地铁停车场上盖振动及二次结构噪声影响研究

张宇明，杜麒麟，尹镪，徐志胜

（中铁二院工程集团有限责任公司生态环境设计研究院，成都 610031）

1 前言

近年来，随着我国城市化进程的加快，城市土地资源日益紧张，建设资源节约型、环境友好型社会逐渐成为发展的主题，做好土地资源的合理利用逐渐成为当前城市发展的重要工作内容[1～3]。

地铁停车场是城市轨道交通领域里一项占地面积大、工艺要求严谨而又功能单一的市政设施。据国际相关经验证明，对其上盖进行控制性的物业开发不但可以为城市发展节约土地资源，改善用地景观，而且通过对上盖物业使用权的打包或者分拆出售，可为地铁建设提供可观的资金来源，减轻政府负担。我国越来越多的城市在轨道交通建设过程中开展物业开发的研究，以求充分利用土地的经济潜力。

目前，我国地铁上盖物业已在北京、深圳等城市取得了较好的发展。通过对北京、深圳等地的调研，地铁停车场振动及二次结构噪声对上盖建筑的影响是地铁上盖开发的主要制约因素之一。

本文以某营运中的双层地铁停车场为研究对象，通过实测的方法获得道床、地下层及地面层的振动数据。

2 停车场概况

2.1 平面布置

该地下双层地铁停车场的具体平面布置图见图1。从平面图上看，停车场主要分为3个区域：B区咽喉区、C区停车库、D区停车库。

图1 停车库分区图

2.2 竖向布置

该地铁停车场的结构剖面图见图2。在竖向上分为地下与地上两部分。其中，地下为2层地下停车场，地上为7～9层住宅。地上部分与地下部分共用结构支撑柱。

图2 地铁停车场结构剖面图

3 停车场振动测试

3.1 测点布置

在该地下双层地铁停车场车辆运行的情况下进行了振动实测工作，分别在负一层车辆单独运行行车、负二层车辆单独运行行车、负一层负二层车辆同时运行，三种工况下进行测试，测试期间列车开行平均速度约为5km/h。

根据建筑物分布情况，对应B、C、D三个区域具有代表性的位置进行布点。本次测试共分6个断面，1号断面位于B区咽喉段，往后依次为2号、3号、4号、5号断面，断面6位于D区入库段端头处。对每个断面分别在负二层、负一层、地面层进行布点。其中地下层布点位于桩基处和道床外，地面层布点位于桩基处和两个桩基之间的结构薄弱处。具体断面布置见图3，具体测点位置见表1。

图3 监测断面布点示意图

3.2 测试结果

按照《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》（JGJ/T 170—2009）[4]的加速度振级公式，将测试得到的加速度转换为Z计权振动加速度级。

表1 停车场顶层（上盖物业地面层）振动测试结果表

据表1数据可知，1）从竖向上看：在三种工况下的测试中，负一层单独跑车与地下两层同时跑车的情况下，振动测试结果基本相当，因此在地铁停车场运行中，负一楼的地铁出入引起的振动在整个过程中为主导因素；垂直方向上，振级随结构从负一层至地面层有所衰减。2）从平面上看，在B区咽喉区测点的振动测试值大于库区（C区和D区），这是由于咽喉区设有道岔，停车场咽喉道岔区振动是上盖部分的主要振源。

4号断面库顶振动原始波形见图4。

图4 4号断面库顶振动原始波形图

4 模型预测及分析

4.1 模型建立及预测思路

4.1.1 模型建立

采用ANSYS软件建立有限元模型，模型按照图纸建立了详细的停车场地下及上盖建筑物有限元模型，并按照实际截面对钢轨进行建模。模型按照地勘报告建立了分层土体，土体总厚度30m，边界范围为建筑最外边线向外延伸30m以上。土体最外侧为半无限粘弹性边界单元。研究振动分析的有限元仿真模型见图5、图6。

图5 上下部整体模型示意图

图6 住宅楼局部模型示意图

4.1.2 预测思路

（1）计算下部结构振动响应，与现场实测结果进行对比。建立车辆—轨道系统模型并进行动力相互作用计算，得到下部结构的振动响应。将计算结果与测试结果进行对比（见表2），可看出各个测点的预测结果与实测结果相近，表明所建立的预测模型准确可靠。

（2）分析上部结构振动响应，预测振级。在整体计算模型中，通过轮轨激励进行结构的动力时程计算，得到住宅建筑结构各部分的动力响应。

停车场地下部分Z振级计算结果对比见表2。

表2 停车场地下部分Z振级计算结果对比 单位：dB

4.2 模型预测结果分析

计算得到上盖建筑结构的最大竖向 Z 振级统计见表3。根据测试结果及预测结果，B1（负一层）行车是建筑振动的最主要因素，故本文仅给出 B1 层（负一层）行车时的预测结果。住宅的振动均超过了《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》（JGJ/T 170—2009）[4]相应标准的限值。

在模型预测振动数据的基础上参照下式[5]计算住宅层室内二次结构噪声。

式中：

Lp（房间）— 建筑物内中部声压级，dB；

表3 地铁上盖各栋住宅竖向振级计算结果

La（房间）— 建筑物内地板中部振动加速度级，dB；

f— 倍频程中心频率，Hz。

经过计算，在未采取相关措施情况下，各栋住宅的二次噪声均超过了《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》（JGJ/T 170—2009）[4]相关标准限值。计算得到上盖建筑结构的二次噪声结果统计见表4。

表4 地铁上盖各栋住宅二次结构噪声计算结果

5 结论与建议

通过对地下双层地铁停车场的振动实测和模型预测，得出以下结论：

（1）对该地铁停车场水平和竖直方向监测布点的实测结果，得出各层振动数据，监测结果表明：1）负一层单独跑车与地下两层同时跑车的情况下，振动测试结果基本相当，因此在地铁停车场运行中，负一楼的地铁出入引起的振动在整个过程中为主导因素；2）从平面上看，在B区咽喉区测点的振动测试值大于库区（C区和D区），这是由于咽喉区设有道岔，停车场咽喉道岔区振动是上盖部分的主要振源。

（2）在实测基础上，依据设计文件建立了数值模型，对住宅层振动及二次结构噪声进行预测，预测结果表明住宅各层均受地铁停车场振动影响，在无相关措施情况下，临近咽喉区的建筑振动及二次结构噪声最大值已高于标准限值。

（3）实测及预测结果表明，上盖建筑在地铁停车场不同区域受到的振动影响情况有一定差异，在咽喉区上方建筑受到的振动影响明显大于车库区上方建筑。

因此，建议在规划设计阶段，优化建筑布局，尽量避开咽喉区域，同时建议在地铁停车场设计阶段预留足够的减振措施。