1、第 卷第期 年月交 通 运 输 工 程 学 报 收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（，）；广东省基础与应用基础研究基金项目（，）作者简介：邹超（），男，广西桂林人，广东工业大学副教授，工学博士，从事轨道交通环境振动与噪声研究。通讯作者：冯青松（），男，山西榆社人，华东交通大学教授，工学博士。引用格式：邹超，冯青松，何卫列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述交通运输工程学报，（）：，（）：文章编号：（）列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述邹超，冯青松，何卫（广东工业大学 土木与交通工程学院，广东 广州 ；华东交通大学 轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室，江西
2、 南昌 ；中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 ）摘要：为深化对地铁车辆段与上盖建筑环境振动影响因素的认识，从振源特点、控制标准、传播规律、预测方法及减振措施这个方面系统回顾了工程实践和研究成果，并探讨了目前存在的问题与后续研究的方向。研究结果表明：现有地铁车辆段与上盖建筑环境振动评价与控制标准不统一，有必要在现行标准的基础上对车辆段进行合理分区，制定科学、统一、合理的标准；上盖建筑振动来源于与轨道不同距离的承重结构能量的叠加，振动量级取决于振动源强、土与建筑结构的耦合损耗以及上部转换结构的能量衰减；从合成振级上看，振动随楼层的变化并非单调增减；从分频振级上看，低频段振动在不同楼层体现出整
3、体振动的特点，在峰值频率以上的高频段随楼层的增大呈衰减趋势；振源随机性、土与结构接触的不确定性、上盖建筑结构的振动传播特性等因素均对振动在建筑内的传播规律有较大影响，也是决定环境振动预测方法准确性的关键因素；应根据车辆段振源特点对其进行分区，对工程设计不同时期进行分段，进一步研究振动传递路径清晰且便于高效应用的上盖建筑振动预测方法；车辆段减振措施设计主要依赖振源处减振，传播路径隔振和敏感目标自身隔振技术的研究与应用明显不足，有必要研究传播路径永久性隔振措施在近振源场的隔振效果与适用性，推进建筑结构减振措施设计与应用，实现振源、传播路径和敏感目标的综合性减振设计。关键词：轨道交通；环境振动；地铁
4、车辆段；振动控制；传播规律；预测方法；减振措施中图分类号：文献标志码：，（，；，；，）：，交通运输工程学报 年 ，：；：（），；（），：（，）；（，）引言随着城市的快速扩张，为节省土地资源、减少出行时间，城市轨道交通迅猛发展，已成为备受青睐的公共交通工具。截至 年底，国内已有 座城市开通了城轨交通线路，其中地铁运营线路总里程达 ，为人们日常出行提供了便利，缓解了地面交通压力。地铁车辆段是地铁系统的配套设施，占地面积大，承担着地铁车辆的停放、检修、清洗、试车等任务。为了提高土地资源使用效率，缓解城市用地紧张，继北京地铁八王坟车辆段成功完成上盖开发后，中国多个城市开展了地铁车辆段的上盖建筑规划与建
5、设。这一模式让上盖建筑充分享受了轨道交通红利，实现了一地两用，进一步缩短了城市轨道交通走廊与建筑之间的距离，带动了物业增值，同时物业开发也可为地铁建设募集资金，实现共赢。然而，振动源与建筑之间距离的减小使得地铁列车运行对建筑第期邹超，等：列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述的不利影响程度进一步扩大。地铁列车运行产生的振动经由轨道两侧建筑基础传递到上盖建筑，进而引发建筑结构振动，诱发二次结构噪声。尽管地铁车辆段内列车运行引起的振动响应尚不足以威胁上盖结构安全，但可能导致上盖建筑使用者出现烦恼甚至紧张心理，降低居住环境质量，影响工作效率，从而降低上盖建筑的使用功能性，已成为上盖建筑后续
