隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口激增，機(jī)動車保有量迅速增長，造成了嚴(yán)重的空氣污染、能源消耗以及交通擁堵問題。城市軌道交通運(yùn)輸能力大、占地少、能耗小、安全性好，已成為解決城市交通問題的首選方案。世界上第一條地下鐵道于1863年1月10日首先在倫敦建成，至今己有150多年的歷史。隨后，世界各國都紛紛開始發(fā)展軌道交通，到目前為止，世界上已有超過200個城市擁有軌道交通，線路總長超過9000公里。我國自20世紀(jì)60年代北京建成第一條地鐵線路以來，經(jīng)過近50年的發(fā)展，現(xiàn)已進(jìn)入軌道交通的蓬勃發(fā)展時期，許多城市也正在大力發(fā)展地鐵、輕軌等城市軌道交通系統(tǒng)。軌道交通項(xiàng)目的建成，承擔(dān)了大量的客流，在城市交通中發(fā)揮著舉足輕重的作用，在公共交通運(yùn)量中的比重也逐年上升。同時還促進(jìn)了沿線土地開發(fā)，加快了城市發(fā)展，產(chǎn)生了明顯的國民經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

盡管軌道交通對城市發(fā)展有巨大貢獻(xiàn)，給城市居民的生活帶來了很大的方便，但軌道交通運(yùn)行所引發(fā)的振動問題，自運(yùn)營以來一直持續(xù)受到人們的關(guān)注。城市軌道交通不可避免地會經(jīng)過一些居民聚集區(qū)和重要建筑群，隨著交通密度和荷載的不斷增加，所引起的振動影響日益顯著。除此之外，振動還會影響精密設(shè)備和儀器的正常使用，甚至?xí)ㄖ镌斐蓳p害。

地鐵引起室內(nèi)振動原理

地鐵列車在運(yùn)行時由于輪軌相互作用產(chǎn)生振動，再由軌道基礎(chǔ)和隧道等傳播介質(zhì)傳播至地面和沿線建筑物，由此進(jìn)一步引起建筑物內(nèi)門窗和設(shè)備等的振動，對沿線地面建筑物產(chǎn)生影響。

地鐵列車振動影響建筑物主要可以分為三個階段：

（1）振動產(chǎn)生階段，也即列車車輪對軌道的沖擊產(chǎn)生振動，主要包括：運(yùn)行列車的重力對軌道產(chǎn)生沖擊，造成車輪和軌道結(jié)構(gòu)振動；車輪與鋼軌發(fā)生作用產(chǎn)生的作用力，形成車輛與軌道結(jié)構(gòu)振動；軌道不平順或車輪磨損等隨機(jī)激勵產(chǎn)生的振動；偏心車輪產(chǎn)生的周期性激勵振動。

（2）振動傳播階段，振動通過軌道基礎(chǔ)和隧道向周圍土壤和地面建筑傳播。

（3）振動作用階段，振動作用在沿線地面建筑物上，誘發(fā)建筑結(jié)構(gòu)振動及室內(nèi)家具等的二次振動和結(jié)構(gòu)噪聲，對建筑物內(nèi)的人群和精密儀器產(chǎn)生影響。

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)解讀

對于地鐵列車通過時引起的建筑物室內(nèi)振動，現(xiàn)行有效的主要標(biāo)準(zhǔn)有《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》（GB10071-1988）、上海市地標(biāo)《城市軌道交通（地下段）列車運(yùn)行引起的住宅室內(nèi)振動與結(jié)構(gòu)噪聲限值及測量方法》（DB31/T470-2009）和《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T170-2009）。

不同標(biāo)準(zhǔn)中，對于軌道交通列車通過時引起的建筑物室內(nèi)振動的測試要求和評價量不同。其中《GB10071-1988》和《DB31/T470-2009》中規(guī)定室內(nèi)振動測量應(yīng)使用全身振動垂向計權(quán)，頻率范圍為1~80Hz，評價量為Z計權(quán)振級最大值VLZmax。測得軌道交通列車通過時引起的建筑物室內(nèi)振動垂向加速度振級頻譜，根據(jù)ISO2631/1-1985中規(guī)定的全身振動Z計權(quán)因子進(jìn)行修正。在1~80Hz范圍內(nèi)各1/3倍頻程中心頻率計權(quán)因子如下表1所示。

由各1/3倍頻程中心頻率上的計權(quán)加速度振級可計算得計權(quán)加速度，再根據(jù)下列公式得到Z計權(quán)振級：

《JGJ/T170-2009》中規(guī)定室內(nèi)振動應(yīng)測量鉛垂向振動加速度，頻率范圍為4~200Hz，評價量為各個1/3倍頻程中心頻率上經(jīng)Z計權(quán)因子（參考ISO2631/1-1997[6]）修正后的最大振動加速度級，稱為分頻最大振級。《JGJ/T 170-2009》（JGJ/T170-2009）中規(guī)定的4~200Hz范圍內(nèi)各1/3倍頻程中心頻率計權(quán)因子如下表2所示。

