近年来，高速铁路凭借其快速、舒适、安全的特点获得了快速发展。截至2019年底，中国高速铁路运营里程达3.5万公里，居世界第一。与此同时，高速铁路对环境的影响也逐渐引起人们的注意，特别是作为高速铁路运营期的两大主要环境问题，环境振动和噪声已成为制约高速铁路发展的主要环境因素。

一、环境振动及其影响

1.1 环境振动的定义及其描述

根据《工程振动术语和符号标准》（gb/t 51306-2018），环境振动是指由风、海浪、交通干扰或机械振动等天然或人为因素造成的振幅很小（微米级）的环境地面运动。

由于铁路产生的大地振动位移非常小而不易测量，更由于人体对振动的感受与振动速度或加速度有更强的关联性，因此在研究铁路环境振动问题时，常用速度或加速度这两个量来描述振动的强度。实际应用中也常采用振动加速度级（val）来表示振动强度，定义为：加速度与基准加速度的比值以10为底的对数再乘以20，单位为分贝（db）。全身铅垂向振动的计权因子修正后得到的振动加速度级，简称z振级，记为vlz。英国则采用竖向四次方振动剂量值vdvz，单位为m/s1.75。

1.2 环境振动的影响

环境振动主要影响沿线古旧建筑物的安全、精密设备的正常生产与使用、人体健康等。

1.2.1对古旧建筑物的影响

虽然铁路引起的环境振动振幅和能量都比较小，从建筑物安全的角度来讲，不会造成像地震那样的剧烈损害。但是，由于该振动的作用是长期存在和反复发生的，这种持久性的小幅环境振动的反复作用会使建筑结构的强度降低，从而出现裂缝或者引起结构变形，最终影响建筑物的安全和正常使用。

2019年12月30日通车运营的京张高速铁路下穿八达岭长城文物区，为避免运营对文物建筑造成损害，隧道顶部距离长城底部最大为102米，以此来避免列车运营产生的振动对长城等文物保护区的不利影响。

1.2.2对精密设备、仪器的影响

许多精密仪器、设备对环境振动的要求都属于微振范围，因此如果距离高速铁路较近，环境振动超过了其允许值可能造成生产设备加工精度下降，产品不合格率增加；试验装置无法进行试验，产生错误的试验数据；检测、测量设备误差增大，无法读取测量结果；一些精密传感器，轻微的振动就可能引起误动作，甚至造成仪器、设备的损坏，产生难以预计的后果。高速铁路环境振动已成为一个亟待解决的问题，若其不能得到有效的治理，将会给经济和科研带来不可估量的。

典型案例：台北至高雄高速铁路环境振动对台湾南部科学园区的晶元体的生产造成不良影响，被迫采取现场减、隔振措施，花费高达80.5亿新台币。

1.2.3对人体的影响

人对频率范围在1~100 hz的振动感觉比较敏感，特别是对频率低于16hz的低频振动，人的感觉更为敏感，这主要是由于人体各种器官的共振频率集中在这个范围。振动还会干扰手的操作，从而导致出错，妨碍人的精神集中，造成判断出错等。高速铁路远场振动的主频主要集中在5~50hz低频部分，持久性、小振幅的环境振动达到一定等级将不仅影响人们的睡眠、休息和学习，干扰人们的日常生活，甚至会影响人们的情绪

二、铁路环境振动的产生机理

高速铁路振动源于列车—钢轨动态作用（耦合振动），移动的轴荷载和不平顺产生的动荷载的激励使车辆和钢轨发生振动，振动经由轨道结构传入大地，产生振动波。振动波沿着大地表面传播，激发铁路附近的建筑物产生振动。振动在岩土体中以压缩波和剪切波或地表面瑞利波的形式激励建筑物产生振动。

当列车在高架结构上运行时，列车激发轨道结构振动，并通过桥梁各个构件，如梁体、墩台等从地面向邻近的建筑物传递，引起建筑物的墙壁、地板以及天花板的振动而产生一种低频噪声，称为“二次噪声”，即结构噪声。

