地铁环境振动评价标准及评价量探讨

学术探讨
都市快轨交通·第32卷 第4期 2019年8月
doi: 10.3969/j.issn.1672-6073.2019.04.013
地铁环境振动评价标准
及评价量探讨
龚平
（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）
摘要: 现行国家《城市区域环境振动标准》和《城市区域环境振动测量方法》没有针对地铁的适用范围和评价量。

当前地铁振动环境影响评价参照声环境“4a类(即交通干线两侧)功能区”评价在科学性和合规性方面存在瑕疵；但可根据标准的技术原理和地面道路相邻区域建筑功能属性，相应将地面道路两侧一定区域划分为“交通干线道路两侧”振动标准的“适用地带范围”。

地铁环境振动评价量采用VL Z10，但隧道内监测实施难度大，地面测量又难以精确监测和验证，类比在振动机理、时域、频域等特征相似的铁路振动评价，地铁采用VL Zmax为评价量和测量方法，可以反映出人体受振动干扰最强烈的情况，易于测量和验证，更具科学性和合理性。

根据环境影响评价管理要求和不同振动敏感目标环境保护要求，应用于环境振动治理的减振产品，其效果的评价指标应采用Z计权振级；应用于古建筑或振动敏感建筑(如优秀历史建筑等)减振的减振产品，其效果的评价指标应采用振动速度。

关键词:地铁；振动；评价；标准
中图分类号:U231 文献标志码: A 文章编号: 1672-6073(2019)04-0074-05
Study on Assessment Standards and Indexes of Environmental
Vibrations in Subways
GONG Ping
(China Railway Siyuan Survey and Design Group CO., LTD., Wuhan 430063)
Abstract: Referring to 4a noise environment function division along arterial traffic in subway environmental vibration assessments in Standard of Environmental Vibration in Urban Area and Measurement Method of Environmental Vibration of Urban Area, there is a lack of a specific range of application and assessments on subways. Based on technical principles of environmental standards and functional properties of adjacent buildings, certain regions along the traffic route can be demarcated as a range of application for vibration standard as arterial traffic. VL Z10 is used as an index for subway environmental vibration assessments; however, it is difficult to implement this index in monitoring tunnels and inaccuracies may arise in verifying its results with ground tests. By analogy of environmental vibrations in railways that are similar in mechanism and time and frequency domains, VL Zmax is considered to be more scientific and logical for adoption as an assessment index of environmental vibrations in subways as it reflects strongest human body disturbances and is easy to monitor and verify.
In accordance with the requirements of environmental impact assessments and the protection of diverse vibration sensitive targets, a Z-weighted vibration level is proposed as an index to evaluate the effect of environmental vibration attenuation; the vibration velocity was considered for vibration-sensitive buildings such as historical and heritage buildings.
Keywords:subway; vibration; assessment; standard
收稿日期:2018-06-01修回日期:2018-06-24
作者简介: 龚平，男，大学本科，副总工程师/高级工程师，从事铁路和轨道交通工程环保设计和环评工作，451611918@
地铁环境振动评价标准及评价量探讨
地铁作为公共交通基础设施正在特大型、大型城
市得到广泛采用，截至2017年年底，我国大陆地区已
开通运营的城市有31个，正在规划和建设的城市有一
百余个，北京、上海、广州、深圳等城市已经在城市
建成区基本形成密集网络。

由于地铁穿行于住宅建筑
的地下，其运行产生的振动成为主要环境影响。

长期
以来，对地铁振动环境影响进行评价时，振动评价标
准适用范围一般均套用地方环保行政主管部门确定的
声环境功能区，在科学性和合规性方面存在瑕疵。

近
10余年来，地铁引起振动的环境投诉时有发生，并成
为沿线公众广泛关注的环境问题，振动评价标准适用
范围和评价量成为环境管理和振动环境纠纷诉讼提供
科学合规技术支持的重要因素。

1 振动环境标准的适用地带范围
1.1 振动环境标准的局限性
目前，我国环境振动标准为《城市区域环境振动
标准》(GB10070—88)和《城市区域环境振动测量方
法》(GB10071—88)。

