辜小安

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

根据国家发展改革委运输所完成的《2012—2013年中国城市轨道交通发展报告》［1］统计，截至2012年底，全国轨道交通运营线路总计达到67条，运营长度总里程达到2 042 km，运营车站总数达到1 353座。2012年度，全国有35个城市在建轨道交通线路，建设里程总计达2 016 km。2013年预计有24个城市新开城市轨道交通线路，规模达40余条段、846 km。根据中国城市轨道交通协会预计［2］，至2020年全国将有近50个城市发展轨道交通，网络总规模超过7 000 km。目前上述由发改委审批的已建、在建、规划建设的城市轨道交通建设项目，均由环保部审批相应的环境影响报告书。

鉴于目前城市轨道交通线路敷设方式以地下线路为主(约占线路总里程的70%)，地下线路的振动影响是城市轨道交通的主要环境影响问题。列车运行过程中，由于车轮与钢轨之间产生撞击，经钢轨、扣件、轨枕、道床向隧道结构传递，再经隧道结构传到地面，并通过地面向建筑物传播，从而对周围区域产生振动干扰。因此在城市轨道交通振动环境影响评价专题中，振动影响预测是环境振动影响评价专题的重要内容，而振动源强的确定又是城市轨道交通振动影响预测的关键。本文重点讨论地下线路振动源强取值问题。

1 环境影响评价技术导则中城轨列车振动源强的定义

图1 轨道交通列车振动源模型

地铁列车振动源主要受车辆和钢轨间的相互作用引起，见图1。影响因素包括列车运行速度、车体质量、转向架质量、车辆簧下质量、列车车轮粗糙度、钢轨阻抗、钢轨支承、道床隧道和地层阻抗等［3］。已有的研究结果表明:列车运行速度越高，列车运行荷载作用到轨道、道床、路基和地层产生的移动变形和弯曲波越大，振动响应越大;不同车型的车体质量、转向架质量、车辆簧下质量不同，所产生的振动源强不同，因此在列车振动源强确定时需按不同车型分别确定。同时不同的钢轨支承、路基-隧道和地层阻抗，都将影响到列车振动源强大小及频率特性。

在《环境影响评价技术导则城市轨道交通》(HJ453—2008)［5］中规定的地下线列车振动源强，为道床上部近轨外侧0.5 m～1.0 m处、对应的列车运行速度为60 km/h、测量不少于5次列车通过时段的VLz10值和VLzmax的平均值。其中VLz10和VLzmax值，是依据《城市区域环境振动测量方 法 》(GB10071—88)［6］中 的 规 定，按 照ISO2631/1—1985［7］规定的全身振动不同频率计权因子修正后的振动加速度级。因此导则中规定的列车振动源强值，是对列车、轨道、路基-隧道、地层阻抗等边界条件的综合反映。

该导则中对振动源强取值方法的规定主要通过类比测量和资料类比两种途径获得，或采取二者相结合的方法。具体方法的选择取决于环境振动影响评价专题评价工作等级的确定。对于一级评价采用类比测量法确定振动源强。对于二级评价，振动源强的确定以资料调查为主，可参阅相关文献资料引用源强等类比测量数据。目前城市轨道交通振动环境影响评价等级一般均确定为一级评价，即按导则规定，振动源强取值时应采用类比测量法确定。类比测量时的车辆类型、线路形式、轨道结构、运行工况、地质等边界条件应类似。否则应根据类比条件的差异进行必要的修正。

目前我国城市轨道交通运营线路车辆类型主要为B型车和A型车两大类，其中以B型车居多。C型车、直线电机和跨座式单轨车辆应用较少，具体应用情况见表1。

表1 国内城市轨道交通主要运营线路车辆技术条件

线路条件一般为60 kg/m长钢轨、混凝土整体道床，扣件类型形式有所区别，一般扣件垂向静刚度为20～40kN/mm，横向静刚度为20～60kN/mm。不同城市的地质条件有所差别，具体表2。