铁路振源、传播路径及受振体系统如图1所示。

1—振源，2—传播途径（2a—体波，2b—表面波，2c—界面波），3—受振体（振动、二次辐射噪声），4—地下水位

图 1 铁路振源、传播路径及受振体系统示意图

（据gb/t 33521.1—2017，iso14837-1:2005）

高速铁路振动以振动波的形式通过岩土介质进行传播，传播过程中的影响因素主要包括岩土体几何阻尼和材料阻尼。波在传播过程中不断向外扩散，几何阻尼会导致振动波的位移振幅随着距振源距离的增大而减小；在岩土层中传播时，各种材料会不断吸收能量，也会导致振动波在传播过程中能量的损失。波在岩土层的传播过程中始终存在这两种阻尼，所以在传播过程中将不断损失能量，振动强度随传播距离逐渐衰减。

三、铁路环境振动的评价标准

根据受振体的不同，铁路环境振动的影响采用不同的评价量和评价标准。

最常用的环境振动标准为《城市区域环境振动标准》（gb 10070-88），其评价量为铅垂向z振级。其对应的测量标准为《城市区域环境振动测量方法》（gb 10071－88）。

铁路沿线文物古建筑振动影响评价执行《古建筑防工业振动技术规范》（gb/t 50452-2008），古建筑结构的容许振动应以结构的最大动应变为控制标准，以振动速度（mm/s）表示。

沿线建筑物（工业建筑、公共建筑，居住建筑，对振动敏感、具有保护价值、不能划归上述两类的建筑）在高速铁路振动作用下的振动控制和振动影响评价执行 gb 50868-2013《建筑工程容许振动标准》。（1）振动对建筑结构影响评价的频率范围为1hz~ 100hz ，应评价下列位置和参数:建筑物顶层楼面中心位置处水平向两个主轴方向的振动速度峰值及其对应的频率；建筑物基础处竖向和水平向两个主轴方向的振动速度峰值及其对应的频率。（2）振动对建筑物内人体舒适性影响的评价频率范围为1hz~80hz，评价位置应取建筑物室内地面中央或室内地面振动敏感处，并附加采用竖向四次方振动剂量值vdvz（m/s1.75）。

高速铁路振动对住宅的影响目前一般采用《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》（jgj/t 170-2009）。此外，《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》（gb/t 50355-2018）则规范了住宅建筑室内振动及其结构噪声限值与测量方法。该标准规定的住宅建筑室内振动单值评价量为z振级；分频振动测量评价量为1/3倍频程铅垂向振动加速度级，频率范围为1hz~80hz；振动引起的结构噪声评价量为1/1倍频程等效声级（不进行a计权），频率范围为31.5hz~ 250hz（对应的1/3倍频程频率范围为25hz~ 315hz）。

四、铁路环境振动的防治措施

高速铁路环境振动防治措施可从源头、传播途径和受振对象三个方面采取经济技术可行的措施。

4.1 源头减振措施

（1）规划与管理措施

为尽量降低高速铁路建设对环境振动影响，建议沿线政府规划、建设、环保部门在规划管理铁路两侧土地利用时充分考虑沿线振级水平较高的实际，划定一定范围的缓冲区，临近线路两侧30m 以内禁止新建居民住宅、学校、医院等振动敏感建筑物。

（2）降低振源强度

①降低车辆轴重、转向架上的减振措施等。

②轨道结构减振：弹性扣件、减振垫、弹性支承块等。目前高速铁路采用轨道结构减振的地段很少。

4.2 振动传播途径减/隔振措施

传播途径减振主要通过在传播路径上设置隔振设施及优化传播结构。欧盟rivas研究项目于2011年初启动，2013年11月结束，提出了隔振沟（图2）、靠近轨道的地基加固、蜂窝状波阻块（hwib）等多种铁路传播途径减/隔振措施。我国《 隔振设计规范》（gb 50463-2008）给出了排桩屏障的隔振设计要求，排桩可采用单排、双排或多排。

图2 隔振沟有填充物（左）、无填充物（右）

4.3 受振对象隔振措施

主要在受影响的建筑物基础进行隔振处理，将建筑物浮置在弹性基础上，如钢弹簧、橡胶块等。

4.4 运营管理措施

高速铁路运营后及时修磨轨面，加强轨道不平顺管理，执行严格的养护维修作业计划，确保轨道处于良好的平顺状态，从而达到减振目的。

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