地鐵與公共建筑合建振動噪聲影響分析及控制技術(shù)研究成果小結(jié)

1、地鐵與公共建筑合建振動噪聲影響分析及控制技術(shù)研究主要完成單位：上海申通地集團有限公司同濟大學上海市科技館主要完成人員：周順華 、徐曉紅 、劉加華 、蔡 蔚 、顧建生 、韋 凱 、劉 揚 1. 研究背景隨著國內(nèi)城市軌道交通的快速建設和發(fā)展，為充分利用地下空間和軌道交通帶來的便利，公用建筑與地鐵一體化共建的情況日益增多，如上海自然博物館與地鐵13號線綜合工程、2號線與虹橋綜合樞紐工程等。然而，地鐵運行必將產(chǎn)生公用建筑物的振動、同時引發(fā)結(jié)構(gòu)二次噪聲，為滿足公用建筑的使用功能要求，必須對地鐵的振動噪聲加以控制。但由于目前國內(nèi)關(guān)于公共

2、建筑物振動和噪聲的控制標準尚不完善，也未形成較為成熟的計算方法和仿真技術(shù)，軌道交通的減振降噪技術(shù)和相關(guān)施工工藝也處于探索階段，因此，有必要對地鐵與公用建筑一體化建設時的振動與噪聲控制技術(shù)進行深入研究。由上海市科委立項，上海申通地鐵集團有限公司牽頭，聯(lián)合同濟大學和上海市科技館進行該課題的研究。2. 課題的總體目標和技術(shù)路線提出地鐵與公用建筑一體化建設時振動噪聲控制標準建議值，完成車軌隧建筑物振動噪聲仿真計算方法，并完成了綜合控制技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品、相關(guān)施工工藝，達到經(jīng)濟合理、滿足使用要求的目的。以13號線自然博物館共建工程作為示范工程，以滿足其使用功能的基本要求。3. 項目主要研究內(nèi)容(1)軌道交通

3、振動噪聲測試和評估方法研究在對國內(nèi)外振動噪聲測試技術(shù)和標準研究的基礎上，對軌道交通振動噪聲的測試和評價方法做出統(tǒng)一規(guī)定，提出軌道交通振動噪聲規(guī)范化測試和評估方法，以便在相對同一的平臺上客觀評價減振降噪產(chǎn)品的性能，實現(xiàn)振動噪聲測試和產(chǎn)品性能評估的規(guī)范化與標準化。(2)自然博物館振動噪聲控制標準建議值及類似場地測試分析研究參考現(xiàn)有與本工程類似的振動噪聲控制標準，并結(jié)合本工程特點與現(xiàn)實條件，有針對性地提出了地鐵與公共建筑物合建工程的振動噪聲控制建議限值，并利用以上提出的振動噪聲測試方法對類似場地進行現(xiàn)場實測，進一步驗證了該控制限值的適用性與實用價值。(3)車軌隧建筑物振動噪聲仿真計算研究以上海地鐵1

4、3號線與自然博物館合建工程為背景，結(jié)合車輛軌道耦合動力學理論和動力有限元理論，研究開發(fā)一套適用于求解地鐵與建筑物合建工程振動噪聲的新式車軌隧建筑物振動噪聲仿真計算方法，用以評價各種減振降噪措施的實施效果，同時也可給后續(xù)類似合建工程中減振降噪設計提供相應的理論計算工具。(4)地下結(jié)構(gòu)振動噪聲控制措施研究以上海地鐵13號線與自然博物館合建工程為研究背景，其重點是與鋼彈簧浮置板軌道參數(shù)優(yōu)化研究相呼應，通過數(shù)值仿真一方面進一步確定出適用于本合建結(jié)構(gòu)型式自振特點的鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)固有頻率，另一方面是為了彌補軌道結(jié)構(gòu)對其固有頻率附近低頻振動的微弱減振能力，還將探討地基水泥土樁加固體（包括隧道空腔內(nèi)填筑

