地鐵段場上蓋物業振動控制措施

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摘要:城市地鐵車輛段或停車場占地面積大，在土地資源緊張的情況下，對其進行上蓋物業開發有一定現實意義。但是因物業位于停車場上方，振動源產生的振動通過結構傳入上蓋建筑內，對環境和人員產生一定影響。對這種影響進行試驗和理論分析，得出相關規律并據此采取規劃布置和結構設計措施，降低振動造成的影響。

關鍵詞:地鐵；車輛段；停車場；結構；振動

地鐵的車輛段、停車場(以下稱段場)一般布置在城市的郊區，段場面積一般有20hm2～30hm2，是地鐵工程的重要組成部分。在城市土地資源緊張的情況下，對地鐵段場上部空間進行開發是必要的。國內多個城市已經進行了車輛段上蓋大平臺的商業開發，在段場大平臺上興建住宅及配套社會車輛停車場及其他商業建筑等。地鐵段場上蓋綜合開發，是在地鐵段場的上部設計建造一個大面積的鋼筋混凝土平臺，平臺以下是地鐵段場，以上進行綜合開發，開發內容包括住宅、醫院、學校、商業建筑、體育館、公園、綠地等。但是，在地鐵段場上方進行物業開發，也存在一些缺點，首先是投資巨大，其次是車場內的振動和噪聲對上方物業有不利影響。段場內存在多種振源，產生的振動沿著鋼軌、道床、結構向上傳播，給人們的生產生活和周邊環境帶來不利影響。解決段場振動產生的問題成為影響上蓋物業開發的關鍵因素。對于段場上蓋物業的減振研究及相關減振措施，已有眾多學者提出大量成果，但大部分都是集中在車輛、軌道等方面，本文從物業結構設計和規劃布置方面的減振做一些探索。

1上蓋物業的振動問題

1．1計算分析

由地鐵誘發的大地振動響應及對上蓋物業的影響是十分復雜的，當前研究手段主要是采用現場實測分析，同時也可進行仿真模擬，建立三維仿真模型進行計算分析，計算結果作為實測分析的必要補充和驗證。謝偉平［1］建立了武漢某車輛段上蓋物業精細化有限元模型，計算分析上蓋物業的振動響應。計算結果表明:車輛進出段場引起上蓋建筑物的振動頻率較高，房間內樓板鉛垂向Z振級隨著高度的增加先減小后增大。汪益敏［2］分析和評價了地鐵車輛段列車運行造成的環境振動影響，對廣州地鐵3號線廈滘車輛段試車線臨近地面及建筑物振動進行了現場實測。研究結果表明:當車輛段試車線列車正常運行時，臨近地面豎向振動明顯大于水平振動，在距離軌道0m～30m范圍之內，受影響的建筑物內部的振動超過相關國家振動標準。

1．2上蓋物業的振動影響因素

上蓋物業建筑本身既是振動的受體，又是振動的傳播介質。研究表明，建筑物的結構形式、高度、基礎形式等很多因素都會對建筑物的振動產生影響。魏龍［3］通過計算分析，研究了地鐵引起的上部結構物的振動影響因素。1)建筑物的樓板厚度。從圖1曲線可以看出，建筑物樓板厚度的變化對樓層振動的影響較大，樓板厚度與各樓層豎向加速度振動級相關，厚度每增加0．1m，振動等級減小約2dB，這是由于增大了樓板厚度相當于增大了結構的質量和剛度，減弱了振動強度。 2)基礎樁徑。從圖2曲線可以看出，建筑物基礎樁徑與各樓層振動等級相關，樁徑每增加0．1m，加速度振動等級減小約0．2dB。3)結構形式。吳凱［4］探討了鄰近地鐵不同結構形式的振動特征，建筑結構形式的不同直接導致了荷載傳遞路線的改變，受到振動響應也不同。針對地鐵運營振動對地鐵沿線不同結構形式，對各類結構形式的振動定性分析如下:a．框架結構建筑振動響應研究表明，振動峰值隨著建筑物高度的增加而減小，且柱的振動衰減要比周邊構件更加顯著。b．砌體結構樓板振動隨層高而增大，振動主要為10Hz～25Hz的低頻振動。c．框剪結構是框架結構和剪力墻結構兩種體系的結合，廣泛地應用于各類房屋建筑。上蓋物業的建筑物一般采用框架結構或框剪結構。實踐表明，相同體量的框架結構和框剪結構，后者的抗振效果好一些。

