地铁环境影响评价中轨道隔振措施应用效果研究

谢咏梅，辜小安，刘扬

1.环境保护部环境工程评估中心，北京 100012

2.中国铁道科学研究院，北京 100081

3.北京市地铁运营公司，北京 100044

自1969年北京地铁1号线建成开通以来，截至2010年底，我国已有13个城市开通了49条城市轨道交通线路(未含港澳台)，运营里程达1425 km，城市轨道交通呈快速发展态势。2010年内全国有29个城市96条线路(含续建段)正在建设，总里程超过2200 km，目前内地共有47个城市正在建设或规划新的城市轨道线路，总规划里程超过10000 km。

在城市轨道交通快速发展的同时，也给城市环境带来了一定影响。对于地下线路，当列车运行时将在一定距离范围内产生不同程度的振动干扰，目前常采用轨道隔振措施降低环境振动影响。其轨道隔振措施可大致分为扣件、轨枕和道床等三类:1)扣件类隔振措施包括GJ-Ⅲ扣件、Lord(洛德)扣件、科隆蛋(轨道隔振器)、Vanguard(先锋)扣件等;2)轨枕类隔振措施包括弹性支承块(弹性短轨枕)、梯形轨枕、弹性长轨枕等;3)道床类隔振措施包括橡胶浮置板、钢弹簧浮置板。

由于对城市轨道交通轨道隔振实测效果的分析不够充分和系统，目前在城市轨道交通环境影响评价及轨道隔振设计中，主要依据厂家提供的隔振性能，但是大多数厂家标称的隔振性能并未详细说明其分析频率范围和测试方法。笔者利用北京、上海和广州地铁运营线路的测试数据，分析各种轨道隔振措施在不同频率下的隔振效果，提出了城市轨道交通环境影响评价中各种轨道隔振措施的应用效果等级划分和采用措施的建议。

1 轨道隔振措施的应用效果

轨道结构主要由钢轨、扣件及轨下基础组成。轮轨之间的振动与轨道结构各部件的质量、刚度以及阻尼密切相关，不同形式轨道结构其振动也不同。理论与实际应用效果表明，每一种轨道隔振措施在不同频率范围、不同测试位置会有不同的隔振效果。目前关于轨道结构隔振效果的评价，尚无对应的标准规范。对于环境影响评价中要求的隔振效果，依据GB 10070—88《城市区域环境振动标准》，GB 10071—88《城市区域环境振动测量方法》和 HJ 435—2008《环境影响评价技术导则城市轨道交通》规定，应采用1～80 Hz的铅垂向Z计权振级插入损失值作为隔振效果评价量。

但目前厂家或测量单位给出的各种隔振措施的隔振效果，一般对应于1～1000 Hz或更高频率范围内的不计权振动加速度级。如某钢弹簧浮置板标称的隔振效果为18～35 dB，其对应频率范围为10～2000 Hz(不计权)，但对于环境振动关注的1～80 Hz(Z计权)的隔振效果，在隧道壁处仅有16～19 dB，而对于水平距离30 m范围内的地面环境振动，仅有8～12 dB。可见厂家标称的隔振效果与环境影响评价中关注的隔振效果差别较大。表1为各种轨道隔振措施厂家标称的隔振效果，因未注明适用的测量方法、评价量、频率范围、测点位置等与隔振效果直接相关的边界条件，导致引用时存在诸多问题。一般情况下，厂家标称的隔振效果均优于实际应用效果。

表1 各种轨道隔振措施厂家标称的隔振效果Table 1 A variety of track vibration isolation effect of the manufacturers of nominal

针对国内城市轨道交通主要采用的轨道减振器、Vanguard(先锋)扣件、Lord(洛德)扣件、弹性支承块、梯形轨枕、橡胶浮置板、钢弹簧浮置板等措施，根据国内已通车运营的北京地铁4号、5号线，上海轨道交通9号线，广州地铁1号～4号线测试数据和相应线路的环境保护验收结果，分析目前环境影响评价中对各种轨道隔振措施应用的合理性。表2为各种隔振措施在水平距离0～30 m范围的地面环境振动实际隔振效果。其隔振效果均指各种轨道隔振措施相对于普通整体道床的插入损失值。插入损失(L1)的定义:式中，a2R为没有隔振措施时测点的振动加速度有效值;a2为有隔振措施时对应测点的振动加速度有效值。

对式(1)进行变换，引入基准加速度(a0)=10-6m/s2，得到:

