地铁与公共建筑合建振动噪声影响分析及控制技术研究-成果小结 (1).doc

地铁与公共建筑合建振动噪声影响分析及控制技术研究主要完成单位：上海申通地集团有限公司同济大学上海市科技馆主要完成人员：周顺华 、徐晓红 、刘加华 、蔡 蔚 、顾建生 、韦 凯 、刘 扬 1. 研究背景随着国内城市轨道交通的快速建设和发展，为充分利用地下空间和轨道交通带来的便利，公用建筑与地铁一体化共建的情况日益增多，如上海自然博物馆与地铁13号线综合工程、2号线与虹桥综合枢纽工程等。然而，地铁运行必将产生公用建筑物的振动、同时引发结构二次噪声，为满足公用建筑的使用功能要求，必须对地铁的振动噪声加以控制。但由于目前国内关于公共建筑物振动和噪声的控制标准尚不完善，也未形成较为成熟的计算方法和仿真技术，轨道交通的减振降噪技术和相关施工工艺也处于探索阶段，因此，有必要对地铁与公用建筑一体化建设时的振动与噪声控制技术进行深入研究。由上海市科委立项，上海申通地铁集团有限公司牵头，联合同济大学和上海市科技馆进行该课题的研究。2. 课题的总体目标和技术路线提出地铁与公用建筑一体化建设时振动噪声控制标准建议值，完成车轨隧建筑物振动噪声仿真计算方法，并完成了综合控制技术和相关产品、相关施工工艺，达到经济合理、满足使用要求的目的。以13号线自然博物馆共建工程作为示范工程，以满足其使用功能的基本要求。3. 项目主要研究内容(1)轨道交通振动噪声测试和评估方法研究在对国内外振动噪声测试技术和标准研究的基础上，对轨道交通振动噪声的测试和评价方法做出统一规定，提出轨道交通振动噪声规范化测试和评估方法，以便在相对同一的平台上客观评价减振降噪产品的性能，实现振动噪声测试和产品性能评估的规范化与标准化。(2)自然博物馆振动噪声控制标准建议值及类似场地测试分析研究参考现有与本工程类似的振动噪声控制标准，并结合本工程特点与现实条件，有针对性地提出了地铁与公共建筑物合建工程的振动噪声控制建议限值，并利用以上提出的振动噪声测试方法对类似场地进行现场实测，进一步验证了该控制限值的适用性与实用价值。(3)车轨隧建筑物振动噪声仿真计算研究以上海地铁13号线与自然博物馆合建工程为背景，结合车辆轨道耦合动力学理论和动力有限元理论，研究开发一套适用于求解地铁与建筑物合建工程振动噪声的新式车轨隧建筑物振动噪声仿真计算方法，用以评价各种减振降噪措施的实施效果，同时也可给后续类似合建工程中减振降噪设计提供相应的理论计算工具。(4)地下结构振动噪声控制措施研究以上海地铁13号线与自然博物馆合建工程为研究背景，其重点是与钢弹簧浮置板轨道参数优化研究相呼应，通过数值仿真一方面进一步确定出适用于本合建结构型式自振特点的钢弹簧浮置板轨道结构固有频率，另一方面是为了弥补轨道结构对其固有频率附近低频振动的微弱减振能力，还将探讨地基水泥土桩加固体（包括隧道空腔内填筑砼）对钢弹簧浮置板轨道固有频率附近低频振动的减振规律、减振效果及其影响，并根据结构振动计算结构二次噪声。(5)轨道结构振动噪声控制措施研究由于上海自然博物馆与地铁13号线合建的综合工程中自博馆内部建筑结构十分复杂、构造也很特殊、使用功能对环境振动要求较高，因此课题组重点针对列车运行引起的合建结构环境振动问题以及钢弹簧浮置板减振轨道参数优化等问题，顺序开展了不同轨道结构参数组合条件下钢弹簧浮置板轨道结构自振特性的模态分析，不同轨道参数组合和不同行车条件下浮置板钢弹簧支点反力特性分析以及合建结构的三维谐响应和瞬态响应分析，为合建结构钢弹簧浮置板减振轨道参数优化设计提供理论计算依据，同时研发两项轨道减振产品、一项减振道床产品和一项吸音产品，并测试其效果。 图1 道床吸音板 图2 vanguard扣件图3 钢弹簧浮置板 图4 迷宫式约束阻尼钢轨(6)建筑结构振动噪声控制措施研究主要对国内外关于建筑结构的振动噪声控制技术进行研究，根据仿真计算结果提出相应的治理措施。(7)浮置板设计和施工工艺优化研究1)从设计角度研究实现预制龙骨整体吊装方案的技术条件，并进行结构仿真计算和受力分析；从施工角度对龙骨整体吊装和运输、基底施工、龙骨就位和轨道精调等关键环节进行研究，同时研究相应的工机具。2)综合设计、施工和减振效果等角度提出合理板长，针对预制短板节段拼装方案板端变形协调、曲线几何形位的实现等关键技术进行研究，通过室内静载和疲劳试验验证其结构安全性、现场试验验证其安全性、平稳性；从施工角度对模板设计、精度控制、基底施工、短板就位和轨道精调等关键环节进行研究，同时研究相应的工机具。