5、砼）對鋼彈簧浮置板軌道固有頻率附近低頻振動的減振規(guī)律、減振效果及其影響，并根據(jù)結(jié)構(gòu)振動計算結(jié)構(gòu)二次噪聲。(5)軌道結(jié)構(gòu)振動噪聲控制措施研究由于上海自然博物館與地鐵13號線合建的綜合工程中自博館內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)十分復雜、構(gòu)造也很特殊、使用功能對環(huán)境振動要求較高，因此課題組重點針對列車運行引起的合建結(jié)構(gòu)環(huán)境振動問題以及鋼彈簧浮置板減振軌道參數(shù)優(yōu)化等問題，順序開展了不同軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)組合條件下鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)自振特性的模態(tài)分析，不同軌道參數(shù)組合和不同行車條件下浮置板鋼彈簧支點反力特性分析以及合建結(jié)構(gòu)的三維諧響應和瞬態(tài)響應分析，為合建結(jié)構(gòu)鋼彈簧浮置板減振軌道參數(shù)優(yōu)化設計提供理論計算依據(jù)，同時研發(fā)兩項軌道

6、減振產(chǎn)品、一項減振道床產(chǎn)品和一項吸音產(chǎn)品，并測試其效果。 圖1 道床吸音板 圖2 vanguard扣件圖3 鋼彈簧浮置板 圖4 迷宮式約束阻尼鋼軌(6)建筑結(jié)構(gòu)振動噪聲控制措施研究主要對國內(nèi)外關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)的振動噪聲控制技術(shù)進行研究，根據(jù)仿真計算結(jié)果提出相應的治理措施。(7)浮置板設計和施工工藝優(yōu)化研究1)從設計角度研究實現(xiàn)預制龍骨整體吊裝方案的技術(shù)條件，并進行結(jié)構(gòu)仿真計算和受力分析；從施工角度對龍骨整體吊裝和運輸、基底施工、龍骨就位和軌道精調(diào)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行研究，同時研究相應的工機具。2)綜合設計、施工和減振效果等角度提出合理板長，針對預制短板節(jié)段拼裝方案板端變形協(xié)調(diào)、曲線幾何形位的實現(xiàn)等關(guān)鍵技

7、術(shù)進行研究，通過室內(nèi)靜載和疲勞試驗驗證其結(jié)構(gòu)安全性、現(xiàn)場試驗驗證其安全性、平穩(wěn)性；從施工角度對模板設計、精度控制、基底施工、短板就位和軌道精調(diào)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行研究，同時研究相應的工機具。3)通過對普通道床、傳統(tǒng)長浮置板、預制短板節(jié)段拼裝浮置板進行現(xiàn)場類比測試，對新設計的浮置板減振效果進行評價。4)通過與傳統(tǒng)浮置板的對比，分析預制龍骨整體吊裝和預制短板節(jié)段拼裝浮置板的經(jīng)濟和社會效益。(8)地鐵運營后合建建筑物內(nèi)振動噪聲現(xiàn)場測試和分析通過對地鐵運營后合建建筑物內(nèi)振動噪聲測試結(jié)果，來評價減振降噪方案的效果。4. 關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)難點和技術(shù)創(chuàng)新4.1 關(guān)鍵技術(shù)1) 公共建筑物內(nèi)振動和噪聲控制標準的確定2)

8、 振動和噪聲測試數(shù)據(jù)的采集、處理和分析的方法3) 車軌隧道地基建筑物體系內(nèi)的中低頻振動響應的仿真技術(shù)4) 隧道及基礎的減振技術(shù)方案及范圍確定5) 超低頻軌道結(jié)構(gòu)方案及參數(shù)確定6) 浮置板設計優(yōu)化和施工工藝方案優(yōu)化研究4.2 技術(shù)難點1)車-軌-隧-地基-建筑物振動系統(tǒng)內(nèi)中、低頻振動響應的仿真技術(shù)2)隧道及基礎的減振技術(shù)方案3)軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)及參數(shù)確定4)浮置板斷面的優(yōu)化設計以及施工工藝技術(shù)4.3 技術(shù)創(chuàng)新1)從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，以類比測試和仿真計算為手段，提供更為經(jīng)濟合理的振動噪聲集成化綜合處理措施，滿足公共建筑使用的功能要求；2)從控制振動噪聲角度出發(fā)，以確保工程施工安全為前提，形成振動噪聲控

