地鐵段場上蓋物業(yè)振動(dòng)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(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)有一定現(xiàn)實(shí)意義。但是因物業(yè)位于停車場上方，振動(dòng)源產(chǎn)生的振動(dòng)通過結(jié)構(gòu)傳入上蓋建筑內(nèi)，對環(huán)境和人員產(chǎn)生一定影響。對這種影響進(jìn)行試驗(yàn)和理論分析，得出相關(guān)規(guī)律并據(jù)此采取規(guī)劃布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，降低振動(dòng)造成的影響。

關(guān)鍵詞:地鐵；車輛段；停車場；結(jié)構(gòu)；振動(dòng)

地鐵的車輛段、停車場(以下稱段場)一般布置在城市的郊區(qū)，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(jìn)行開發(fā)是必要的。國內(nèi)多個(gè)城市已經(jīng)進(jìn)行了車輛段上蓋大平臺的商業(yè)開發(fā)，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(yè)建筑等。地鐵段場上蓋綜合開發(fā)，是在地鐵段場的上部設(shè)計(jì)建造一個(gè)大面積的鋼筋混凝土平臺，平臺以下是地鐵段場，以上進(jìn)行綜合開發(fā)，開發(fā)內(nèi)容包括住宅、醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)建筑、體育館、公園、綠地等。但是，在地鐵段場上方進(jìn)行物業(yè)開發(fā)，也存在一些缺點(diǎn)，首先是投資巨大，其次是車場內(nèi)的振動(dòng)和噪聲對上方物業(yè)有不利影響。段場內(nèi)存在多種振源，產(chǎn)生的振動(dòng)沿著鋼軌、道床、結(jié)構(gòu)向上傳播，給人們的生產(chǎn)生活和周邊環(huán)境帶來不利影響。解決段場振動(dòng)產(chǎn)生的問題成為影響上蓋物業(yè)開發(fā)的關(guān)鍵因素。對于段場上蓋物業(yè)的減振研究及相關(guān)減振措施，已有眾多學(xué)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(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)劃布置方面的減振做一些探索。

1上蓋物業(yè)的振動(dòng)問題

1．1計(jì)算分析

由地鐵誘發(fā)的大地振動(dòng)響應(yīng)及對上蓋物業(yè)的影響是十分復(fù)雜的，當(dāng)前研究手段主要是采用現(xiàn)場實(shí)測分析，同時(shí)也可進(jìn)行仿真模擬，建立三維仿真模型進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果作為實(shí)測分析的必要補(bǔ)充和驗(yàn)證。謝偉平［1］建立了武漢某車輛段上蓋物業(yè)精細(xì)化有限元模型，計(jì)算分析上蓋物業(yè)的振動(dòng)響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明:車輛進(jìn)出段場引起上蓋建筑物的振動(dòng)頻率較高，房間內(nèi)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(jià)了地鐵車輛段列車運(yùn)行造成的環(huán)境振動(dòng)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(dòng)進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測。研究結(jié)果表明:當(dāng)車輛段試車線列車正常運(yùn)行時(shí)，臨近地面豎向振動(dòng)明顯大于水平振動(dòng)，在距離軌道0m～30m范圍之內(nèi)，受影響的建筑物內(nèi)部的振動(dòng)超過相關(guān)國家振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。

1．2上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響因素

上蓋物業(yè)建筑本身既是振動(dòng)的受體，又是振動(dòng)的傳播介質(zhì)。研究表明，建筑物的結(jié)構(gòu)形式、高度、基礎(chǔ)形式等很多因素都會對建筑物的振動(dòng)產(chǎn)生影響。魏龍［3］通過計(jì)算分析，研究了地鐵引起的上部結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)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(dòng)的影響較大，樓板厚度與各樓層豎向加速度振動(dòng)級相關(guān)，厚度每增加0．1m，振動(dòng)等級減小約2dB，這是由于增大了樓板厚度相當(dāng)于增大了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度，減弱了振動(dòng)強(qiáng)度。 2)基礎(chǔ)樁徑。從圖2曲線可以看出，建筑物基礎(chǔ)樁徑與各樓層振動(dòng)等級相關(guān)，樁徑每增加0．1m，加速度振動(dòng)等級減小約0．2dB。3)結(jié)構(gòu)形式。吳凱［4］探討了鄰近地鐵不同結(jié)構(gòu)形式的振動(dòng)特征，建筑結(jié)構(gòu)形式的不同直接導(dǎo)致了荷載傳遞路線的改變，受到振動(dòng)響應(yīng)也不同。針對地鐵運(yùn)營振動(dòng)對地鐵沿線不同結(jié)構(gòu)形式，對各類結(jié)構(gòu)形式的振動(dòng)定性分析如下:a．框架結(jié)構(gòu)建筑振動(dòng)響應(yīng)研究表明，振動(dòng)峰值隨著建筑物高度的增加而減小，且柱的振動(dòng)衰減要比周邊構(gòu)件更加顯著。b．砌體結(jié)構(gòu)樓板振動(dòng)隨層高而增大，振動(dòng)主要為10Hz～25Hz的低頻振動(dòng)。c．框剪結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種體系的結(jié)合，廣泛地應(yīng)用于各類房屋建筑。上蓋物業(yè)的建筑物一般采用框架結(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)。實(shí)踐表明，相同體量的框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)，后者的抗振效果好一些。