3)通过对普通道床、传统长浮置板、预制短板节段拼装浮置板进行现场类比测试，对新设计的浮置板减振效果进行评价。4)通过与传统浮置板的对比，分析预制龙骨整体吊装和预制短板节段拼装浮置板的经济和社会效益。(8)地铁运营后合建建筑物内振动噪声现场测试和分析通过对地铁运营后合建建筑物内振动噪声测试结果，来评价减振降噪方案的效果。4. 关键技术、技术难点和技术创新4.1 关键技术1) 公共建筑物内振动和噪声控制标准的确定2) 振动和噪声测试数据的采集、处理和分析的方法3) 车轨隧道地基建筑物体系内的中低频振动响应的仿真技术4) 隧道及基础的减振技术方案及范围确定5) 超低频轨道结构方案及参数确定6) 浮置板设计优化和施工工艺方案优化研究4.2 技术难点1)车-轨-隧-地基-建筑物振动系统内中、低频振动响应的仿真技术2)隧道及基础的减振技术方案3)轨道结构技术及参数确定4)浮置板断面的优化设计以及施工工艺技术4.3 技术创新1)从系统工程角度出发，以类比测试和仿真计算为手段，提供更为经济合理的振动噪声集成化综合处理措施，满足公共建筑使用的功能要求；2)从控制振动噪声角度出发，以确保工程施工安全为前提，形成振动噪声控制及施工安全相结合的技术方案，为今后类似工程提供普遍借鉴意义；3)从促进环境保护、社会和谐角度出发，以建立标准建议值和统一测试及评估方法为手段，促进轨道交通的健康发展和城市地下空间的有效利用，为博物馆及类似场馆建设提供指导意义；4)从技术发展角度出发，通过研发中、低频减振道床和新型轨道减振技术等一系列产品，为轨道交通在复杂条件下的振动噪声控制提供新的技术手段，促进社会和科技进步；5)从模块化、标准化设计理念出发，以现场试验为手段，提供更为快捷、经济的浮置板道床施工工艺流程，施工速度提高5倍以上，满足一体化施工进度要求。  5. 项目完成情况课题组已经按照项目任务书的要求完成了一个总报告和九个分报告：地铁与公共建筑合建振动噪声影响分析及控制技术研究分报告一：自然博物馆振动噪声控制标准建议值研究分报告二：振动噪声测试及评估方法研究分报告三：类似场地测试及分析研究分报告四：车轨隧建筑物振动噪声仿真计算研究分报告五：地下结构振动噪声控制措施研究分报告六：轨道结构振动噪声控制措施研究分报告七：建筑结构振动噪声控制措施研究分报告八：浮置板轨道设计及施工一体化研究分报告九：现场测试及分析研究形成地铁引起公共建筑的振动与噪声控制准则1份，提出了振动与噪声集成化仿真计算方法1份，比选出了地铁与建筑物合建结构的合理地基减振加固措施，对地铁与建筑合建结构内轨道结构进行了优化设计，并给出了最优参数组合。完成轨道减振产品2项以上，降低噪声3dB以上；完成超低频道床减振产品1项，降低振动20dB、自振频率小于10Hz；完成吸音产品1项以上，降低噪声3dB以上；在“标准化、模块化、工厂化、机械化”的指导思想下，提出“标准化、模块化、工厂化、机械化”的城市轨道交通轨道工程设计与施工新理念，研究预制龙骨整体吊装工法和预制短板节段拼装工法等2项施工工法，并投入工程实际应用，从施工上实现了模块化、工厂化、机械化生产：采用“预制龙骨整体吊装”方案将原钢弹簧浮置板施工进度由57m/天提高到3550m/天；采用“预制短板节段拼装”方案实现预制工厂化、模块化和施工机械化，大幅度提高施工效率，保证施工质量，使施工速度达到50m/天以上，最高达75m/天及以上，施工效率是原来的710倍。申请2项发明专利，1项实用新型专利；发表4篇论文，培养了5名硕士生、2名博士生，完成了项目建议书所要求的主要技术指标。课题研究成果直接指导了上海轨道交通13号线与自然博物馆合建示范性工程，且数值仿真的减振效果能够满足工程要求。综上所述，完成了项目任务书所要求的各项工作。6. 应用前景与效益预测本研究成果可应用于上海乃至国内其它城市轨道交通与公共建筑共建类似工程的振动噪声预测、控制技术方案设计和施工中，提供更为经济合理的振动噪声集成化综合处理措施，为轨道交通在复杂条件下的振动噪声控制提供新的技术手段，为博物馆及类似场馆建设提供指导意义，促进技术创新和科技进步，从施工上实现了模块化、工厂化、机械化生产，施工速度提高5倍以上，破解了上海轨道交通钢弹簧浮置板的施工难题，最大限度地缩短工程建设周期、节省投资成本，将振动噪声控制纳入科学化和规范化轨道，对上海乃至国内其它城市的类似轨道交通与公共建筑合建工程具有借鉴和示范作用，促进社会主义和谐社会的构建。