表明插入损失值即为有隔振措施与无隔振措施对比之下的振级之差。

由表2可见，轨道减振器、Lord(洛德)扣件、Vanguard(先锋)扣件可降低环境振动Z振级2～6 dB;梯形轨枕、弹性支承块可降低Z振级4～6 dB;橡胶浮置板可降低Z振级8 dB左右;钢弹簧浮置板可降低Z振级7～14 dB。上述测量统计结果与环境影响评价提出的轨道隔振措施隔振效果有差异，实际应用中应按照地面Z振级隔振效果确定。

表2 各种轨道隔振措施地面Z振级隔振效果(水平距离0～30 m范围内)Table 2 The variety of track vibration isolation effect of the ground Z(horizontal distance of 0～30 m range)

表3给出了各种轨道隔振措施在隧道壁处对应于1～80 Hz(Z计权)、1～200 Hz(不计权)、1～1000 Hz(不计权)范围内的隔振效果实际测量值。由表3可见，轨道隔振器可降低隧道壁处，对应于1～80 Hz(Z计权)为3～4 dB，1～200 Hz(不计权)为9 dB，1～1000 Hz(不计权)为10 dB;梯形轨枕可降低隧道壁处，对应于1～80 Hz(Z计权)为4～8 dB，1～200 Hz(不计权)为10 dB，1～1000 Hz(不计权)为15 dB;弹性支承块可降低隧道壁处，对应于1～80 Hz(Z计权)为5～8 dB，1～200 Hz(不计权)为10 dB，1～1000 Hz(不计权)为 14 dB;橡胶浮置板可降低隧道壁处，对应于1～200 Hz(不计权)为7～10 dB;钢弹簧浮置板可降低隧道壁处，对应于1～80 Hz(Z计权)为16～19 dB，对应于1～200 Hz(不计权)为18～24 dB，1～1000 Hz(不计权)为20～28 dB。可以看出，无论何种轨道隔振措施，高频隔振效果均优于低频隔振效果。

表3 各种隔振措施隧道壁处不同频段的隔振效果Table 3 The tunnel wall vibration in different frequency bands of the vibration isolation effect of dB

2 轨道隔振措施频率特性

城市轨道交通地下线振动频率因受轨道结构形式、列车类型、运行速度、隧道结构、地质条件、建筑物结构等因素影响，将会有不同的振动频率特性。图1和图2分别给出了弹性支承块和钢弹簧浮置板两类典型隔振轨道在隧道壁处不同频率下的隔振效果。

北京地铁4号线采用的弹性支承块(扣件型式为弹条Ⅱ型)在圆形隧道壁处的隔振效果，峰值频率出现在63 Hz左右;与普通整体道床(扣件型式为DT-Ⅵ)相比，对高于40 Hz的振动具有较大的衰减(图1)。

北京地铁4号线采用的钢弹簧浮置板(扣件型式为弹条Ⅱ型)在圆形隧道壁处的隔振效果峰值出现在40 Hz;与普通整体道床(扣件型式为DT-Ⅵ)相比，对高于12.5 Hz的振动具有较大的衰减(图2)，该频率对应的振动可引起列车运行产生的二次辐射噪声影响，钢弹簧浮置板对控制列车运行产生的二次辐射噪声影响更为有效。

3 结论与建议

3.1 轨道隔振措施隔振效果

根据对数据的统计分析，目前国内城市轨道交通采用的轨道隔振措施对地面环境振动的隔振效果由大到小依次为:钢弹簧浮置板，橡胶浮置板，梯形轨枕和弹性支承块，科隆蛋(轨道减振器)、Lord(洛德)扣件和Vanguard(先锋)扣件。其中科隆蛋(轨道减振器)、Lord(洛德)扣件、Vanguard(先锋)扣件可降低地面Z振级2～6 dB;梯形轨枕、弹性支承块可降低地面Z振级4～6 dB;橡胶浮置板可降低地面Z振级8 dB;钢弹簧浮置板可降低地面Z振级7～14 dB。无论何种轨道隔振措施，均为高频隔振效果优于低频隔振效果。

为方便选择，对不同轨道隔振措施归类如下:一般隔振措施为DT-Ⅵ型扣件、GJ-Ⅲ型扣件、Lord(洛德)扣件、科隆蛋(轨道减振器)、Vanguard(先锋)扣件等;中等隔振措施为梯形轨枕、弹性支承块等;较高等级隔振措施为橡胶浮置板等;特殊隔振措施为钢弹簧浮置板等。