表2 国内主要城市轨道交通线路和地质条件

因此在城市轨道交通振动源强确定时，至少应依据不同车型、不同轨道结构、不同地质条件科学确定。

2 目前环境影响评价中城轨列车振动源强确定的方法

目前城市轨道交通振动环境影响评价中，对于地下线列车振动源强取值，一般可分为三类:一类是采用标准中规定的源强数据，如依据《北京市地铁噪声与振动控制规范》(DB11/T 838—2011)［7］中规定的振动源强;一类是引用已有资料，目前80%以上的报告书采用该方法;一类是根据当地运营线路的实际测量数据确定，以广州地铁环境影响评价中的振动源强确定为代表。

以下重点分析三类源强取值方法的优缺点。

2.1 标准规定法

《北京市地铁噪声与振动控制规范》(DB11/T 838—2011)规定了北京地铁列车振动源强取值。

该规范规定的列车振动源强为列车通过时段隧道洞壁处的Z计权振动最大值VLzmax，对应于六节编组、B型车、普通扣件、直道、匀速运行速度70 km/h，近侧隧道壁上且垂直于地面的切点处VLzmax=84 dB。值得注意的是该标准中规定的振动源强测点位置为隧道洞壁处，与HJ453—2008导则规定的振动源强位于道床上部近轨外侧0.5 m～1.0 m处的位置不同;而且该标准规定的Z计权振动最大值振动源强，是按照新的国家标准《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1 部分:一般要求》(GB/T13441.1)［8］(该标准等同转化 ISO2631/1—1997标准［9］)规定的全身振动不同频率计权因子修正后得到的振动加速度级，与现行《城市区域环境振动标准》［10］依据的ISO2631/1—1985规定的全身振动不同频率计权因子修正后得到的振动加速度级并不对应。根据《振动环境质量标准》编制说明［11］:“同一振动源振动监测，采用新的频率计权后，振级相比增加2.5～4 dB。根据大量的监测数据，采用新的计权曲线，振级的加权平均增加量约为3 dB。”对于城市轨道交通列车运行振动，采用 ISO2631/1—1997中规定的频率计权因子计算得到的VLZmax，高于采用ISO2631/—1985中规定的频率计权因子计算得到的VLZmax约2～4 dB。目前环境振动影响评价中执行的标准为《城市区域环境振动标准》(GB10080—88)，因此预测中振动源强应采用GB10080—88中依据的ISO2631—1985规定的频率计权因子确定Z振级，现阶段尚不宜根据新标准ISO2631/1—1997规定的频率计权因子确定Z振级作为源强数据，否则两者相差约为2～4 dB。

采用标准规定法统一城市轨道交通列车振动源强，应是环境影响评价中的首选。但标准源强的确定需要在大量系统分析研究的基础上确定，如振动源强位置应在“道床上部近轨外侧0.5 m～1.0 m处”或者是在“隧道洞壁处”更为合理有待进一步系统研究确定。源强的具体数值应在大量现场监测数据并分析相应的边界条件基础上，分类统计各类振动源强，建立相应的振动源强数据库后，方可制定标准规定的源强。

2.2 引用资料法

目前城市轨道交通环境影响评价中，对于地下线的振动源强取值80%以上的环评报告书采用《城市轨道交通振动和噪声控制简明手册》［12］中，列出的地铁运行振动源强(见表3)。表中数据基于北京、上海、广州、天津2000年现场测试数据得到。

表3 国内主要城市的地铁运行振动源强

上述源强数据对应的工程边界条件为:行车速度60 km/h，线路采用60 kg/m无缝钢轨、普通扣件和普通整体道床。

若严格按照HJ453—2008导则规定，则一级评价中振动源强取值应采用类比测量法确定，只有二级评价可参阅相关文献资料引用源强等类比测量数据。理论上对于已有地铁运营线路的城市，开展相应的轨道交通环境影响评价时，不应简单采用《城市轨道交通振动和噪声控制简明手册》中列出的地铁运行振动源强数据，宜通过对本地实际运营的地铁线路振动源强进行类比测量测量或结合已通过工程环保竣工验收的调查数据，校验振动环境影响预测结果。但考虑到地下线振动源强测点位置为道床上部近轨外侧0.5 m～1.0 m处，类比测试时需选择地下线标准测试断面、下洞布设测量仪器、正确安装测试设备、准确确定测试参数等诸多技术细节，加之在地铁列车运行期间，在地下线近轨侧布置测量仪器并安排测试人员下洞存在一定的安全隐患，需得到地铁运营公司的批准，否则无法实施。因此，在此前的环境影响评估中，对一级评价的列车振动源强采用类比测量法的规定未严格落实，一般认可直接采用《城市轨道交通振动和噪声控制简明手册》中列出的地铁运行振动源强数据。