6、发展中亟待控制的核心问题之一。该影响如果不能得到妥善解决，造成的居民投诉及居民对政府公信力的质疑也将使政府相关部门面临巨大的舆论压力。国外利用地铁车辆段上部空间资源进行物业开发的案例并不多。日本由于人均占地面积少，为了提高土地利用率，同时筹措部分资金供给地铁系统建设和运营，在修建地铁系统时利用其上部空间进行物业 开 发，积 累了 一些 可供借 鉴 的 成功 经验。中国地铁车辆段的上盖建筑开发在参考国内外发展模式的基础上形成了种模式：地下模式、地面模式和高架模式，如图所示，其多为大底盘多塔结构体系。这种建筑结构型式对地铁列车运行产生的振动传播规律影响显著。首先是振源与受振体空间关系的特殊性，车辆
7、段列车运行线路位于上盖建筑正下方，竖向承重结构与线路距离近，车致振动能量未经大幅衰减即可传播至结构基础；其次是平面布局的特殊性，车辆段具有不同的功能分区，轨道结构型式、线形和运行车速不同决定了振源频率特性的不同，从而影响了上盖建筑的振动特性；最后是结构型式的特殊性，上盖平台和转换层对上盖建筑发挥承重作用的同时，改变了振动传播路径。由此可见，充分掌握车致振动传播规律是研究地铁车辆段与上盖建筑环境振动的基础。图地铁车辆段与上盖建筑开发模式 基于带上盖建筑开发地铁车辆段的特点，部分地铁车辆段通过设计加厚的上盖盖板、设置结构转换层、采用减振垫或减振扣件等措施来进行减隔振，以使车辆段上盖建筑满足城市区域
8、环境和建筑振动相关标准的要求。减隔振措施的使用取决于振动预测结果，受振动预测方法和预测精度影响较大。目前，各地进行减隔振措施设计所参考的振动预测值多来源于环境影响报告，或采用类比测试的方式预估振动量级，预测精度很难满足工程实际要求。为保证上盖建筑的振动达到振动控制标准，往往采用较高等级的保守减振措施，导致了不必要的经济损失。总体上看，带上盖建筑开发的地铁车辆段在中国出现和发展的历史较短，虽积累了部分实际工程经验，但相关理论体系尚不完善，仍处于研究探索并逐步趋于完善的阶段。本文总结和梳理了地铁车辆段与上盖建筑环境振动的振源特点、控制标准、传播规律、预测方法和控制措施等方面的研究进展，并探讨了目前
9、地铁车辆段研究中存在的问题，以期为地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究提供参考和借鉴。车辆段振源特点地铁车辆段工艺流程繁多，功能复杂，虽然地铁车辆段电机、通风系统和维修机械运转也会产生振动，但相对而言最显著的振动源是地铁列车空载运行产生的振动，并且与地铁正线有显著区别。依据地铁车辆段振源的特点，结合线路功能，可将车辆段分为出入段线、咽喉区、停车列检库、检修库以及试车线等振动敏感区域，如表所示，典型车辆段布局如图所示，其中：在停车列检库与检修库列车运行速度较慢，引起的振动相对较小；振动影响较大的区域主要是列车进出车辆段的出入段线（含 型槽）、列车运行速度较高的试车线以及具有较多钢轨接头、道岔以及小半
10、径曲线轨道的咽喉区；另外，地铁交通运输工程学报 年表地铁车辆段振动敏感区域 功能分区列车速度（）线路特点用途检修库 直线无砟轨道车辆检修与维护停车列检库 直线无砟轨道车辆停放与巡检试车线与正线一致直线、曲线有砟轨道车辆动态性能试验咽喉区 直线、小半径曲线有砟轨道，道岔、轨道接头较多车辆段各种作业必经之地出入段线 直线、曲线有砟无砟轨道，含型槽连接地铁正线与车辆段图典型地铁车辆段布局 车辆段出入段线与咽喉区列车运行引起的振动产生时段相对集中，主要发生在早晨发车时段（：）、早高峰后部分车辆收车时段（：）、晚高 峰发车时 段（：）、夜 间 收 车 时 段（：）。由于振动时段的特殊性，对上盖建筑居民影
11、响较大。振动控制标准合理评估地铁运营引起的振动对上盖建筑的影响已经成为城市轨道交通环境影响评价的重要方面，但是对于室内振动评价量的使用，中国的标准并不统一。国际 标准指出，评价轨道交通引起的第期邹超，等：列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述建筑室内振动应根据人类可察觉的建筑室内振动对于全身的振动反应，主要使用计权振动加速度级来评价振动对人的影响，在基本评价方法可能会低估振动影响的情况下（高波峰因素、偶然性冲击、瞬态振动等），还应采用四次方振动剂量等指标进行评价。中国现行国家标准和行业标准中，能供地铁车辆段环境振动及上盖建筑振动测量、振动影响评价与振动控制参考的标准包括 城市区域环境
