某国际旅游度假区周边开发受轨道交通振动影响的方案优化

马骏

（上海国际旅游度假区置业有限公司，上海 201319）

0 引言

随着我国工业化高速发展，城市规模逐渐扩大，地铁在城市内部中、长距离的交通运输中具有不可或缺的地位和作用。与此同时，随着区域经济一体化进程的推进，城市之间的城际铁路以及城市内部机场、高铁等交通促使外场站之间的市域快线等轨道交通系统的建设也迅速发展起来。另外，在城市发展的同时，土地资源紧缺的现实日渐凸显，轨道交通站点、区间穿越或靠近人们居住生活环境已经成为常态，甚至建设以城市轨道交通为导向的发展区（TOD）也成为了各大城市轨道交通建设的主导方向。基于此，城市对交通运输需求与沿线人们生活、生产对环境需求之间的矛盾也日渐突出，进一步推动了轨道交通引发的环境振动预测评估研究的发展，并逐渐成为一门新兴学科[1-3]。

轨道交通引起的环境振动预测是复杂的，存在许多未知和不确定因素。另外，在不同的设计阶段，对于不同的评估对象环境振动的预测精确性和要求也往往不同，预测方法也有所差异。传统的经验公式法计算快捷、预测成本低，适用于初步评估，可对影响范围进行初步界定和分析。数值模拟分析和测试等方法预测精度好，但工作量大、预测成本高，更适用于详细设计阶段。本文以某国际旅游度假区周边开发项目为例，分析预测了其地下穿行的轨道交通机场联络线对运营环境的振动影响，并对后续园区周边开发方案提出相应的减振策略。

1 项目概况

1.1 园区开发概况

项目开发区域位于某国际旅游度假核心区北侧（以下简称度假区北片区），当前阶段现场清理工作已完成。根据规划，度假区北片区开发定位为城市自然生态绿地，同时结合自身发展需求及其与旅游度假核心区功能的配套与互补情况，计划开发以主题酒店、精品酒店和精品花园等为主要功能的业态。该项目目前处于概念设计阶段，主要由滨水景观带、生态防护区以及沿滨水景观带呈东西向布局的3 处建设地块组成，其中建设地块包括西侧1～2 层的精品酒店、中部2～4 层的度假酒店以及东侧1～2 层的商业建筑等，总平面布置示意图见图1。

图1 项目开发建设总平面布置示意图（Fig.1 General layout diagram of project development and construction）

1.2 轨道交通线路概况

拟建轨道交通当前阶段已完成初步设计，并开工建设。该线路为连接本市东、西两大机场的联络线，全长约68 km，设9 座车站，包含3 个地面站和6 个地下站。主要技术参数如下：

（1） 车速：160 km/h。

（2） 车辆：CRH6F 市域动车组，轴重17 t。

（3） 轮轨及线路：采用双块式无砟轨道，定长为25 m、线密度为60 kg/m，轨道为材质U75V 的无螺栓孔钢轨；采用无缝线路和WJ-8B 扣件；平面最小曲线半径对应的一般地段长为1 500 m，困难地段长为1 300 m；纵断面最大坡度为2%，困难情况占3%。

（4） 园区区段内隧道：通过度假区北片区区段为地下段，隧道断面为圆形，单洞双线，设置中隔墙；隧道管片外径为13.6 m；道床采用C40 混凝土现浇结构；轨顶埋置深度约为24.3～26.9 m。

（5） 土体：软弱土。

1.3 园区与拟建轨道交通的关系

根据当前规划方案，北片区建设用地位于拟建机场联络线两个站点区间，均为地下线区段，主要包括3个地块，轨道交通线路与各地块的平面相对位置见图1及表1。

2 振动评价标准

现阶段，我国环境振动的评估主要采用国家标准GB 10070—1988《城市区域环境振动标准》，其中城市各类区域的铅垂向 振级标准值限值见表2[4]。

表2 城市各类区域铅垂向 振级标准值限值（Tab.2 Standard value limit of vertical -vibration level of lead in various urban areas）

另外，与噪声影响不同，调查研究表明若外界引发的住宅振动略超出人体舒适度（感知水平），居住者会不适和不满，因此制定振动限值标准非常重要。我国的振动限值标准依据可接受烦恼度制定，通过各类区域暴露-反应关系的现场调研结果确定。此外，其他较多国家均依据感知阈值制定建筑物室内和周边环境振动限值标准。以英国标准BS 5228—2《建筑工地和露天场地的噪声和振动控制》（Noise and vibration control on construction and open sites）为例，振动感知阈值的速度峰值的典型范围是0.14～0.30 mm/s，振动速度与感知对比情况如表3 所示[5]。

