由于城市軌道交通系統(tǒng)（包括地下鐵道和城市高架輕軌）具有運(yùn)量大、速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成為解決城市交通擁擠的有效手段。國(guó)內(nèi)已經(jīng)擁有和正在建設(shè)軌道交通系統(tǒng)的城市越來(lái)越多，隨著城市軌道的延伸，其帶來(lái)的環(huán)境振動(dòng)污染等問題也越來(lái)越突出。在國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，北京交通大學(xué)教授夏禾主持的“城市軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)及防治對(duì)策研究”對(duì)此進(jìn)行了深入研究，并提出了減少建筑物振動(dòng)的系列措施。

環(huán)境振動(dòng)是一種嚴(yán)重污染

有研究機(jī)構(gòu)通過(guò)對(duì)我國(guó)幾個(gè)典型城市鐵路環(huán)境振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，離軌道中心線30米之內(nèi)區(qū)域的振動(dòng)加速度級(jí)大部分接近80分貝（dB）。“振動(dòng)試驗(yàn)表明，當(dāng)振動(dòng)加速度達(dá)65分貝時(shí)，對(duì)睡覺有輕微影響；振動(dòng)加速度達(dá)到69分貝時(shí)，所有輕睡的人將被驚醒；振動(dòng)加速度達(dá)到74分貝時(shí)，除酣睡的人，一般情況下，其他人將驚醒。”夏禾說(shuō)，“由于城市軌道交通系統(tǒng)投資巨大，一旦建成則很難改線和遷移，軌道交通的振動(dòng)污染一旦形成將長(zhǎng)期存在。因此，著手研究振動(dòng)污染規(guī)律、振動(dòng)產(chǎn)生的原因、振動(dòng)傳播途徑及控制方法具有非常重要的意義。”

交通振動(dòng)（主要是軌道交通振動(dòng)）是指因交通車輛引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)通過(guò)周圍地層（地下或地面）向外傳播，進(jìn)一步誘發(fā)附近地下結(jié)構(gòu)以及鄰近建筑物（包括室內(nèi)家具等）的二次振動(dòng)和噪聲。交通振動(dòng)會(huì)對(duì)附近建筑物特別是古舊建筑物的結(jié)構(gòu)安全以及一些精密儀器、居民和工作人員的生活、工作產(chǎn)生影響。

“為減輕環(huán)境振動(dòng)對(duì)居民和建筑物的干擾和影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了大量研究，試圖通過(guò)降低振源強(qiáng)度、切斷振動(dòng)傳播路徑、衰減振動(dòng)幅度、調(diào)整交通線路附近建筑物的自振特性等找到解決辦法，也取得了不錯(cuò)的效果。”夏禾說(shuō)。

研究表明，軌道交通系統(tǒng)振動(dòng)的振源主要來(lái)自以下方面：列車運(yùn)行時(shí)對(duì)軌道的重力加載所產(chǎn)生的沖擊；列車在運(yùn)行時(shí)，輪軌相互作用產(chǎn)生的車輪與鋼軌結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；當(dāng)車輪滾過(guò)鋼軌接頭時(shí)，輪軌相互作用產(chǎn)生的車輪與鋼軌結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；軌道的不平順和車輪的損傷等。對(duì)于高架輕軌系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其影響因素主要有列車速度、車輛重量、橋梁結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)類型、跨度、剛度、撓度等。同時(shí)，列車與橋梁的相互作用有時(shí)也會(huì)加大振動(dòng)作用。對(duì)于地下鐵路，其影響因素主要有列車速度、車輛重量、隧道基礎(chǔ)和襯砌結(jié)構(gòu)類型、軌道類型、是否采用隔振措施等。