《城市区域环境振动标准》的适
用范围采用“适用地带范围”分类规定，包括特殊住
宅区，居民、文教区，混合区、商业中心区，工业
集中区，交通干线道路两侧，铁路干线两侧等6类
区域。

表1列出了这6类区域的名称和对应的振动
标准值[1-2]；“适用地带范围”由地方人民政府划定。

表1 城市各类区域铅锤向Z振级标准值
Tab. 1 The standard value of Z weighted vibration
acceleration level in various urban areas dB
适用地带范围昼间夜间监测、评价量
特殊住宅区65 65
居民、文教区70 67 混合区、商业中心区75 72 工业集中区75 72 稳态振动：VL Z 冲击振动：VL zmax 无规振动：VL Z10
交通干线道路两侧75 72 无规振动：VL Z10铁路干线两侧80 80 单次列车：VL zmax
上述振动环境标准是1988年发布的，当时仅北京市有正常运营的地铁线路，地铁振动影响还没有成为环境问题，因此，该标准“适用地带范围”也没有涉及地铁项目；另外，我国也没有城市环境主管部门发布过振动环境“适用地带范围”或功能区。

在环评实践中，振动环境“适用地带范围”一般是套用声环境功能区，但这样操作的科学性存疑，因为声波传播的介质是大气，而振动波传播的介质是大
地，大气和大地是完全不同属性的传播介质，振动环境影响范围与交通干线两侧区域噪声影响范围的界定方法完全没有关联性和可比性。

环境振动标准中的各类“适用地带范围”均是以人为保护对象，振级标准值均根据人的响应进行了Z 计权[3]，为保证人的生活、学习、工作(不包括仪器、设备的工作和生产[4])等正常活动而对振动环境质量需求的规定，载体是住宅建筑物。

1.2 地铁振动环境功能区与环境影响范围
虽然没有振动环境“适用地带范围”的划定，但从技术层面上，可以根据标准的技术原理对沿道路行进的地铁沿线给出振动标准的“适用地带范围”。

“交通干线道路两侧”功能区是随道路“伴生”的，即当道路被规划或建设后，其沿线两侧一定范围随之就形成了技术层面的“交通干线道路两侧”功能区，政府划定环境功能区也是以此为基础，这个功能区以交通干线道路为土地使用功能和环境特征，既适用于声环境，也适用于振动环境。

振动环境功能区的宽度划分可参照《声环境功能区划分技术规范》(GBT15190—2014)中关于“4a类功能区”的划分方法[5]，即①相邻区域为“居民、文教区”功能区，距离为50±5 m；
②相邻区域为“商居混合”功能区，距离为35±5 m；即振动环境功能区与声环境功能区都基于交通干线道路进行环境管理，划定的范围相同，但因为振动波传播的介质差异，振动划定的范围与地面建筑的高度无关联。

交通干线与居民住宅在物理空间上是分离的，因此这种将地铁基于地面交通干线的划分方法具有可行性。

根据《环境影响评价技术导则城市轨道交通》(HJ453—2018)的规定，振动环境影响评价范围为距地下线路外轨中心线两侧50 m[6]。

该评价范围大于上述“交通干线道路两侧”功能区范围，该功能区内的敏感目标均可纳入振动影响评价目标，因此这种划分方法具有科学性。

地下线路经过“交通干线道路两侧”功能区以外的区域，建议根据地面建筑的功能属性确定振动评价适用标准。

2 地铁振动环境标准评价量
20世纪90年代中期，我国北京、上海、广州等城市开始成规模成网络建设地铁。

地铁建设项目振动环境影响评价执行《城市区域环境振动标准》，采用
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“铅垂向Z 振级”作为标准值的评价量[1]。

但该标准未明确环境振动的各类标准值在针对稳态振动、冲击振动、随机振动以及铁路振动时应采取的评价量，而是采用不同的评价量去对应相同的标准值。

2.1 地铁振动采用VL Z10评价量的局限性
地铁环境振动评价量既有VL Z10也有VL zmax ，但采用VL zmax 和VL Z10存在很大的差异，尤其是VL Z10的大小与测量的列车通过时间的长短有关，在实际测量时，往往存在较大的误差[7]。

