(kāi)振動(dòng)波傳播的放大區(qū);對(duì)既有的古舊建筑物或其它對(duì)振動(dòng)敏感的建筑物,在規(guī)劃軌道交通線(xiàn)時(shí),應(yīng)使振動(dòng)放大區(qū)離開(kāi)它們的位置.
(3) 在地鐵及高架輕軌沿線(xiàn)的建筑物應(yīng)以基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)牢固的樓房為主,避免建造輕質(zhì)結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)較淺的房屋. 建筑物的振動(dòng)特性應(yīng)合理設(shè)計(jì),以防止其振動(dòng)頻率與列車(chē)產(chǎn)生的振動(dòng)一致而形成共振.
(4) 在軌道交通規(guī)劃布局中,應(yīng)充分老慮利用振動(dòng)波的天然屏障,如河流、高大建筑物等, 來(lái)隔絕振動(dòng)的影響.
參考文獻(xiàn)
1 守田榮. 振動(dòng)篇— 公害防止管理者國(guó)家實(shí)驗(yàn)講座. 東京:日本工業(yè)新聞出版社,1981
2 Volberg G. Propagation of Ground Vibrations near Railway Tracks. J . of Sound and Vibration , 1983 , 87(2) :371～376
3 ORE. Question D151. Vibrations Transmitted Through the Ground : [ Technical Report ] .Office for REIUR , NL , 1989.
4 ORE. Question DT217. Measures Against Structure Borne Noise & Vibrations : [ Technical Report ] . Office for REIUR , NL , 1991
5 Dawn T M. Ground Vibration from Passing Trains. J . of Sound and Vibration , 1979 , 66(3) : 355～362
6 Dinning M G. Ground Vibration from Railway Operations : [ Rapporteur′s Report ] . J . of Sound and Vibration , 1983 , 87 (2) : 387～389
7 Dawn T M. Ground Vibration from Heavy Freight Trains. J . of Sound and Vibration , 1983 , 87(2) : 351～356
8 Verhas H P. Prediction of the Propagation of Train2Induced Ground Vibration. J . of Sound and Vibration , 1979 , 66(3) : 371 ～376
9 Fujikake T. A Prediction Method for the Propagation of Ground Vibration from Railway Trains1 J . of Sound and Vibration , 1986 , 111(2) : 289～297
10 Bata M. Effects on Buildings of Vibrations Caused by Traffic.Building Science , 1985 , 99(1):1～12
11 Rucker W. Dynamic Behavior of Rigid Foundations of Arbitrary Shape on a Half2Space. Earthquake Engineering and Struc2 tural Dynamics , 1982 , 66(5): 674～690
12 Tassily E. Interaction Dynamique Voie/ Rouie : Modeles Existants et Perspectives de Recherche. Revue Generale des Chemine de Fer , 1988 , (107): 23～30
13 Watts G R. Case Studies of the Effects of Traffic Induced Vibrations on Heritage Buildings : [ Technical Report ] . Berkshire : Transport and road research laboratory , 19871
14 Wilson G P. Control of Ground2Borne Noise and Vibration. J . of Sound and Vibration , 1983 , 87(2) : 339～350
15 Kurzweil L G. Ground2Borne Noise and Vibration from Underground Rail Systems. J . of Sound and Vibration , 1979 , 66 (3) : 363～370
16 Bata Miloslav. Effects on Buildings of Vibrations Caused by Traffic. J . of Buildings and Science , 1977 , (6) :221～246
17 Hayakawa K. Reduction Effects of Ballast Mats and EPS Blocks on Ground Vibration Caused by Train and its Evaluation. Proc. Inter2Noise′92 , 1992. 233～240
18 Kurzweil L . Ground2Borne Noise and Vibration from Underground System. J . of Sound and Vibration , 1979 , 66(3) :363～ 370
19 Degrande G. A Special and Finite Element Method for Wave Propagation in Dry and Saturated Poroelastic Media : [ Ph. D the2 sis] . Belgium : K. U. Leuven , 1992.
