北京市轨道交通轨道减振措施应用研究

2020-07-07 05:28鱼红霞
铁路节能环保与安全卫生 2020年3期
关键词:环境影响号线轨道交通

鱼红霞,刘 峰

(1. 北京市环境影响评价评估中心 政务服务科,北京 100161;2. 北京市基础设施投资有限公司 轨道交通事业总部,北京 100021)

2013年以来,国务院加快转变政府职能,深化行政体制改革,加大简政放权力度,城市轨道项目环境影响评价审批权由原环境保护部下放至省级环保部门。审批权下放后,原北京市环境保护局先后审批了北京地铁15号线二期、6号线西延、16号线二期、八号线三期、房山线北延、17号线和新机场线等多条轨道交通工程环境影响报告书。在这些项目环境影响技术评估中遇到新的技术难题,其中有关轨道交通减振措施选取确定的问题尤为突出。为此,在分析北京轨道交通典型线路采取的振动防治措施、应用中存在问题及解决方法的基础上,研究提出相应的对策和建议,为保障后续城市轨道交通项目审查及科学合理决策、实现轨道交通建设项目振动环境保护的可持续性提供技术支持。

1 北京市轨道交通概况

1.1 北京市轨道交通建设及规划情况

截至2017年底,北京城市轨道交通运营线路共计22 条,覆盖了北京市11 个市辖区,运营里程达608 km,共设车站370座。系统制式包括地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车及悬浮列车等多种类型。根据北京市轨道交通第二期建设规划,2015—2021年规划建设12 个项目,总长度262.9 km。到2021 年,形成27 条运营线路、总长998.5 km的轨道交通网络。截至2017年底北京市轨道交通情况如表1所示。

北京市轨道交通第二期建设规划中的3 号线、12号 线、17 号 线、19 号 线、22 号 线 采用A 型车8 辆编组,其中3号线、12号线最高运营速度为80 km/h,17号线最高运营速度100 km/h,19 号线最高运营速度120 km/h,22号线最高运营速度120 km/h以上;八通线、8 号线、25 号线、27 号线采用B 型车6 辆编组,其中八通线、8 号线最高运营速度为80 km/h,25 号线、27 号线最高运营速度为100 km/h;7 号线采用B型车8辆编组,最高运营速度为80 km/h;机场线采用L 型车4 辆编组,最高运营速度为110 km/h;中央商务区(CBD)线采用自动导轨(APM)系统,4辆编组,最高运营速度为70 km/h。

表1 截至2017年底北京市轨道交通发展情况

1.2 北京市轨道交通已运营线路竣工环保验收情况

《国务院关于第一批取消62 项中央指定地方实施行政审批事项的决定》(国发[2015]57 号)中提出取消环保试生产审批以“三同时”检查代替。《环境保护部审批环境影响评价文件的建设项目目录(2015年本)》中对轨道交通新线由原北京市环境保护局审批的环评项目,工程环保竣工验收下放至原北京市环境保护局,自2007—2017 年北京市建成运营的20 个轨道交通项目中有2 个项目完成验收,5 个完成验收的技术评估会。影响竣工环保验收的主要原因在于环保竣工验收时,尚存在振动、噪声等指标超标现象;部分线路敏感点因环保补偿未达成一致,未落实拆迁要求;部分线路敏感点由于减振措施未落实到位或有噪声、振动超标现象,导致周边居民投诉,环保验收阶段公众参与意见较多、难度大。因此,城市轨道交通环境保护措施应重点关注振动控制措施应用效果及存在的问题。

2 城市轨道交通轨道减振措施应用状况

2.1 城市轨道交通减振措施基本情况

针对城市轨道交通运行引起的环境振动影响问题国内已做了大量研究,研究的方法主要是理论分析和试验研究其振动机理、传播规律及影响等,在此基础上提出了诸多控制技术措施,开发了多种不同类型的减振产品[1]。

在既有城市轨道交通环境影响评价中,所建议的振动控制措施主要为轨道减振措施。减振型轨道结构包括减振型钢轨、枕下、轨枕、道床及其他轨道减振结构等,由于所处轨道部位的差异,以及结构和材料上的区别,不同减振型式有不同的工作特性和减振效果[2]。北京市轨道交通轨道减振措施实际测试的减振效果如表2 所示。从表2 中可知,道床减振措施中的特殊建筑措施减振效果最优,可达10~15 dB。。

表2 北京城市轨道交通轨道减振措施分类

2.2 北京市城市轨道交通轨道减振措施应用状况

随着北京地铁的高速发展,轨道减振措施得到了广泛应用,轨道减振技术快速发展并在探索中不断改进。通过调研、梳理、分析,北京市城市轨道交通轨道减振技术大致经历了以下5个阶段。