另外，對于地鐵列車通過時引起的室內(nèi)振動限值，不同標(biāo)準(zhǔn)對于不同功能區(qū)的敏感點(diǎn)的要求有所不同，見下表3。

通過表3可以看出，在1類區(qū)和2類區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)上，《GB10071-1988》要求較為寬松，《JGJ/T170-2009》中限值最為嚴(yán)格。

試驗(yàn)證明：當(dāng)振動達(dá)到60dB時，一般人剛剛可以感覺到振動，它并不太會影響人的睡眠；當(dāng)振動達(dá)到65dB時，會對睡眠有輕微影響；達(dá)到69dB時，輕睡眠的人會被驚醒；達(dá)到79dB后，所有人將被驚醒。所以，對于居民較多的2類區(qū)中，夜間振動不應(yīng)高于69dB，《DB31/T470-2009》和《JGJ/T170-2009》對于2類區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)限值較為適宜。

實(shí)測案例

為比較不同標(biāo)準(zhǔn)下軌道交通列車通過時引起建筑物室內(nèi)振動的大小，對上海地鐵8號線沿線某住宅建筑進(jìn)行了室內(nèi)振動測試。分別測試近遠(yuǎn)軌列車通過時引起的室內(nèi)振動的時域信號，選取室內(nèi)振動最大值時刻進(jìn)行分析，分析頻率范圍為1~200Hz。近遠(yuǎn)軌列車通過時引起的室內(nèi)振動最大值1/3倍頻程頻譜圖如圖1所示。

圖1 近遠(yuǎn)軌列車通過引起的建筑物室內(nèi)振動最大值頻譜

分別根據(jù)ISO2631/1-1985中Z計權(quán)曲線和JGJ/T170-2009中Z計權(quán)曲線對近遠(yuǎn)軌列車通過時引起的建筑物室內(nèi)振動最大值頻譜進(jìn)行計權(quán)分析，得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的評價量。最大Z振級VLZmax和分頻最大振級的計算結(jié)果分別如下表5所示。

根據(jù)計算結(jié)果，近遠(yuǎn)軌列車通過時引起的室內(nèi)振動分頻最大振級均比最大Z振級VLZmax大，兩者差值分別為3.3dB和2.3dB。由于列車運(yùn)行引起的室內(nèi)振動能量主要集中在40~80Hz，兩種Z計權(quán)因子在40~80Hz中心頻率上的差值為3dB或4dB。由于分頻最大振級為單個頻率上的最大振級，最大Z振級VLZmax為1~80Hz整個頻帶上振動能量的總和，所以兩者之間的差值一般會小于40~80Hz中心頻率上計權(quán)因子的差值，一般為2~4dB。

標(biāo)準(zhǔn)限值對比

根據(jù)三種標(biāo)準(zhǔn)，近遠(yuǎn)軌列車通過時引起的室內(nèi)振動達(dá)標(biāo)情況如下表6所示。

該敏感點(diǎn)處居民普遍反應(yīng)列車經(jīng)過時引起的室內(nèi)振動較大，對居民的正常生活產(chǎn)生了一定的影響。若根據(jù)測試結(jié)果，參考《GB10071-1988》和《DB31/T470-2009》，室內(nèi)振動均能達(dá)標(biāo)，與居民實(shí)際感受不符。這主要是由于兩標(biāo)準(zhǔn)中最大Z振級VLZmax參考的是ISO2631/1-1985計權(quán)曲線，該曲線計權(quán)值主要是基于等感曲線以及當(dāng)時采用的“疲勞-熟練度降低限”曲線來提出的。而《JGJ/T170-2009》中分頻最大振級參考的是ISO 2631/1-1997計權(quán)曲線，該計權(quán)曲線充分考慮了振動對人體健康、感覺、舒適度和運(yùn)動病等諸多方面的因素，更加注重人的感受。隨著ISO2631/1-1997計權(quán)曲線的提出，已取代ISO2631/1-1985計權(quán)曲線。

所以，由于《JGJ/T170-2009》中計權(quán)方式較新，又更加注重人的主觀感受，且其規(guī)定的各功能區(qū)室內(nèi)振動標(biāo)準(zhǔn)限值較為嚴(yán)格，在實(shí)際測試主要能量在40~80Hz的地鐵列車振動引起的室內(nèi)振動時，較為適宜。

結(jié)論

地鐵列車通過時引起的建筑物室內(nèi)振動能量主要集中在40~80Hz，根據(jù)《JGJ/T170-2009》得到的分頻最大振級比《GB 10071-1988》和《DB31/T470-2009》中所規(guī)定的最大Z振級VLZmax一般會大2~4dB。

由于《JGJ/T 170-2009》中對振動的計權(quán)方式已取代另外兩標(biāo)準(zhǔn)中計權(quán)曲線，又更加注重人的主觀感受，且其規(guī)定的各功能區(qū)室內(nèi)振動標(biāo)準(zhǔn)限值較為合理，在實(shí)際測試地鐵列車振動引起室內(nèi)振動時，使用該標(biāo)準(zhǔn)較為合理適宜。