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轨道交通沿线建筑振动问题

住在地铁上方的人,常说的不是楼在晃,而是夜里能听到远处打雷一样的闷响;医院和实验室关心的则是磁共振、电镜这类设备能不能装。轨道交通沿线建筑的振动问题,横跨线路运营方、开发建设单位、设计院和住户几方。本页说明列车振动怎么传到建筑里,不同建筑关注什么,什么阶段该测,结果怎么评价,以及减振措施该从哪里下手。

列车振动怎样传到建筑里

列车通过时,车轮在钢轨上滚动,钢轨表面的不平顺、车轮踏面的不圆、轨缝、道岔和曲线处的冲击,都会产生动态的轮轨力。这个力经过扣件、轨枕和道床传给隧道衬砌、桥梁或路基,再通过土层传到建筑基础,沿柱和墙传到各层楼板。路径上每一个环节都会改变振动的大小和频率构成:扣件和道床的弹性决定了有多少力传下去,土层性质和距离决定了衰减的快慢,建筑基础形式和结构刚度决定了进入建筑后的分布。

地下线路引起的地面振动,高频成分在土中衰减较快,传到建筑时以较低频率为主。高架线路的振动经桥墩和基础进入土层,同时还有桥梁结构辐射的空气噪声。地面铁路尤其是货运线,轴重大,低频成分明显。列车速度、车辆定距和轮对间距决定了一些周期性的激励频率,所以同一位置不同车型、不同速度的列车,频谱可能并不相同。

进入建筑以后,楼板的竖向固有频率如果与传入的主要频率接近,高层楼板的振动可能明显大于基础处;反过来,有的建筑上部楼层反而比底层小。因此不能只测基础或地面就推断室内感受,也不能只测一个楼层就代表整栋楼。

振动与二次噪声:住户听到的往往是声音

地下线路沿线的建筑,列车的空气噪声被土层挡住了,但结构振动会让墙体、楼板向室内辐射低频声,这就是二次结构噪声。住户的描述通常是像远处打雷、像大货车从楼下开过,夜深人静时最明显,卧室比客厅更容易被注意到。很多时候楼板振动并不大,人身体感觉不到,但声音已经足以影响睡眠。

所以测量地铁沿线住宅时,振动和低频噪声要同步测:室内关闭门窗,在房间中部和靠墙位置布置声学测点,楼板跨中布置振动测点,以每一次列车通过作为一个事件来分析。判断声音是不是来自列车,要看三条:发生时刻是否与列车运行时刻和上下行方向对应,持续时间是否与列车通过时间一致,频谱是否与楼板振动的频谱一致。电梯运行、水泵启停、道路重车也会带来类似的低沉声音,需要用这三条把它们区分开。

不同建筑与场所的关注重点

建筑或场所主要关注测量要点
住宅夜间睡眠干扰、二次噪声、楼板可感振动卧室楼板跨中振动与室内低频噪声同步测量,覆盖早班车、晚高峰和末班车时段
办公与酒店会议室、客房的低频噪声,酒店夜间投诉敏感房间的振动与噪声,按运营时段分别统计
医院病房休息环境,磁共振、精密检验与影像设备的安装条件设备拟安装位置楼面三向振动,按设备厂商要求的物理量和频段整理
实验室与科研建筑电镜、精密测量、光学平台等设备的微振动要求低噪声传感器,窄带谱与倍频程谱并用,列车事件与背景时段分开分析
音乐厅、剧场、录音与演播用房结构噪声抬高低背景噪声的房间本底室内低频噪声与结构振动同步,判断是否需要房中房或浮筑构造
古建筑与文物建筑长期反复振动对结构和构件的影响结构关键部位的振动速度,必要时长期监测
车辆段与站点上盖开发出入段线、咽喉区道岔和试车线的振动直接进入上盖结构上盖平台柱顶和各层楼板,覆盖列车出入段和试车时段

规划与建设阶段的测试

轨道交通沿线的振动问题,越早介入代价越小。线路一旦建成,轨道减振改造受行车限制;建筑一旦封顶,整体隔振几乎无法补做。下面是按项目阶段安排测试的思路。

  1. 规划与选址新线路规划时测沿线敏感建筑的现状背景振动;新建建筑临近已运营线路时,在选址或方案阶段先测场地上的列车振动。
  2. 方案与设计在场地上沿垂直线路方向布置测线,得到振动随距离的衰减规律和频谱,作为设计院预测室内振动、确定是否需要减振措施的输入。
  3. 施工期间线路施工中的盾构、基坑和打桩会对沿线建筑造成施工振动,需要单独监测;建筑主体完成后可在结构上实测,提前核对设计预测。
  4. 开通或交付前线路试运行或建筑交付前测室内振动与二次噪声,验证轨道减振和建筑隔振措施的实际效果。
  5. 运营期间处理投诉、轨道或车辆状态变化、减振改造前后对比时复测,与早期数据比较。

测点布置、测量时段与评价思路

评价前先明确对象。对人,按相关标准根据建筑功能区和昼夜时段,采用规定的振动评价量和二次噪声评价量;对精密设备,按设备厂商或设计提出的振动要求;对结构,普通建筑在运营列车作用下一般不构成安全问题,古建筑和年久失修的建筑则需要单独评估。同一组数据,对不同对象的评价结论可能完全不同,报告中要分别说明。