2上蓋物業(yè)減振措施

2．1前期規(guī)劃

1)建筑規(guī)劃布局。在地鐵段場前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，充分考慮段場上蓋物業(yè)開發(fā)的范圍、形式和規(guī)模，合理布局段場和上蓋物業(yè)的關(guān)系，在保證段場功能的前提下，通過合理的總體建筑規(guī)劃布局，降低上蓋物業(yè)的振動(dòng)影響。舉例來說，南昌地鐵蛟橋停車場在建設(shè)前，上蓋物業(yè)的開發(fā)納入了整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)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(fā)出的振動(dòng)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(fā)，車輛段內(nèi)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(yè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響。另外，上蓋開發(fā)為醫(yī)院、養(yǎng)老院等對振動(dòng)噪聲有高標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)的直接影響。2)減小試車線長度。根據(jù)汪益敏［2］的實(shí)測，當(dāng)車輛段試車線列車高速運(yùn)行時(shí)，引發(fā)的地面豎向振動(dòng)明顯大于水平振動(dòng)，加速度級的大小與車輛的速度直接相關(guān)。試車線越長，列車的速度越高，振動(dòng)加速度級越大。因此，從控制振動(dòng)的角度出發(fā)，進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)的段場，試車線的長度應(yīng)該進(jìn)行合理控制，必須使上蓋物業(yè)的振動(dòng)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2．2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

1)設(shè)置減振溝。在地表層段場內(nèi)軌道兩側(cè)設(shè)計(jì)減振溝，隔斷車輛、軌道的振動(dòng)由基礎(chǔ)或土體向豎向承載柱傳播，對上蓋建筑物的振動(dòng)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(nèi)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(dòng)有明顯衰減，溝深度的增加可以增強(qiáng)減振效果，溝寬度在1m時(shí)隔振效果最好。隔振溝靠近建筑物時(shí)隔振效果更好，隔振溝設(shè)置在地表時(shí)隔振效果最好。2)設(shè)置隔振樁。所謂隔振樁，就是在振源和保護(hù)目標(biāo)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(dòng)傳遞的影響較大。無論是建筑物的橫向振動(dòng)還是垂直振動(dòng)，隨著隔振樁排數(shù)的增加，建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)總體呈衰減趨勢。關(guān)于樁的位置，排樁鄰近建筑物時(shí)減振效果較好。同時(shí)隨著樁徑的增大，建筑物橫向振動(dòng)和垂向振動(dòng)的最大振級逐漸減小。3)在建筑物基礎(chǔ)上設(shè)置隔振支座。一般用橡膠隔振支座進(jìn)行柱底隔振，彈簧橡膠支座的隔振原理是在建筑物底部設(shè)置橡膠支座，對下方基礎(chǔ)傳來的振動(dòng)起到緩沖作用。橡膠支座的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，也容易施工，有一定減振效果，缺點(diǎn)是使用壽命只有20年～30年，一旦達(dá)到使用壽命或損壞，減振效果消失，其更換比較麻煩。4)在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置減振器。地鐵段場蓋下由于使用功能的需求，建筑物的結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其柱網(wǎng)間距較大，而上部物業(yè)建筑一般柱網(wǎng)間距較小，且蓋上建筑剪力墻無法落地，需在蓋上設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。夏靖［6］提出，將轉(zhuǎn)換層的梁上下分成兩個(gè)部分，在上部混凝土梁內(nèi)設(shè)置減振器，落在轉(zhuǎn)換層的下梁，實(shí)際應(yīng)用情況表明，這種措施具有較好的減振效果，同時(shí)施工方便，造價(jià)較低，施工后的維護(hù)、更換都比較方便。5)合理選擇結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)前文論述，不同的結(jié)構(gòu)形式對振動(dòng)的響應(yīng)是不同的。在常用的砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)中，在受力、經(jīng)濟(jì)等條件允許的情況下，建議選擇框剪結(jié)構(gòu)作為上蓋物業(yè)的結(jié)構(gòu)形式，以提高建筑的抗振性能。

3結(jié)語

地鐵段場的上蓋開發(fā)在很多情況下是必要的，相關(guān)案例也越來越多。但是要解決段場內(nèi)的振動(dòng)對上部物業(yè)的不利影響是一個(gè)復(fù)雜的問題。本文對傳統(tǒng)的車輛、軌道減振領(lǐng)域以外的減振方法進(jìn)行了總結(jié)和分析，在建筑規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面提出了一些具體方法，有些方法已經(jīng)在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn):

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

［2］汪益敏．地鐵車輛段試車線列車振動(dòng)影響的試驗(yàn)研究［J］．華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014(12):1-8．

［3］魏龍．地鐵列車運(yùn)行誘發(fā)的振動(dòng)對環(huán)境的影響研究［D］．蘭州:蘭州交通大學(xué)，2016．

［4］吳凱，賈慧娟，陳曦，等．地鐵運(yùn)行激勵(lì)下鄰近建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響因素及評價(jià)指標(biāo)研究［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2020，47(4):3-4．

［5］王藝臻．城市軌道交通地下線誘發(fā)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(xué)，2019:3-4．

［6］夏靖．車輛段上蓋結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．青島:青島理工大學(xué)，2017．

作者：楊洪杰 宋衛(wèi)華 單位：上海申通軌道交通研究咨詢有限公司