摘要：尽管地下轨道快速交通对城市的发展有着突出的贡献，为居民出行带来极大的便利，但是地铁运行诱发的振动问题受到公众越来越多的关注。地铁运行诱发隧道结构振动，并通过周围地层向外传播，传向周边地表及建筑物基础，从而引发地铁周边的环境振动和建筑结构的振动，进而诱发建筑物内部的二次振动。地铁运行引起的环境振动会影响建筑物的结构安全；影响建筑中居住居民的正常休息、工作和日常生活；更对相关单位生产和使用对振动有较高要求的精密仪器设备产生较大的影响。
关键词：地铁；振动传播；影响规律
1地铁振动传播
1.1振动的形成
列车轮轨相互作用产生的振动是引起地铁振动的主要原因。而车轮形状的差异，轨道的平直程度和刚度条件，车体结构的振动则会影响轮轨的相互作用。列车的载重、车速、钢轨踏面及一些细节情况都会影响列车的振动荷载，这些荷载在不同条件下耦合并相互作用便形成了振动。
1.2振动的传播与衰减
车辆在运行过程中，轮轨之间的作用力不断变化，进而产生振动。这种振动通过轨道传到轨道扣件和道床，再传到土层，通过土层向四周传播，进而影响附近地下结构或地面建筑物产生振动。影响列车振动的因素主要包括列车、轨道、隧道、建筑物及地质条件等，如表1所示。
表1影响地铁振动的因素
此外，有关地铁轨道与建筑物的控制距离的规定的规范也较少，仅《地铁设计规范》（GB50157—2003）中给出了轨道中心线距各类区域敏感点的控制距离，对于居民、文教区和机关的I、II、III类建筑，外轨中心线与敏感建筑物的水平间距应不小于30m；商业与居民混合区、商业集中区的敏感点的I、II、III类建筑，外轨中心线与敏感建筑物的水平间距应不小于25m
在《环境影响评价技术导则城市轨道交通》（HJ453—2008）中则规定评价范围为距地下线路外侧中心线两侧60m。
2地铁振动的影响
2.1地铁振动对建筑结构的影响
不同于地震在短时间内对建筑结构的安全造成严重的破坏，地铁运行引起振动响应的振动幅值较小，相对于地震地铁运行引起的震动荷载能量也相对较小，但长时间循环往复地作用在建筑结构上，将引起建筑结构的应力集中和动力疲劳，对长期处在振动环境中的建筑结构造成不良影响，导致结构出现开裂或变形，使建筑结构的强度降低，情况严重时，则会危及建筑结构的正常使用和安全。尤其在一些曾发生过地震的地区，已经经受过剧烈的地震作用的建筑结构更易由地铁振动引起破坏。很多古建筑都采用如石材等脆性材料堆砌而成，若这些古建筑长时间处于振动环境中，即便环境振动很微弱，但也可能会引起石材间的填充料松散脱落，出现裂缝，影响石材间的紧密作用，甚至造成古建筑结构的破坏。
在我国包括西安大雁塔、杭州六和塔、北京戒台寺等很多著名的历史遗迹在振动的影响下都出现了不同程度的破坏。北京、西安、南京等历史古都现存大量文物古建筑，随着城市的快速建设，地铁线路附近难免会存在一些文物建筑，但由于其年代久远，结构的耐久性和抗振性能日渐衰退，而且部分结构曾遭受破坏，若长期处于振动状态，可能会导致古建筑结构开裂，强度降低，日积月累甚至导致结构松散、倒塌。
2.2地铁振动对人体的影响
相关研究表明，由地铁运行而引起室内干扰的振动大多为是20～200Hz的低频。通过对上海地铁某线路的现场振动测试，得出结构振动响应振级最大值为55dB～90dB左右，振动频率主要集中在40Hz～120Hz之间等结论。目前研究中，将20Hz～250Hz左右的噪声定义为低频噪声，所以目前地铁振动对人影响主要是二次结构噪声，属于低频噪声的范畴。不同于高频噪声，即使距离噪声源越远，低频噪声的衰减都表现得十分缓慢，而且由于低频噪声的声波波长较长，障碍物对低频噪声的衰减也较小，吸收低频噪声需要用四分之一波长厚度的吸声材料，若在建筑结构中阻止低频噪声的传播，则需要较为厚重的墙体才能让其衰减至可接受的水平，但目前建筑结构设计中时常会忽略低频噪声的不良影响。
地铁运行引起的振动对人体的影响主要包括：振动损害人体健康、振动干扰人的日常生活、振动降低工作效率。
2.3地铁振动对精密仪器的影响
处于环境振动作用下，激光、电子显微镜、电子天平等精密和超精密仪器的使用等都会受到较大的不良干扰，若外界的扰动超过其振动的速度最大限值时，则会使其发生振动或抖动，致使读数不准、精度下降。振动剧烈则会造成某些仪器的指针失灵、零件松散、寿命缩短、不能正常工作、甚至损耗破坏。为保证精密仪器设备和精加工机床工作精密度和准确度的要求，外科手术工具、集成电路等精密仪器和设备的生产，对环境振动都有不同的允许振动要求。若环境振动超过限值时，会严重影响产品的光亮度、圆滑度、垂直度或尺寸精确度等。
相对于建筑结构和人体，一些精密和超精密仪器设备对环境振动的要求更为严格，通常精密仪器设备的生产厂商都会在说明书中对该仪器设备的允许环境振动值提出要求。在《隔振设计规范》（GB50463-2008）中也规定了精密仪器和设备容许振动线位移和速度值。如每毫米刻3600条的光栅刻线机的竖向振动容许振动速度为0.01mm/s；自控激光光波比长仪及光栅刻线检刻机、80万倍电子显微镜、14万倍扫描电镜、精度0.02μm干涉仪、精度0.01μm的光管测角仪的竖向振动容许振动速度为0.03mm/s；表面粗糙度为0.012μm的超精密车床、铣床、磨床等的竖向振动容许振动速度为0.03mm/s。
总上所述，自我国1965年修建地铁至今已有52年，很多大中城市都修建了地铁，缓解了交通拥挤的状况，并带动了周边经济的发展。地铁给人们带来方便的同时也带来了振动和噪声等环境问题，超标的振动污染影响了人们的正常生活。我国在地铁减振方面的研究起步比较晚，早期修建的地铁忽视了振动的问题，运营之后再投入改造，困难大，不经济。因此，在地铁运营前合理规划减振措施是很有必要的。
参考文献：
[1]李亚兰，门玉明，蔡琳祥.地裂缝场地下地铁振动荷载传播特性试验研究[J].东南大学学报(自然科学版)，2016，46(S1)：225-229.
[2]吴宗臻.地铁列车振动环境影响的传递函数预测方法研究[D].北京交通大学，2016.
[3]魏龙.地铁列车运行诱发的振动对环境的影响研究[D].兰州交通大学，2016.
[4]张胜龙.地铁列车引起的周围建筑物振动及二次噪声预测研究[D].北京交通大学，2016.
[5]中华人民共和国国家标准.地铁设计规范(GB50157-2013)[S].2014.
论文作者:田莹
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/9/18
标签：地铁论文; 噪声论文; 建筑结构论文; 低频论文; 环境论文; 精密论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第26期论文;