隔振垫在TOD建筑振动及二次辐射噪声控制中的应用研究

曾亮，邓攀，周志强，徐鸿，尹镪

（1.成都轨道城市投资集团有限公司，成都 610041；2.中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

1 引言

TOD（Transit Oriented Development）是以城市轨道交通站点为核心， 在500～800 m 半径范围内按照圈层规划的片区发展模式。 城市轨道交通运行引起的振动对城市轨道交通沿线居民的工作和生活造成一定的影响， 目前这个问题受到越来越多的关注。 在进行城市轨道交通TOD 项目开发的时候更应该受到重视， 既有城市轨道交通线路的振动将会传导至建筑基础，引起建筑结构振动，影响建筑开发品质。李晓霖等[1]以北京地铁四惠车辆段上盖大平台及其上方的住宅楼为研究对象，建立FLAC 二维动力数值分析模型，得到地铁列车运行产生的振动对车辆段上盖及开发建筑的影响规律， 指出各幢楼振动强度竖直方向较水平方向更为显著。张天琦等[2]对地铁沿线建筑物室内振动与噪声特性进行测试与分析， 发现地铁沿线建筑物室内各振动、噪声测点峰值频率基本一致，在扣件A工况下峰值频率约为63 Hz，替换为刚度较低的扣件B 后，峰值频率在40～50 Hz 左右。 包碧玉等[3]以北京某地铁线路下穿复合地基高层办公楼建筑为研究对象， 分析了轨道浮置板对建筑内振动的减振效果， 指出浮置板轨道的减振效果随楼层增加有一定的增强，最大Z 振级插入损失为2.2～12.4 dB；在中心频率大于20 Hz 时，分频振级插入损失为10 dB 至31 dB，减振效果明显。

可以看出， 既有的研究大部分集中在城市轨道交通运行对建筑物的振动影响程度的测试和仿真分析， 治理的手段集中在轨道交通轨道自身，本文结合工程实际，针对此类减振降噪，进行了在建筑物自身基础采取隔振垫措施的研究分析。

2 项目概况

双凤桥TOD 项目位于成都市武侯区，用地面积2.17 万m2，建筑面积约为10.65 万m2， 主要功能为商业购物、 酒店综合体，地下2 层、地上7 层结构。地下室底板埋深为10 m，地上建筑结构高度为37.65 m。

既有地铁线路资料表明， 项目地块位于地铁区间线路DK14+800～DK14+900 侧上方，地下室侧墙和区间隧道侧墙最小水平距离15.5 m（见图1），地下室底板和区间隧道顶板最小竖向距离5 m，该区段的区间线路轨面埋深约20 m。 距离地块较近的区间线路为上行线（近轨线路），铺设有双层非线性减振扣件；距离地块较远的区间线路为下行线（远轨线路），为普通整体式道床未铺设减振扣件， 既有地铁线路运行对商业购物、酒店综合体造成的影响需进一步检测和分析。

图1 工程平面图

3 评价标准

双凤桥TOD 项目建筑规划用途为星级酒店，对环境振动和噪声要求较高。 为提升项目建筑开发品质， 提高居住舒适性，1 层及地下室振动采用国家标准GB 10070—1988《城市区域环境振动标准》[4]中“混合区、商业中心区”铅垂向最大Z 振级昼间不得超过75 dB， 夜间不得超过72 dB 的规定，2 层以上酒店采用“居民、文教区”昼间振动不得超过70 dB，夜间不得超过67dB 的规定。 1 层及地下室室内二次辐射噪声采用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》[5]中“混合区、商业中心区”列车通过时段等效连续A 声级，昼间限值为41 dB（A），夜间限值为38 dB（A），4 层以上酒店采用“居民、文教区”限值标准昼间不得超过38 dB（A），夜间不得超过35 dB（A）的规定。

4 现场振动实测

现场振动实测主要是对振源及地表的振动加速度进行现场采样，以便了解振源及地表振动现状，为预测模型提供计算所需的荷载输入，同时进行模型验证。

4.1 隧道内测试

振源振动实测在地铁近轨道线路选取1 个测试断面，主要针对线路钢轨垂向、道床垂向、隧道壁垂向等位置进行在线振动检测。 隧道内现场测试照片如图2 所示。

图2 隧道内测试图

振源振动实测结果表明， 列车通过测试断面时速度为77 km/h，钢轨、道床以及隧道壁的竖向加速度分别为200 m/s2、1 m/s2和0.1 m/s2。 钢轨垂向振动加速度、 道床垂向振动加速度、隧道壁垂向振动加速度如图3 所示。

图3 各测点时域波形

4.2 地面振动测试

在拟建项目地块地面进行振动水平及衰减规律测试。 延地铁线路垂直断面布置了7 个测点， 分别距离近轨线路轨道中心线20 m，25 m，30 m，35 m，40 m，45 m，50 m。

