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。
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。
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。
| 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 |
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。
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。
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 |
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。