20 Richart F E , Woods R D. Vibration of Soils and foundations. New Jersey : Prentice2Hall , INC , Englewood Cliffs , 19871
21 青木一郎. 鐵道交通による振動(dòng)とその周邊居民に對(duì)する影響1 東京:東京都環(huán)境科學(xué)研究所年報(bào),1994 ,(18) :24～30
22 夏禾,馮愛(ài)軍,張彌. 高架輕軌系統(tǒng)列車(chē)振動(dòng)效應(yīng)研究. 地鐵與輕軌,1992 ,(2) :27～33
23 夏禾,馮愛(ài)軍,張彌. 輕軌列車(chē)和高架橋梁系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)分析. 北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),1994 ,18(1) :1～8
24 夏禾,陳英俊. 車(chē)—橋—墩體系動(dòng)力相互作用分析. 土木工程學(xué)報(bào),1992 ,25(2) :1～10
25 Xia He. A Study of Vibration Effects of Underground Trains Upon Surrounding Environments. Advances in Structural Engi2 neering. Beijing : Railway Publishing House , 19951116～122
26 王毅. 淺淡地鐵振動(dòng)與噪聲. 地鐵與輕軌,1993 ,(2) :19～20
27 王毅. 北京地下鐵道振動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的調(diào)查與研究. 地鐵與輕軌,1993 ,(2) :21～25
28 潘昌實(shí),謝正光. 地鐵區(qū)間隧道列車(chē)振動(dòng)測(cè)試與分析. 土木工程學(xué)報(bào),1990 ,23(2) :21～28
29 潘昌實(shí),劉維寧. 隧道列車(chē)振動(dòng)試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)分析. 蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),1985 ,4(2) :1～21
30 孫家麒. 振動(dòng)公害淺談. 環(huán)境保護(hù),1979 ,(5) :25～27
31 孫家麒. 振動(dòng)公害的治理. 環(huán)境保護(hù),1979 ,(6) :34～37
32 盛碧華1 城市軌道交通高架橋上道床結(jié)構(gòu)型式探討. 地鐵與輕軌,1993 ,(2) :26～31
33 傅光新編譯. 地鐵軌道基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)隧道襯砌振動(dòng)的影響. 地鐵與輕軌,1993 ,(2) :40～43
34 周才寶. 地下鐵道整體軌下基礎(chǔ). 地鐵與輕軌,1994 ,(2) :29～31
35 鐵道部科學(xué)研究院鐵道建筑研究所1 廣深線(xiàn)準(zhǔn)高速鐵路行車(chē)噪聲、振動(dòng)環(huán)境影響和治理措施的研究與試驗(yàn): [ 研究報(bào)告] . 北京:鐵道部科學(xué)研究院,1995.
36 鐵道部科學(xué)研究院環(huán)境評(píng)價(jià)與工程中心. 北京西至黃村聯(lián)絡(luò)線(xiàn)環(huán)境影響報(bào)告書(shū):[ 研究報(bào)告] . 北京:鐵道部科學(xué)研究院, 1995.
37 茅玉泉. 交通運(yùn)輸車(chē)輛引起的地面振動(dòng)特性和衰減. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),1987 ,(1) :12～19
38 楊光輝. 列車(chē)運(yùn)行引起的地面振動(dòng)衰減規(guī)律研究: [ 學(xué)位論文]1 北京:北方交通大學(xué),1998.
39 潘昌實(shí),謝正光. 北京地鐵列車(chē)振動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的探討. 隧道及地下工程學(xué)會(huì)第七屆年會(huì)論文集,北京:1992. 424～431
40 姚正倫. 重慶地下輕軌列車(chē)運(yùn)行地面振動(dòng)效應(yīng)的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià). 隧道及地下工程學(xué)會(huì)第七屆年會(huì)論文集,北京:1992. 372 ～379
41 馬筠. 我國(guó)鐵路環(huán)境振動(dòng)現(xiàn)狀及傳播規(guī)律. 中國(guó)環(huán)境科學(xué),1987 ,7(5) :4～7
42 陳實(shí). 高速鐵路列車(chē)對(duì)周?chē)h(huán)境的振動(dòng)影響研究: [ 學(xué)位論文] . 北京:北方交通大學(xué),1997.
43 于大明. 輕軌列車(chē)作用下高架橋梁系統(tǒng)振動(dòng)及其對(duì)周邊環(huán)境的影響. 橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)第12 屆年會(huì)論文集,北京: 1996. 632～640
44 楊永斌. 高速列車(chē)所引致之土壤振動(dòng)分析:[ 研究報(bào)告]1 臺(tái)灣:臺(tái)灣大學(xué),1995.
45 Jiangun J . Study on Dynamic Soil2StructureInteraction of Extended High Pier Bridges : [ Ph. D thesis ] . Okayama Japan : Okayama Univ. , 1993.