近年来北京、上海、广州等地铁公司也组织开展了大量的地铁振动影响现场测试，部分测试结果见表4［13～17］。由表中数据可见，同样边界条件下，近年来的地下线路振动源强测试结果相对于2000年测试结果略低或基本持平。如同等边界条件下北京地铁4号线、5号线的振动源强，低于1号线源强7～8 dB;上海地铁1号线振动源强降低了3 dB;广州地铁2号线振动源强与1号线源强基本持平。该测试结果表明，随着城市轨道交通技术进步发展，车辆和线路条件的不断优化完善，振动源强取值也应做相应的调整。

表4数据还表明:对于相同车型及运行速度、相同的隧道结构、线路条件下，北京地铁4号线、5号线的列车振动源强低于广州地铁3号线振动源强7～8 dB;上海地铁1号线振动源强与广州地铁2号线振动源强基本持平。

表4 国内主要城市轨道交通地下线路振动源强测试数据

2.3 现场类比监测法

随着近年来我国已有17座城市开通了近70条(段)的城市轨道交通运营线路，在环境影响评价中已具备采用现场类比测试法确定列车振动源强的条件。以广州、长春等城市轨道交通为代表的环评项目中，根据已投入运营的地铁线路列车振动源强类比实测结果，确定轨道交通地下区段的振动源强。

《广州市轨道交通二、八号线延长线环境影响报告书》［18］、《广州市轨道交通八号线北延段环境影响报告书》［19］依据广州地铁二号线现场实际类比测试数据，确定对于A型车，6节编组，运行速度为80 km/h，线路条件为60 kg/m无缝钢轨，普通钢筋混凝土整体道床，弹性分开式扣件条件下，位于隧道边墙底部列车振动源强取值为88.0 dB。该振动源强值相对于《城市轨道交通振动和噪声控制简明手册》中给出的广州一号线距离轨道0.5 m处的地铁运行振动源强值，高约1.5 dB。

《长春市城市快速轨道交通轻轨3号线一期工程延伸线环境影响报告书》［20］依据已运行的轻轨3号线一期工程现场实际类比测试数据，确定对于C型车，2单元编组，运行速度为60 km/h，线路条件为50 kg/m无缝钢轨，碎石道床，普通扣件条件下，距轨道0.5 m处振动源强 VLzmax为83.7 dB。该振动源强值相对于《城市轨道交通振动和噪声控制简明手册》中给出的A型车距离轨道0.5 m处的地铁运行振动源强值，低约3.3 dB。

环境影响评价中采用现场类比测试结果确定振动源强值时，需正确选择适宜的线路、场地、测试方案、数据采集和数据处理等诸多技术细节，且需得到地铁运营公司的批准配合，会涉及较大的人力、物力、财力，此外用某一次的振动测试结果作为源强数据，也存在一定的局限性。因此目前城市轨道交通环境影响评价中，评价单位较少采用现场类比测试方法确定源强。

3 建议

由于目前城市轨道交通环境影响评价中地下线路振动源强取值不统一，使得预测结果相差较大，对环保措施的合理选择和应用都存在制约。因此有必要结合我国已运营地铁现场实测数据，并根据振动源激励机理，分类统计分析不同边界条件下的振动源强，建立我国城市轨道交通噪声振动源强数据库，形成我国城市轨道交通源强估算模式，完善城市轨道交通环境影响评价技术方法。

3.1 加强振动源强系统研究工作

截止2012年底，我国城市轨道交通运营线路67条，运营总里程2 042 km，北京、上海、广州、深圳等17座城市的地铁公司对已开通的地铁线路，分别开展过各类振动影响测试，但分散在各个地铁公司内部掌握。若能在理论分析地铁列车振动源强激励机理的基础上，分类统计分析不同边界条件下的振动源强，并系统研究我国城市轨道交通地下线振动源强特性，方可对合理确定振动源奠定理论基础。