表3 振动速度与人体感知对比[5]（Tab.3 Comparison between vibration rate and human perception）

综合考虑本项目开发园区业态特点，环境振动评估限值取值标准如下：

（1） 对度假酒店，取夜间限值67 dB 进行控制。

（2） 对商业区块，取夜间限值72 dB 进行控制。

（3） 对环境有较高品质要求的建筑——精品酒店，取特殊住宅区环境振动限值65 dB，同时参考基于振动感知阈值的速度峰值限值0.30 mm/s 进行控制。

3 基于半经验模型法的振动预测分析

3.1 预测评价方法

城市轨道交通建设及运营期间将会向周边环境释放振动、噪声等工程污染，本地块内拟建的轨道交通工程为地下线，将先于园区建设，因此，目前阶段的预测分析以运营阶段的振动预测分析为主。轨道交通产生的环境振动及其传播是一个非常复杂的过程，它与列车类型、行车速度、隧道埋深、水平距离、地质条件和轨道结构类型等诸多因素有关，当进行振动预测时，应根据实际需求、客观条件等选用合适的预测模式。该园区拟建设的轨道交通联络线设计运行时速达160 km/h，远高于国内一般轨道交通线路运行时速，可供参考的预测模型参数较少。综合考虑各方面条件，采用HJ 453—2018《环境影响评价技术导则-城市轨道交通》[6]中的半经验模型法，按下式进行预测分析。

3.2 类比源强振动测试

国内已开始运营的160 km/h 市域快线及其可供参考的类比测试数据目前还较少，考虑到度假区北片区地处淤泥质软土地区，土体动力特性之间的差别对振动波的传播影响较大，因此，本次分析时对度假区北片区附近一条已经在运营的轨道列车E 号线引起的地表振动进行测试，并通过半经验公式推导其列车源强，作为本次分析预测的类比振动源强。

E 号线列车运行时速为100 km/h，为地铁A 型列车，轴重16 t，为无缝双线地下隧道，轨顶埋深约9.6 m。

振动测试参考JGJ/T 170—2009《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》[7]进行，测点通过GPS 系统进行定位，分布于E 号线轨道边线约80 m（单侧）内的地表范围，沿横跨轨道方向布置V1～V14 共14 个测点，对各测点垂直于地面 方向的振动加速度进行实时采集。测点与地铁线路隧道断面位置关系示意图见图2，现场实测情况见图3。

图2 测点与地铁线路隧道断面位置关系示意图（Fig.2 Measurement point and subway line tunnel section position diagram）

图3 现场实测情况照片（Fig.3 Photos of field measurement）

根据实测振动加速度对各测点的铅垂向Z振级进行计算分析，结果见表4。由表4 可见，V1～V14 测点的铅垂向Z振级最大值为81.1 dB，位于列车运行隧道正上方范围内，主要频率分布于50～90 Hz 内。

表4 各测点在列车通行状态下的铅锤向 振级统计（Tab.4 -vibration level statistics of each measuring point under the condition of train traffic）

3.3 振动源强分析及振动环境影响预测分析

通过实测得到的E 号线地下轨道列车上部地表振级以及HJ 453—2018《环境影响评价技术导则-城市轨道交通》[6]中振级随距离的衰减经验公式，可计算得出E 号线的源强为85.5 dB。以此作为机场联络线的类比振动源强，基于半经验模型法，通过列车速度、轴重和簧下质量、轮轨条件、隧道形式、距离等修正，对拟建机场联络线沿线中心线单侧约140 m 范围的环境振级进行预测分析，结果见表5。

表5 距拟建机场联络线中心线不同距离处地表 振级预测分析结果（Tab.5 Different distances from the center line of the proposed airport link Prediction and analysis results of surface vibration level）

由表5 可知：距离拟建机场联络线中心线水平距离约105 m 范围内的 振级将超过环境振动限值65 dB（特殊住宅区夜间振动限值），约91 m 范围内的Z 振级将超过67 dB（居民、文教区夜间振动限值），约57 m 范围内的 振级将超过72 dB（商业混合区夜间振动限值）。