2上蓋物業減振措施

2．1前期規劃

1)建筑規劃布局。在地鐵段場前期規劃設計階段，充分考慮段場上蓋物業開發的范圍、形式和規模，合理布局段場和上蓋物業的關系，在保證段場功能的前提下，通過合理的總體建筑規劃布局，降低上蓋物業的振動影響。舉例來說，南昌地鐵蛟橋停車場在建設前，上蓋物業的開發納入了整體的規劃設計中。地鐵停車場至上蓋平臺之間，段場本身的高度有三層樓高，減輕了地鐵線發出的振動對上部建筑的影響。我國香港地鐵將軍澳車輛段的上蓋開發，車輛段內地面至上蓋之間高度大于10m，鋼筋混凝土大平臺的厚度為2m，這樣的建筑布局和大面積、大厚度的鋼筋混凝土平臺，顯著降低了下部段場對上部物業結構的振動影響。另外，上蓋開發為醫院、養老院等對振動噪聲有高標準要求的建筑，這些建筑不要直接布置在緊鄰大平臺的正上方，以減小振動的直接影響。2)減小試車線長度。根據汪益敏［2］的實測，當車輛段試車線列車高速運行時，引發的地面豎向振動明顯大于水平振動，加速度級的大小與車輛的速度直接相關。試車線越長，列車的速度越高，振動加速度級越大。因此，從控制振動的角度出發，進行上蓋物業開發的段場，試車線的長度應該進行合理控制，必須使上蓋物業的振動達到相關標準。

2．2結構設計措施

1)設置減振溝。在地表層段場內軌道兩側設計減振溝，隔斷車輛、軌道的振動由基礎或土體向豎向承載柱傳播，對上蓋建筑物的振動控制有明顯的作用。王藝臻［5］分析了隔振溝的深度、寬度、位置以及溝內填充條件等因素的隔振效果。研究表明，隨著溝深的增加，各層垂向振動有明顯衰減，溝深度的增加可以增強減振效果，溝寬度在1m時隔振效果最好。隔振溝靠近建筑物時隔振效果更好，隔振溝設置在地表時隔振效果最好。2)設置隔振樁。所謂隔振樁，就是在振源和保護目標之間建造一排或幾排混凝土或其他材料的樁，研究表明，隔振樁的排列形式和其相對位置對振動傳遞的影響較大。無論是建筑物的橫向振動還是垂直振動，隨著隔振樁排數的增加，建筑結構振動總體呈衰減趨勢。關于樁的位置，排樁鄰近建筑物時減振效果較好。同時隨著樁徑的增大，建筑物橫向振動和垂向振動的最大振級逐漸減小。3)在建筑物基礎上設置隔振支座。一般用橡膠隔振支座進行柱底隔振，彈簧橡膠支座的隔振原理是在建筑物底部設置橡膠支座，對下方基礎傳來的振動起到緩沖作用。橡膠支座的優點是成本較低，也容易施工，有一定減振效果，缺點是使用壽命只有20年～30年，一旦達到使用壽命或損壞，減振效果消失，其更換比較麻煩。4)在結構轉換層設置減振器。地鐵段場蓋下由于使用功能的需求，建筑物的結構采用鋼筋混凝土框架結構，其柱網間距較大，而上部物業建筑一般柱網間距較小，且蓋上建筑剪力墻無法落地，需在蓋上設置結構轉換層。夏靖［6］提出，將轉換層的梁上下分成兩個部分，在上部混凝土梁內設置減振器，落在轉換層的下梁，實際應用情況表明，這種措施具有較好的減振效果，同時施工方便，造價較低，施工后的維護、更換都比較方便。5)合理選擇結構形式。根據前文論述，不同的結構形式對振動的響應是不同的。在常用的砌體結構、框架結構和框剪結構中，在受力、經濟等條件允許的情況下，建議選擇框剪結構作為上蓋物業的結構形式，以提高建筑的抗振性能。

3結語

地鐵段場的上蓋開發在很多情況下是必要的，相關案例也越來越多。但是要解決段場內的振動對上部物業的不利影響是一個復雜的問題。本文對傳統的車輛、軌道減振領域以外的減振方法進行了總結和分析，在建筑規劃和結構設計方面提出了一些具體方法，有些方法已經在實際工程中得到了應用，取得了良好的效果。

參考文獻:

［1］謝偉平．地鐵車輛段上蓋物業車致振動分析［J］．振動與沖擊，2016(8):110-115．

［2］汪益敏．地鐵車輛段試車線列車振動影響的試驗研究［J］．華南理工大學學報，2014(12):1-8．

［3］魏龍．地鐵列車運行誘發的振動對環境的影響研究［D］．蘭州:蘭州交通大學，2016．

［4］吳凱，賈慧娟，陳曦，等．地鐵運行激勵下鄰近建筑結構振動的影響因素及評價指標研究［J］．建筑結構，2020，47(4):3-4．

［5］王藝臻．城市軌道交通地下線誘發鄰近建筑物振聲特性及控制方法研究［D］．北京:北京交通大學，2019:3-4．

［6］夏靖．車輛段上蓋結構振動控制關鍵技術研究［D］．青島:青島理工大學，2017．

作者：楊洪杰 宋衛華 單位：上海申通軌道交通研究咨詢有限公司