测试结果表明随着距离从20 m 增加到50 m，地面振动加速度幅值由0.025 m/s2逐渐衰减到0.007 m/s2。 典型距离处波形如图4 所示。

图4 地面不同距离测点振动波形

5 预测模型

5.1 车辆- 轨道耦合动力学模型

建立车辆-轨道耦合系统动力学模型[6]。在整个大模型中，利用车辆-轨道耦合动力学理论将车辆系统和轨道结构系统看作一个相互作用、相互耦合的整体大系统，把轮轨接触关系作为连接车辆和轨道结构的纽带，模型结构如图5 所示。

图5 车辆- 轨道耦合系统动力学模型

5.2 有限元模型

采用有限元分析软件ANSYS 进行建模计算时，需考虑边界与阻尼的问题。 弹性波在有限元模拟的土体中传播时，在截断边界处会发生反射，造成波场失真[7]，消除这个反射效应才能更准确地进行振动预测。 采用三维一致人工边界能够消除截断边界造成的反射效应， 可模拟人工边界外的半无限介质弹性恢复性能[8]。

根据建筑设计图纸建立综合体“轨道-隧道-土层-敏感建筑”三维预测模型（见图6），其中建筑物楼板、剪力墙等结构采用Shell 181 壳单元，土体采用Solid185 实体单元模拟。

图6 有限元模型

6 预测结果

分析地铁列车以77 km/h 运行时，双凤桥TOD 项目各层建筑的振动和室内二次辐射噪声情况。 根据测试结果判断受到地铁影响的建筑集中在区域A （见图7） 内。 仿真预测提取-2 层地下室、1 层商业、4～7 层客房的不同位置（测点1～测点9）的振动和二次辐射噪声进行分析。

图7 预测结果提取点

预测结果显示1 层及地下室最大Z 振级值为67.7 dB，未超过商业区振动标准。2 层及以上客房最大振级为62.5 dB，未超过居民区振动标准限值。

室内二次辐射噪声超标的区域较大。-2 层地下室和1 层商业测点1、测点2、测点6 二次辐射噪声超过了商业区限值标准，超标量0.8～6.6 dB（A）；2 层以上客房的测点1、测点2、测点6 二次辐射噪声超过居民区限值标准，超标量为1.8～4.4 dB（A）。

7 控制措施及效果预测

7.1 控制措施

综合各方面因素，本项目选用建筑基础隔振。 该技术施工快速、简便，对既有运营线路不会造成干扰和影响。 隔振垫铺设形式采用在建筑基础底板下部和侧墙外侧整体铺设， 隔振垫厚度通常为25 mm，最大不超过50 mm，不影响整体建筑结构体系。

7.2 效果预测

根据建筑物的质量和隔振频率要求， 选取隔振垫垂向刚度为2.1×108N/m3。 在距离近轨中心线50 m 范围内的地下室底板、主楼基础均铺设隔振垫，并对隔振效果进行仿真预测。

预测结果显示1 层及地下室最大Z 振级值为61.4 dB，未超过商业区振动标准。2 层及以上客房最大振级为56.2 dB，未超过居民区振动标准限值。

-2 层地下室和1 层商业测点1、测点2、测点6 二次辐射噪声范围为33.0～36.3 dB （A）， 未超过了商业混合区限值标准；2 层以上客房的测点1、测点2、测点6 二次辐射噪声范围为30.6～31.1 dB（A），未超过居民文教区限值标准。

8 结论

本文采用现场实测和数值仿真相结合的方法对双凤桥TOD 建筑物受地铁运行产生的振动和室内二次辐射噪声影响进行了评估。 根据预测结果和现场条件提出了在建筑物地下室铺设隔振垫进行减振降噪的方案， 并对方案的减振降噪效果进行了评估，结论如下。

1） 实测结果表明： 地下室基础边界处， 振动最大值为69.1 dB，距离地铁近轨线路轨道中心线40 m 处，振动超过67 dB 限值， 距离地铁近轨线路轨道中心线50 m 处振动最大值58.5 dB。

2）仿真分析结果表明，不采用任何措施情况下，所有测点振动均不超标。 室内二次辐射噪声超标的区域较大。 -2 层地下室和1 层商业测点1、测点2、测点6 二次辐射噪声超过了商业区限值标准，超标量0.8～6.6 dB（A）；4 层以上客房的测点1、测点2、测点6 二次辐射噪声超过居民区限值标准，超标量为1.8～4.4 dB（A）。

3）在铺设基础隔振垫层后，所有预测点的振动和二次辐射噪声均满足相关标准限值要求。 该技术可在类似工程振动噪声治理中推广使用。