第1 阶段:20 世纪70 年代开始的轨道减振技术启蒙阶段,减振长度短、减振措施种类少。

第2阶段:2007—2009 年,轨道减振技术多样化发展阶段,减振长度及减振措施类型快速增加阶段,地铁线路采用了多种轨道减振措施,如减振型扣件、钢弹簧浮置板轨道、梯形轨枕、弹性轨枕等。

第3 阶段:2009—2012 年,出现并解决异常波磨问题,在轨道减振技术的应用中出现了异常波磨情况,尤其是扣件减振措施,这一阶段主要研究并提出整治钢轨异常波磨的技术措施。

第4 阶段:2012—2013 年,这个阶段是北京市轨道交通快速发展的阶段,轨道减振技术应用也得到了提升,轨道减振技术在实践中不断向科学、合理的方向发展,梯形轨枕、隔离式减振垫浮置板等技术得以实际应用以预防钢轨发生异常波磨。

多年观测表明,兰考豫11井水位主要受聊兰断裂带两侧地热开采活动影响呈趋势性下降(夏修军等,2015),与气压和降雨量变化关系不大,但短期内气压突变会造成水位观测曲线产生小幅畸变。水温趋势平稳,变化受降水、气温和气压影响较小。

第5阶段:2013 年至今,轨道减振技术稳定发展阶段,注重地铁综合减振设计[2]。

截至2016年底统计结果,北京市城市轨道交通轨道减振措施应用规模总计344 km,占总运营里程的30%左右。轨道减振措施类别分别包括轨道减振器扣件(82 km)、梯形轨枕(163.4 km)、钢弹簧浮置板(72 km)、其他类减振措施(26.6 km)。具体应用情况如表3所示。

表3 北京市轨道交通减振措施应用情况

续表

目前,在建线路环评阶段和初步设计中批复的轨道减振措施类型及长度如表4 所示,约占总运营里程40%左右。

3 北京市轨道交通项目环境影响评价减振措施建议

根据以上对北京市轨道交通轨道减振措施应用状况的分析,结合轨道交通项目环境影响评估的需求,建议北京市轨道交通项目环境影响评价减振措施选取遵循“源—传播途径—敏感点”的顺序选择控制措施,对于距离线路比较近的敏感保护目标优先采取线路优化,其次采取轨道的工程措施,最后可以考虑传播途径和受体防护措施[3]。

3.1 优先考虑采取综合减振措施

振动控制工程的设计应首先充分考虑线路条件、地质条件、隧道结构、车辆运行条件(车辆类型、编组、轴重和运行速度等)、振动源的强度、敏感点超标量、减振系统特点、施工场地条件及全寿命周期经济性等指标。

在环境影响评价中考虑综合减振,在环境影响评价初期加强对综合减振设计的要求,具体表现在以下方面:一是考虑优化线路,选线设计尽量避免或减少线路周边的振动敏感点;通过线路平面走向远离敏感保护目标,通过加大埋深减少振动对敏感目标的振动影响;二是优化线路结构设计,设计中考虑采取加大结构断面、增加结构厚度、优化结构形式等措施,从传播途径上对地铁振动进行阻隔,减少振动环境影响[1];三是针对设计运行速度高的线路分析以往轨道减振措施的适用性。

3.2 工程减振措施的选取

在环境影响评价工作中可以首先根据振动超标量确定减振降噪措施的等级,再根据具体工况,从经济性、适用性等方面决定最终选用何种措施。轨道交通目前采取的工程措施包括道床减振、轨枕减振、扣件减振3 种类型。《环境噪声与振动控制工程技术导则》在总结近年轨道减振技术发展的基础上将减振轨道结构划分为一般减振、中等减振、高等减振和特殊减振4 级;减振地段的Z 振级振动超标值一般应在3 dB 以下,中等应在3~8 dB,高等应在8~15 dB,特殊应在12~20 dB以上[4]。为了提高线路平顺性,建议全线采取的轨道减振措施等级控制在2 种以内,并且所采取的措施不跨级;线路中相同的轨道减振等级宜采取相同的减振形式,全线减振轨道形式不宜超过3 种(包括线路基础减振)。对于两段减振轨道过渡段较短的情况,将两段减振轨道合并。

3.3 传播途径减振措施

减振措施的选取除考虑振动预测值外,还应考虑对受体(敏感保护目标)采取建筑防护、轨道与敏感物的距离、敏感保护目标的建筑类型等因素,具体如下。

表4 北京市部分在建轨道交通线路环评及初设阶段提出的减振措施情况

考虑轨道与敏感保护目标的距离。对于距离线路5 m 内的敏感保护目标,建议按照下穿等同考虑,优先考虑搬迁或功能置换,并在前期工作中做好与该处敏感保护目标的协调工作。对于距离线路10 m内敏感点,建议采取特殊等级(道床)减振措施。对于距离线路10 ~60 m内的敏感保护目标,按照预测结果采取相应的工程措施。