9、制及施工安全相結(jié)合的技術(shù)方案，為今后類似工程提供普遍借鑒意義；3)從促進環(huán)境保護、社會和諧角度出發(fā)，以建立標準建議值和統(tǒng)一測試及評估方法為手段，促進軌道交通的健康發(fā)展和城市地下空間的有效利用，為博物館及類似場館建設提供指導意義；4)從技術(shù)發(fā)展角度出發(fā)，通過研發(fā)中、低頻減振道床和新型軌道減振技術(shù)等一系列產(chǎn)品，為軌道交通在復雜條件下的振動噪聲控制提供新的技術(shù)手段，促進社會和科技進步；5)從模塊化、標準化設計理念出發(fā)，以現(xiàn)場試驗為手段，提供更為快捷、經(jīng)濟的浮置板道床施工工藝流程，施工速度提高5倍以上，滿足一體化施工進度要求。  5. 項目完成情況課題組已經(jīng)按照項目任務書的要求完成了一個總報

10、告和九個分報告：地鐵與公共建筑合建振動噪聲影響分析及控制技術(shù)研究分報告一：自然博物館振動噪聲控制標準建議值研究分報告二：振動噪聲測試及評估方法研究分報告三：類似場地測試及分析研究分報告四：車軌隧建筑物振動噪聲仿真計算研究分報告五：地下結(jié)構(gòu)振動噪聲控制措施研究分報告六：軌道結(jié)構(gòu)振動噪聲控制措施研究分報告七：建筑結(jié)構(gòu)振動噪聲控制措施研究分報告八：浮置板軌道設計及施工一體化研究分報告九：現(xiàn)場測試及分析研究形成地鐵引起公共建筑的振動與噪聲控制準則1份，提出了振動與噪聲集成化仿真計算方法1份，比選出了地鐵與建筑物合建結(jié)構(gòu)的合理地基減振加固措施，對地鐵與建筑合建結(jié)構(gòu)內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計，并給出了最優(yōu)參

11、數(shù)組合。完成軌道減振產(chǎn)品2項以上，降低噪聲3dB以上；完成超低頻道床減振產(chǎn)品1項，降低振動20dB、自振頻率小于10Hz；完成吸音產(chǎn)品1項以上，降低噪聲3dB以上；在“標準化、模塊化、工廠化、機械化”的指導思想下，提出“標準化、模塊化、工廠化、機械化”的城市軌道交通軌道工程設計與施工新理念，研究預制龍骨整體吊裝工法和預制短板節(jié)段拼裝工法等2項施工工法，并投入工程實際應用，從施工上實現(xiàn)了模塊化、工廠化、機械化生產(chǎn)：采用“預制龍骨整體吊裝”方案將原鋼彈簧浮置板施工進度由57m/天提高到3550m/天；采用“預制短板節(jié)段拼裝”方案實現(xiàn)預制工廠化、模塊化和施工機械化，大幅度提高施工效率，保證施工質(zhì)量，使施工速度達到50m/天以上，最高達75m/天及以上，施工效率是原來的710倍。申請2項發(fā)明專利，1項實用新型專利；發(fā)表4篇論文，培養(yǎng)了5名碩士生、2名博士生，完成了項目建議書所要求的主要技術(shù)指標。課題研究成果直接指導了上海軌道交通13號線與自然博物館合建示范性工程，且數(shù)值仿真的減振效果能夠滿足工程要求。綜上所述，完成了項目任務書所要求的各項工作。6. 應用前景與效益預測本研究成果可應用于上海乃至國內(nèi)其它城市軌道交通與公共建筑共建類似工程的振動噪聲預測、控制技術(shù)方案設計和施工中，提供更為經(jīng)濟合理的振動噪聲集成化綜合處理措施，為軌道交通在復雜條件下的振