环评实践中，采用VL zmax –3 dB= VL Z10进行估算。

在测量操作性层面上，对于“列车通过时间”的定义或界定本身是困难的，VL Z10测量需要测量地铁列车车头和车尾断面经过测点的时刻，而地面测点难以较为精确地测量地下列车通过测点的时刻；由于地铁列车通过时间一般约为10 s ，测量时间的误差将显著影响列车通过时间的计量和VL Z10的准确性；尤其对于地铁来说，通过地面的直接监测而确定“列车通过时间”几乎是没有可靠的操作性。

在杭州地铁某线对轨道板、隧道壁、地表面和地面室内分别设点进行了同步时程曲线测量。

表2列出了地铁振动VL zmax 和VL Z10差值的数据整理结果。

表2 地铁振动测量结果
Tab. 2 Subway vibration measurement results dB
VL zmax -VL Z10 测点说明
数值范围 平均值 减振措施
轨道板
0.15～1.73 0.8 隧道壁 0.72～1.98 1.0 地表面 0.04～1.56 0.7 测量 断面1
地面室内 0.16～1.99 0.7 普通扣件 轨道板
4.82～11.09 8.5 隧道壁 0.04～1.28 0.6 地表面 0.09～0.65 0.3 测量 断面2
地面室内
0.07～1.02 0.7 减振扣件 地表面 0.28～4.65 1.9 测量 断面3
地面室内 0.63～2.28 1.2 橡胶 浮置板 轨道板
0.20～0.69 0.5 隧道壁 0.10～4.26 2.0 地表面 0.02～5.84 1.4 测量 断面4
地面室内
0.23～6.15
1.6
钢弹簧 浮置板
从表2可以看出，地铁振动传播途径上的轨道板、隧道壁、地表面及建筑室内各测点测量的VL zmax - VL Z10差值为0.02～11.09 dB ，
差值平均值为0.3～8.5 dB ，具有较大的离散性，且未呈现规律性，通过经验数值对VL zmax 和 VL Z10进行简易转换误差较大。

2.2 地铁振动采用VL zmax 评价量的合理性
城市轨道交通与铁路交通具有相似性，其产生的振动，无论在振动机理上，还是在时域与频域上的特点都与铁路振动较为相似。

所以城市轨道交通可以参照采用与铁路振动相同的测量方法。

考虑到地铁列车通过过程最大值 VL zmax 具有唯一性，就不需要对列车通过过程进行准确的定义和说明，易于测量和判释，采用VL zmax 进行测量和评价更具实际意义。

虽然在理论上，VL zmax 不能代表振动能量的实际大小，但是却能反映出人体受振动干扰最强烈的情况。

因此，使用最大值 VL zmax 对列车振动进行评价是合理的。

2.3 地铁环境振动标准值建议
无论地铁振动采用VL zmax 还是VL Z10进行评价，其量值取决于一定数量列车振动级的平均值，与昼夜间的车流量分布无关，昼间和夜间的地铁振动级的量值应该是相同的。

因此，对城市轨道交通而言，昼间和夜间环境振动标准值分列是没有意义的。

《振动环境质量标准》中“交通干线道路两侧”标准值为昼间75 dB 、夜间72 dB [1]，目前环评采用VL Z10对标，其控制指标为夜间72 dB ；考虑到VL zmax 大于VL Z103 dB ，即VL zmax 对标75 dB 和VL Z10对标72 dB 的效果是相同的，因此，建议对城市轨道交通振动评价标准采用VL zmax 对标“昼间75 dB 、夜间75 dB ”。