3.2 轨道隔振措施应用效果等级划分建议

建议环境影响评价中在考虑轨道隔振措施应用效果时，可参照如下原则选择:1)对于环境振动预测超标量(VLz)≤3 dB的路段，采取一般隔振措施，如DT-Ⅵ型扣件、GJ-Ⅲ型扣件、Lord(洛德)扣件、科隆蛋(轨道减振器)、Vanguard(先锋)扣件等。2)对于VLz为3～≤6 dB的路段，采取中等隔振措施，如梯形轨枕、弹性支承块等。3)对于VLz为6～8 dB的路段，采取较高隔振措施，如橡胶浮置板等。4)对于VLz≥8dB的路段，采取特殊隔振措施，如钢弹簧浮置板等。

除以上措施外也可采用经实际验证具有同等环境振动隔振效果的隔振措施。

3.3 主要轨道隔振措施隔振频率特性分析

采用弹性支承块，隧道壁处的振动加速度在63 Hz处出现峰值，对高于40 Hz的振动具有较大的衰减。采用钢弹簧浮置板，隧道壁处的振动加速度在40 Hz处出现峰值，对高于12.5 Hz的振动具有较大的衰减，对控制列车运行产生的二次辐射噪声影响更为有效。

隧道壁处对应于不同上限截止频率，振动水平不同，隔振效果也不同，截止频率越高，振动水平越高，隔振效果越好。隧道壁处对应于1～1000 Hz(不计权)与1～80 Hz(Z计权)的隔振效果可相差6～11 dB;因此环境影响评价中隔振措施的效果评价，应注意是1～80 Hz频率范围并Z计权。

4 展望

(1)轨道隔振措施应用时，还应综合考虑轨道隔振措施工程的可施工性、可维护性、可更换性、使用寿命及钢轨异常波磨影响等诸多综合要素，因此关于城市轨道交通隔振措施应用效果的综合评价，还有待进一步列专题开展相应内容的深入研究。

(2)根据北京地铁4号线测试结果，对于地下线路当列车运行通过时，在隧道壁处引起的1～80 Hz范围内的Z振级，VLz10值低于VLzmax值2～4 dB;但对于地面建筑物内，两个评价量对应的振动值差别不大，该结果也在北京地铁5号线、广州地铁3号线得到验证，该结论在环境影响评价中应予以重视。

［1］交通部公路科学研究所.北京地铁5号线竣工环境保护验收调查报告［R］.北京:环境保护部环境工程评估中心，2008.

［2］上海船舶运输科学研究所.上海轨道交通9号线工程竣工环境保护验收调查报告［R］.北京:环境保护部环境工程评估中心，2010.

［3］中国环境监测总站.广州地铁1号线工程竣工环境保护验收调查报告［R］.北京:环境保护部环境工程评估中心，2000.

［4］中国环境监测总站.广州地铁2号线首期工程竣工环境保护验收调查报告［R］.北京:环境保护部环境工程评估中心，2004.

［5］环境保护部环境工程评估中心.广州地铁3号线工程竣工环境保护验收调查［R］.北京:环境保护部环境工程评估中心，2008.

［6］北京铁科工程检测中心.北京地铁4号线轨道减振措施性能测试评估报告［R］.北京:北京轨道交通建设管理有限公司，2010.

［7］北京铁科工程检测中心.北京地铁5号线轨道减振措施减振性能测试评估报告［R］.北京:北京轨道交通建设管理有限公司，2008.

［8］北京交通大学，北京地铁设计研究所.北京地铁5号线轨道减振措施减振性能测试评估报告［R］.北京:北京轨道交通建设管理有限公司，2009.

［9］铁道科学研究院铁道建筑研究所.广州地铁1号线轨道动态测试及减振性能评估报告［R］.广州:广州市地下铁道公司，2007.

［10］中船重工集团七二五研究所.广州地铁1号线GJ-Ⅲ减振扣件减振性能评估报告［R］.广州:广州市地下铁道公司，2010.

［11］铁道科学研究院铁道建筑研究所.广州地铁3号线轨道动态测试及减振性能评估报告［R］.广州:广州市地下铁道公司，2007.

［12］铁道科学研究院铁道建筑研究所.广州地铁4号线轨道动态测试及减振性能评估报告［R］.广州:广州市地下铁道公司，2007.

［13］徐建.隔振设计规范理解与应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［14］孙家麒.城市轨道交通振动和噪声控制简明手册［M］.北京:中国科学技术出版社，2002.▷