考虑敏感保护目标的建筑类型。对于线路埋深小于20 m、距离振动敏感建筑物水平距离在20 m 以内且建筑物类型为Ⅲ类的敏感建筑,建议采取特殊减振措施。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)北京市轨道交通第二期建设规划中提出规划建设12条线路,无论是系统制式、车辆还是速度已经突破常规的轨道交通技术指标,在这些项目环境影响技术评估中不断遇到技术难点。轨道减振需要在工程最初的规划、设计和施工阶段系统考虑,由于轨道交通运行的特殊性,轨道交通措施一旦运行,再次修改减振措施补救难度很大,因而在环评审批阶段如何选取合适的轨道减振措施非常关键。了解北京市轨道交通的建设、运行现状及轨道交通减振措施,结合北京市已运行线路减振措施的实际应用情况,开展轨道交通减振措施相关研究迫在眉睫。

(2)北京市轨道交通环保验收情况。截至2017年,北京市轨道交通运营线路22条,运营总里程608 km。由于污水处理、噪声、振动措施未落实等环境保护问题、拆迁及管理问题等影响了运营线路环境保护验收工作,目前运行线路中有线路因为环境振动污染发生信访事件。

(3)北京市轨道交通减振措施。目前北京已运行线路所采用的轨道减振措施约占运营总里程的30%左右,根据北京市已通车线路的运营情况,轨道设计中采用重型钢轨,全线铺设跨区间无缝线路作为基础减振;减振级别按初级、中级、高级、特殊4个等级[5]。中级减振地段推荐采用弹性长枕、短枕;高级减振地段推荐使用梯形轨枕、隔离式减振垫浮置板、橡胶减振垫道床;特殊减振地段推荐采用高级钢弹簧浮置板道床。减振措施的使用效果表明:早期建设运营的线路使用扣件类产品,尤其是剪切型减振器扣件异常波磨较为严重[6],采取减振器扣件分等级加密等有效延缓了钢轨异常波磨出现[7-8]。在后期新建线路中优先采用道床类减振产品,弹性短枕和弹性长枕的安全性能指标测试合格;优化梯形轨枕结构运营至今状态良好,未出现异常波磨[9];橡胶减振垫道床减振效果良好;浮置板减振效果较好[10]。

(4)轨道交通减振措施设计。轨道减振首先考虑线路优化,线路设计时应考虑在水平距离上避让环境敏感的建筑物;其次,在轨道埋深及轨道结构上考虑采取加大结构断面、增加结构厚度、优化结构形式等措施,从传播途径上减小轨道交通振动影响;对于涉及高速度、新制式的轨道,轨道减振措施使用时需要借鉴以往轨道减振措施的适用性,除满足减振效果外,还应保证良好的轮轨关系,避免异常波磨等现象的出现,保证减振轨道结构具有一定的耐久性并利于维修更换[11]。

4.2 建议

(1)开展轨道交通减振技术研究。目前,北京市城市轨道交通已采用了多种减振降噪轨道结构形式和措施,减振措施在使用中存在施工工序繁杂、工期长、成本高、效果不稳定、引起二次污染等不足,制约着城市轨道交通在减振降噪方面的发展[12],需要开展减振降噪技术研究以解决目前减振措施在使用中存在的问题,为北京市轨道交通建设中振动噪声的控制提供借鉴。

(2)开展系统性研究,优化轨道交通减振。2008年奥运会后北京市轨道交通得到迅速发展,有效缓解了城市交通拥堵,但地铁噪声振动扰民为也越来越受到关注。轨道交通减振是个系统性工程,涉及政策法规、基础理论研究、规范标准、建设管理、环评预测、减振设计、施工及运营维护管理等各方面[13]。解决现阶段轨道交通减振问题,对于轨道交通的合理方案选择、建设及与环境协调发展,有着非常重要的意义。

(3)明确轨道交通减振效果,推动轨道交通环保验收工作的开展。环境保护部发布的《建设项目竣工环境保护验收暂行办法》(国环规环评[2017]4号)中明确验收内容包括:环境保护设施落实情况和环境保护设施调试效果。轨道交通项目环保竣工验收工作中减振措施是一项重要内容,既包括了减振措施的位置、形式、长度,又包括了减振措施的减振效果及达标情况。减振措施效果和达标情况的研究及成果也将成为推动北京市轨道交通项目今后环境保护验收的一项重要内容。

5 结束语

近年来北京市轨道交通建设快速发展,存在因轨道减振措施不到位引发的环境振动影响投诉,也影响了轨道交通工程运营和已经建成项目的环保验收工作。在调查研究北京市轨道交通建设及其减振措施应用情况的基础上,结合多年轨道交通环境技术评估工作,针对北京市轨道交通项目环境影响评价减振措施提出应综合减振优先,依据环境影响评价振动环境预测超标量确定减振措施等级,考虑环境敏感目标与轨道的距离及其建筑类型进行选取。未来,在北京市轨道交通建设中,应针对不同工况的项目采取不同的减振措施,以便更好地防治振动环境污染。

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