12、振动标准（）、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（）、建 筑 工 程 容 许 振 动 标 准（）和 住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准（）。随着北京和上海城市轨道交通系统的建设、发展和完善，两地也颁发了城市轨道交通上盖建筑振动控制相关的地方标准：地铁车辆段、停车场区域建设 敏 感 建 筑 项 目 环 境 噪 声 与 振 动 控 制 规 范（）和 城市轨道交通上盖建筑设计标准（）。评价指标基本参照上述个标准。中国现行振 动评价指标主要 为 最 大振 级 和分频最大振级 ，能够较好地反映振动强度和峰值的影响，但是并未给出分频最大振级的具
13、体计算方法。杜林林等分别采用线性平均法、峰值保持法和最大值保持法计算得到了 （图），发现分频最大振级差异可达 ，峰值保持法的计算结果为最不利情况，为确保评价对象的振动舒适度，推荐采用峰值保持法确保振动评价的可靠性。此外，最大振级和分频最大振级缺少对振动持续时间的考量，而四次方振动剂量 虽然可以充分考虑振动持续时间的影响，但是在振动持续时间较短时又可能会低估其环境振动影响。表比较了中国现行国家及行业标准中给出的容许振动限值，其中 中一级为适宜达到的限值，二级为不得超过的限值。图不同算法间计权分频振级对比 表中国现行国家及行业标准中容许振动限值比较 类别 昼间夜间昼间夜间昼间夜间昼间夜间评价指标
14、（）对振动敏感、要求较高的特殊区域 一般住宅区卧室起居室（厅）（一级）、（二级）（一级）、（二级）（一级）、（二级）金融商业区或办公区 工业生产区 交通干线道路两侧 铁路干线两侧 通过表可以发现：中规定了城市区域环境振动要求的限值，主要适用于室外振动，振级计权采用的是 ：中推荐的旧计权曲线，该计权曲线已废止，并在 ：中发布了新的频率计权曲线（计权），但 中采用的计权曲线并未更新，在缺乏暴露响应关系基础研究的背景下，有待进一步研究反映中国人体振动暴露响应关系的频率计权方式，使振动评价更为合理与适用；中给出的限值针对城市轨道交通振动源，加速度级计权采用的是 ：中推荐的新计权曲线，与旧计权曲线相比，
15、限值严格了约。其计算结果受分析时间的影响较大，若以一列车过车时段为分析时间，该规范的限值与 交通运输工程学报 年 中的要求相当；若以为分析时间，则该规范显著严格。中针对交通振动给出的评价指标为四次方振动剂量，虽然采用 进行振动舒适度评价可以更好地与国外标准接轨，但 与 或 之间无法进行对应换算，该评价指标在中国振动舒适度评价的应用中尚不成熟，使用较少。中规定了针对城市轨道交通引起的住宅振动测量评价应采用振级最大值 和倍频程（中心频率 ）铅垂向振动加速度级最大值 ，数据处理时对最大值进行修正，修正后的测量值作为室内振动是否超标的评价量。由于 中分频振动限值使用新 计权曲线 进行 计 算，通 过比
16、 较，一级限 值与 中居民、文教区限值相当，二级限值则比 宽松。和 中评价的振动频率范围为 ，中评价的振动频率范围为 ，部分实测车辆段上盖建筑内车致振动竖向响应频率主要在 以下，高频振动成分衰减很快。结合国外标准规定的建筑振动舒适度评价频率范围，评价地铁车辆段上盖建筑室内振动对人体的影响时，将频率范围设定在 比较合理。工程实践中，各单位对地铁车辆段与上盖建筑开发环境振动评价与控制标准的使用并不统一，目前大多数车辆段选择 作为评价标准，但由于适用范围的选择不同导致振动限值并不一致，居民、文教区、混合区、商业中心区以及交通干线道路两侧作为车辆段的适用地带范围均有采用；少量车辆段参考了 ，如北京马泉营车辆段，因此，有必要在现行标准的基础上，依据车辆段的振源特点进行合理分区，制定科学、统一、合理的振动控制标准，确保上盖建筑的振动舒适度。振动传播规律地铁列车运行对上盖建筑环境振动影响研究涉及列车随机振动荷载产生、振动在土层中的传播规律及振动对建筑的影响等多方面内容。轮轨动力相互作用是振动产生的根源，振动从振源处通过轨道结构传递到周围介质，进而以应力波的形式传递到建筑基础，引起建筑振动。目前，地铁