  • 场地测量:地表测点沿垂直线路方向由近到远布置,记录与线路中心线的距离,测点与地面可靠结合。
  • 建筑测量:基础或首层靠近线路一侧柱根处设参考测点,各代表楼层楼板跨中和敏感房间设测点,多点同步采集。
  • 测量方向:以竖向为主,同时测两个水平方向,精密设备位置按设备要求确定方向。
  • 事件覆盖:记录足够多的列车通过事件,区分上下行、车型和运行速度,并单独采集无列车通过的背景时段。
  • 测量时段:覆盖白天高峰和夜间,住宅重点关注夜间末班车前后与早班车时段,同时记录线路运行图信息。
  • 仪器要求:传感器和采集系统低频响应要好,本底噪声低于被测信号,噪声测量与振动测量时间同步。

运营中振动变化的排查

线路开通时测量结果正常,几年后投诉增多,这种情况并不少见。轨道和车辆状态的变化会改变激励,排查时可以按下表对照。

现象可能原因排查方法
振动和二次噪声逐渐变大钢轨波浪形磨耗发展,车轮多边形磨耗,扣件或减振垫老化失效与历史数据对比;查看特征频率是否随列车速度移动;与运营方核对钢轨打磨和车轮镟修记录
只在某一方向或某一段线路明显曲线外轨、道岔、钢轨接头或伸缩调节器位置沿线多点测量,对照线路平面和纵断面
高楼层比低楼层更明显楼板或结构竖向共振放大各层同步测量,楼板锤击测固有频率
感觉不到振动却能听到轰隆声二次结构噪声室内振动与低频噪声同步测量,按列车事件对比
深夜停运后仍有类似振动工程车和轨道维修作业,或水泵、道路重车等其他振源测量覆盖维修作业时段,结合频谱和时刻区分来源

减振措施从哪里下手

轨道源头

钢轨打磨、车轮镟修、减振扣件、弹性轨枕或弹性支承块、浮置板道床。源头控制效果最直接,但重大措施需要在线路设计阶段落实,运营线路改造受行车条件限制。

浮置板与弹性措施的选型

这类措施的减振效果取决于系统固有频率要低于需要控制的频率,在固有频率附近反而会放大,选型应以实测或预测的频谱为依据,而不是只看措施类型。

传播路径

隔振沟、排桩或地下连续墙屏障对较高频率有一定作用,对低频长波长成分效果有限,深度和位置受场地条件约束,适用面较窄。

建筑整体隔振

在基础或转换层设置钢弹簧或厚层橡胶隔振支座,常用于车辆段上盖和紧邻线路的敏感建筑,必须在建筑设计阶段确定。

房间与设备局部措施

浮筑楼板、房中房用于录音、演播和高要求客房;精密设备配隔振台或独立基础,敏感房间避开楼板跨中和靠近线路一侧。

规划布局

敏感功能尽量远离线路布置,靠近线路一侧安排停车、商业和设备用房等对振动不敏感的功能。

现场测试怎么安排

现场测试由北京团队的工程师带仪器完成;测点方案、评价依据和报告形式在方案中与您确认。北京以外的项目按地点、测点数量和工期安排人员和仪器。需要配合材料检测或失效件分析的,可以与失效分析一并安排。

常见问题

住宅还在建,能提前知道地铁振动影响大不大吗?

可以。在场地上实测列车通过时的振动和衰减规律,结合建筑结构形式由设计院做预测;主体结构完成后再在楼板上实测,能较早核对预测结果,在交付前决定是否需要采取局部措施。

夜里能听到轰隆声,但感觉不到晃,这算振动问题吗?

算。这通常是二次结构噪声,楼板和墙体的振动在室内辐射出低频声,振动不大时声音也可能明显。测量要把室内低频噪声和楼板振动同步记录,并按列车通过事件对比,才能确认来源。

测一次需要覆盖多少趟列车?

要覆盖足够数量的列车通过事件,使结果具有代表性,并区分上下行、车型和运行速度,同时包括早晚和夜间时段。具体数量按相关标准和测量目的在方案中确定,背景时段也要单独记录。

医院要装磁共振,旁边有地铁,能装吗?

要在拟安装位置实测列车通过时的楼面振动,按设备厂商要求的物理量、方向和频段整理,再与要求比较。不满足时可以考虑换位置、设独立基础或采取隔振措施,最好在土建设计阶段就确定。

地铁开通几年后振动变大了,是什么原因?

常见原因是钢轨波浪形磨耗发展、车轮多边形磨耗、扣件或减振垫老化。特征频率随列车速度变化是波磨的典型表现,与早期数据对比并结合运营方的打磨和镟修记录,可以缩小原因范围。

已经做了浮置板道床,为什么还有影响?

浮置板只对高于其系统固有频率一定范围的振动有效,在固有频率附近可能放大。如果传入建筑的主要成分恰好落在这个频段,或者建筑楼板自身共振,效果就会打折扣,需要用实测频谱分析原因。

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