这个评价标准的技术原理和方法也与《振动环境质量标准》中“铁路干线两侧”标准相同。

3 减振措施效果的评价
地铁环境振动标准适用地带范围或标准值的确定应考虑我国经济条件和该行业振动达标的技术可行性。

目前我国地铁行业减振工程措施及效果在环保方面总体上是认可的，为地铁工程经过民用居住建筑和振动敏感建筑提供了必要有效的技术和工程支持。

近10余年的工程建设实践表明，我国地铁振动污染治理技术、工程措施和产品发展快速且成效显著。

3.1 减振效果评价要求
在环境影响评价方面，国家要求建设项目环境影响报告书予以全文公开，其中包括振动环境预测超标敏感点所采取的治理措施，并明确各项治理措施的治理效果。

地铁环境振动评价标准及评价量探讨
在减振产品减振效果评价方面，当其应用于环境振动治理时，其振动效果评价是针对人体的[4]，评价指标应采用《城市区域环境振动标准》规定的铅垂向Z计权振级值，考虑人体舒适与感知影响，采用1～80 Hz 的频率范围进行计权[8]；当应用于古建筑或振动敏感建筑(如优秀历史建筑等)减振时，根据《古建筑防工业振动技术规范》(GBT50452—2008)和《建筑工程容许振动标准》(GB50868—2013)规定，其效果评价指标应采用振动速度[9-10]。

目前，减振产品生产企业可以提供基于环境振动评价的减振效果，但减振效果采用了振动加速度级表述；几乎没有企业能够提供基于建筑工程的减振效果，即减振效果采用振动速度表述。

随着我国越来越关注文物和优秀历史建筑的保护，迫切需要有关降低振动速度的产品性能说明。

以上两方面需求，也要求减振产品企业提供适用的减振效果评价数据，为实施合理的减振措施提供技术依据。

3.2 减振效果评价指标要求
根据地铁轨道减振产品的性能指标，地铁环评减振措施效果主要分为3个档次，即减振效果(铅垂向Z 振级)：大于8 dB、5～8 dB、小于5 dB。

表3列出了常用地铁轨道减振措施、效果及适用条件。

表3 常用地铁轨道减振措施
Tab. 3 A list of measures for reduction in vibrations of subway tracks
效果评价/dB
措施类型产品类型
未Z计权Z计权
振动超标使用条件
液体阻尼钢弹簧浮置板20～30 7～14 振动超标量≥8 dB
减振道床
橡胶垫浮置板、固体阻尼钢弹簧浮置板15～25 5～8 5 dB≤振动超标量＜8 dB
减振轨枕弹性轨枕、弹性支承块和梯形轨枕9～13 5～6 振动超标量≤5 dB
Vanguard扣件(先锋扣件) 10～15 5～8 5 dB≤振动超标量＜8 dB 减振扣件
GJ-Ⅲ型扣件、Lord扣件、减振器扣件(称科隆蛋) 5～8 2～5 振动超标量≤5 dB 注：表中减振措施效果来源于厂家标称和文献[11]，用于说明Z计权前后的差异性，不作为产品效果评价或推荐。

按照城市轨道交通环评导则规定的环境振动预测方法，预测及评价采用铅垂向Z振级，常规条件下，地铁振动VL zmax预测值约为78 dB，VL Z10预测值约为75 dB，采用VL Z10评价对标，超标量3～10 dB，因此，减振措施也应采用Z计权评价其效果；而表3中未作Z计权的减振效果明显大于超标量，显然不符合实际情况。

因此，减振产品效果检测数据应进行Z计权处理。

4 结语
振动环境质量标准针对各类功能区内的振动保护要求不同，针对人制定了不同的标准值，各类标准值、振动测量值和评价量都是以人为对象，与振动标准的适用地带范围无关。

地铁振动环境影响评价参照声环境“4a类(即交通干线两侧)功能区”划分的技术原理，并根据地面道路相邻区域建筑功能属性，相对应地将地面道路两侧一定区域划分为“交通干线道路两侧”振动标准适用地带范围，在技术上是科学合理的。

根据环境影响评价管理要求和不同振动敏感目标环境保护要求，应用于环境振动治理的减振产品，其效果评价指标应采用Z计权振级；应用于古建筑或振动敏感建筑(如优秀历史建筑等)减振的减振产品，其效果评价指标应采用振动速度。

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