3.2 推进城市轨道交通运营期后评价工作

环境影响评价法中规定了“环境保护主管部门应当对建设项目投入生产或者使用后所产生的环境影响进行跟踪监测”，“原环境影响评价文件审批部门也可以责成建设单位进行环境影响的后评价，采取改进措施”［21］。由于现阶段城市轨道交通环境影响评价预测评价结果的准确性和有效性方面存在一定的局限，因此应推进城市轨道交通运营期后评价工作，通过长期跟踪监测，建立监测结果数据库，为振动源强数据的积累及掌握环境影响状况提供数据支撑与科学依据。

3.3 建立我国城市轨道环境影响评价基础数据库

美国联邦运输局在《轨道交通噪声与振动影响评价》(FTA-VA-90-1003-06)规范［22］中，给出了振动源强数据库及环境振动影响预测计算方法。但我国《环境影响评价技术导则城市轨道交通》(HJ453—2008)中仅规定了列车振动源强测试方法，未明确振动源强具体取值。因此在系统研究我国城市轨道交通地下线振动源强特性基础上，建立我国城市轨道环境影响评价基础数据库，对今后规范振动源强取值，完善城市轨道交通振动环境影响评价均将起着重要作用。

3.4 持续完善我国城市轨道交通环境振动影响预测方法

通过系统梳理城市轨道交通环境振动影响预测方法中所存在的问题，在推进并开展运营期后评价及建立振动源强基础数据库的基础上，不断补充、完善、修改振动预测模式，确保预测结果的准确性和有效性，利于各相关部门可依据城市轨道交通环境振动影响预测结果，合理规划地铁线路走向、控制沿线周围的土地利用开发、有效采取减振措施等工作内容。

［1］国家发展改革委运输所．2012—2013年中国城市轨道交通发展报告［R］．2013．

［2］中国城市轨道交通协会．十二五轨道交通发展规划［S］．2012．

［3］ISO14837—1，2005 Mechanical vibration-ground-borne noise and vibration arising from rail systems-Part 1:General guidance［S］．

［4］HJ453—2008，环境影响评价技术导则 城市轨道交通［S］．

［5］GB10071—88，城市区域环境振动测量方法［S］．

［6］ISO2631/1—1985，Evaluation of human exposure to wholebody vibration;Part 1:General requirements［S］．

［7］DB11/T 838—2011，北京市地铁噪声与振动控制规范［S］GB/T13441.1机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1部分:一般要求［S］．

［8］ISO2631/1—1997， Mechanical vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1:General requirements［S］．

［9］GB10070—88，城市区域环境振动标准［S］．

［10］振动环境质量标准编制组．振动环境质量标准编制说明(征求意见稿)［S］．2010．

［11］孙家琪，郭建国 ，金志春，等．城市轨道交通振动和噪声控制简明手册［M］．北京:中国科学技术出版社，2002．

［12］孙家麒．城市轨道交通振动和噪声控制简明手册［M］．北京:中国科学出版社，2002．

［13］北京铁科工程检测中心．北京地铁5号线轨道减振措施减振性能测试评估报告［R］．2008．

［14］北京铁科工程检测中心．上海地铁1号线轨道减振措施减振性能测试评估报告［R］．2012．

［15］铁道科学研究院铁道建筑研究所，广州市地下铁道总公司．广州地铁二号线轨道动态测试及减振性能评估［R］．2007

［16］铁道科学研究院铁道建筑研究所，广州市地下铁道总公司．广州地铁三号线轨道动态测试及减振性能评估［R］．2003

［17］环保部华南环境科学研究所．广州市轨道交通二、八号线延长线环境影响报告书［R］．2005．

［18］环保部华南环境科学研究所．广州市轨道交通八号线北延段环境影响报告书［R］．2013．

［19］吉林省环境科学研究院．长春市城市快速轨道交通轻轨3号线一期工程延伸线环境影响报告书［R］．2011．

［20］中华人民共和国主席令第 七十七号，中华人民共和国环境影响评价法［S］．2002．

［21］FTA-VA-90-1003-06．Transitnoiseand vibration impact assessment［R］．2006．