從多個(gè)環(huán)節(jié)尋找解決辦法

由列車振動(dòng)引起的沿線地面建筑物的振動(dòng)，其振級(jí)的大小又與建筑物的結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)類型以及與地鐵的距離有密切的聯(lián)系。夏禾解釋說(shuō)，對(duì)于基礎(chǔ)良好、質(zhì)量較大的高層鋼筋混凝土建筑，由于其固有頻率低，不易被激勵(lì)起較大的振動(dòng)，因而其振級(jí)較自土壤傳來(lái)的振級(jí)有相當(dāng)大的衰減，衰減量可達(dá)10～20分貝，因此在距地鐵隧道水平距離32米處，高層建筑物地下室內(nèi)實(shí)測(cè)振級(jí)不大于60分貝，一層以上則測(cè)不出地鐵行駛時(shí)引起的振動(dòng)；基礎(chǔ)一般的磚混結(jié)構(gòu)住宅樓可衰減5～10分貝；而基礎(chǔ)較差的建筑，如輕質(zhì)結(jié)構(gòu)或淺基礎(chǔ)的建筑，則衰減量很少，其振級(jí)與土壤振級(jí)相近，甚至還會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)振動(dòng)大于室外地面振動(dòng)的現(xiàn)象。

“軌道交通系統(tǒng)引起的振動(dòng)通過(guò)土壤而傳遞到臨近結(jié)構(gòu)物造成振動(dòng)或破壞，因此，必須首先了解地表下波傳特性。同時(shí)，工程實(shí)際中遇到的土質(zhì)各種各樣，非常復(fù)雜，所以在研究波的傳播問題時(shí)，還要引入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的具體參數(shù)來(lái)解決振動(dòng)的波動(dòng)衰減問題。”夏禾說(shuō)。

振動(dòng)的有效隔阻可由河渠、橡膠墊層、板樁墻以及樁等屏障來(lái)截?cái)�、散射、繞射各種應(yīng)力波來(lái)實(shí)現(xiàn)。在彈性基礎(chǔ)、明溝和充填式溝渠三種隔離模式中，彈性基礎(chǔ)對(duì)較高頻率的隔振效果好，但由于彈性基礎(chǔ)的存在，軌道上的最大低頻速度和加速度會(huì)被放大，所以無(wú)論是對(duì)于運(yùn)行列車的平穩(wěn)性還是對(duì)周圍環(huán)境的隔振來(lái)說(shuō)，彈性基礎(chǔ)并不是很理想的方法；對(duì)于明溝和充填式溝渠而言，減振溝越深，減振效果越好，而減振效果與溝寬無(wú)關(guān)。對(duì)阻隔列車引起的振動(dòng)而言，明溝在三種方式中是最好的，可以完全切斷振動(dòng)波的傳播。但在實(shí)際應(yīng)用上，明溝有穩(wěn)定性的問題，須設(shè)置支撐構(gòu)架使其保持穩(wěn)定。對(duì)于低頻振動(dòng)，上述三種隔振措施所引起的效果都不大。

從減振效果來(lái)說(shuō)，碎石道床優(yōu)于整體道床，但碎石道床具有穩(wěn)定性較差、養(yǎng)護(hù)工作量大、自重較大、軌道建筑高度較大且道床易污染等缺點(diǎn)。所以對(duì)地鐵而言，一般都采用整體道床，其中包套式短枕整體道床、塑料短枕整體道床、浮置板式整體道床等幾種道床型式它們都可起到減振作用。無(wú)論是有碴道床還是整體道床，都可在道碴或凝土板下面設(shè)置橡膠減振墊，采用適當(dāng)?shù)膹椥钥奂�，可以增加整體道床的彈性。例如，在北京地鐵使用的DTI型和DTV型扣件中，DTV型扣件經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)比DTI型扣件可減少振動(dòng)5～8分貝。

彈性墊層是增加扣件彈性的重要組成部分，要改善整體道床的缺點(diǎn)，可采用高彈性墊層，或在鋼軌表面粘貼由高阻尼材料和約束板材構(gòu)成的復(fù)合阻尼板可以減小鋼軌的振動(dòng)。為探討阻尼板鋼軌的減振效果，研究人員在北京地鐵13號(hào)線西直門——大鐘寺段的鋼軌上安裝了阻尼板，并對(duì)有阻尼板和無(wú)阻尼板的鋼軌及橋面板進(jìn)行了測(cè)試對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明，在鋼軌上安裝阻尼板后，鋼軌軌腰的峰值加速度降低了6～7分貝，具有一定的減振效果。

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