4 园区开发方案优化及减振降噪措施

4.1 环境振动控制常用措施

为减小轨道交通引起的环境振动，其控制措施从空间上总体分为三大类[8]：振源控制、振动传播路径控制和建筑物振动控制。最终需要综合考虑技术性和经济性来确定控制类型。

（1） 振源控制。振源控制是最有效的减振方法，其控制内容主要包括：线位（水平向和竖向）、轨道设计、钢轨品质和维修、列车/车辆设计和维修、列车速度以及支承结构设计等。

（2） 振动传播路径控制。振动传播路径控制是在振源至接受者（建筑物）之间的大地中设置屏障，当地传振动波传播到屏障时，会发生反射，阻碍振动的传播，从而减小地传振动。但振动波仍然会有一部分透射到屏障的后部，还会在屏障的两端和底部绕射。振动传播途径控制的主要措施有：空沟或填充沟、混凝土墙屏障、排桩（孔）和波阻板。

（3） 建筑物振动控制。建筑物振动控制的主要措施如下：重新考虑土地用途和建筑布局，选用合理的建筑结构措施和建筑物基础隔振；选用较深的建筑物基础和楼板措施（如浮置式楼板、房中房可提高楼板固有频率，增大楼板阻尼等）；增加调频质量阻尼器（动力吸振器）；采取主动控制措施等。

4.2 园区开发方案优化及减振措施建议

拟建机场联络线沿东西方向从项目用地范围南侧边界穿越，穿越总长度约2 810 m，其中建设用地有3块，穿越长度约1 100 m，1 块沿边线侧穿，其余地块与轨道平面最近距离为2～27 m 不等，穿越范围内拟建建筑物分布相对稀疏，包括商业建筑（特色餐饮）、类居住建筑（度假酒店）以及对环境品质要求较高的精品酒店。

鉴于该轨道交通振源的线位走向、车辆选用、轨道设计和列车速度等已基本确定，综合考虑，建议采取如下主动控制及被动控制等措施，对该地块内的拟建建筑物实施减振降噪：

（1） 在条件许可的情况下，对拟建机场联络线实施振源主动减振，建议采取钢弹簧浮置板道床等特殊减振措施。

根据由近及远控制优先原则，一般情况下，减振措施越靠近振源，其减振效果越好，成本越低。根据初步测算，机场联络线在建设用地范围内的穿越长度约1 100 m，如果采取钢弹簧浮置板道床的轨道减振措施，增加工程费用约4 000 万，可降低周边30 m 近场范围内环境地面振级约7～14 dB[9]。但由于该用地范围呈狭长状，轨道交通穿越长度较长，而建筑物的分布却较为稀疏，因此减振性价比相对较低。建议将该主动减振方案作为备选，在与其他减振方案进行综合对比后，在条件许可时选用。

（2） 调整拟建建筑物的空间规划，使振动敏感类的建筑物尽量远离轨道交通振源[10]，据此原则，优化后的规划布置方案见图4。后续将根据轨道交通所实施的具体减振方法，对该区域内的环境振动影响进一步预测评估，并根据结果再进行调整优化。

图4 项目开发建设总平面优化控制方案示意图（Fig.4 Project development and construction of the overall plane optimization control scheme schematic diagram）

（3） 对拟建建筑物选用合理的建筑结构措施，包括优先选用混凝土结构，采用较重的建筑结构形式、较深基础等方案，增加建筑物的整体质量以利于振动的控制和衰减。

（4） 对于室内振动环境和二次结构噪声有较高品质要求的个别建筑物（如精品酒店），建议参考基于振动感知阈值的速度峰值限值0.30 mm/s 进行控制。后续待进一步明确相关振源参数和建筑方案后，对房屋的室内振动及二次结构噪声进行详细地数值模拟计算，如果不满足预期要求，可采用基础隔振和浮置楼板等措施进行减振。

5 结语

本案例通过对某国际旅游度假区周边既有轨道交通线路振源强度的类比测试，根据半经验模型法，对后续拟建160 km/h 快速轨道交通列车的环境振动影响范围进行了预测评估，并根据预测结果对该园区的开发布置方案进行了优化，对园区拟开发建筑物以及拟建轨道交通线路的减振提出了相关的建议措施。后续将进一步根据轨道交通线路的减振方案、轨道交通运行实测数据，来调整园区规划布置方案及减振措施，以最大程度减少环境振动对园区开发的影响，为类似的园区开发、地铁上盖等项目前期决策提供参考。