城市轨道交通项目主要环境问题简要分析 ———以哈尔滨市轨道交通一期工程为例
摘 要:通常以电能为动力,采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通总称为轨道交通。未来10年,中国城市、城际轨道交通建设里程将达到1200公里~1500公里,它意味着未来城市交通结构趋于合理,公共交通成为城市主导客运方式,交通拥堵状况得到缓解和改善。在不断发展的同时,城市轨道交通建设由于其本身的特点,其噪声和振动的环境污染越来越引起关注。本文分析该行业重点环境问题,有效的控制轨道交通运营中的环境污染,最大限度的减少对沿线环境的影响。
关键词:城市轨道交通;电能;轮轨;噪声;震动;沿线两侧
1 城市轨道交通发展现状及规划
作为城市公共交通系统的一个重要组成部分,在中国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中,将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力,采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称。”目前国际轨道交通有地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车以及悬浮列车等多种类型,号称“城市交通的主动脉”。城市轨道交通和其他公共交通相比,具有以下特点:用地省,运能大,轨道线路的输送能力是公路交通输送能力的近10倍。每一单位运输量的能源消耗量少,因而节约能源;采用电力牵引,对环境的污染小。噪声属集中型,人均噪声小,易于治理;乘客乘座安全、舒适、方便、快捷。
城市规模的扩大,必然形成城市人口的增加和城区人口密度加大。加上相当固定的流动人口,使得仅仅依靠传统概念上的公共客运交通即公共汽车和无轨电车已远远不够。目前,中国的城市公交基本上以常规的公共汽车为主,客运量小、速度慢、技术性能差、耗能大、污染也较严重。为了扩大输送能力,只好增加运输车辆的投入,而这又造成道路阻塞,使运行速度下降。投入车辆越多,阻塞就越严重,从而产生了一种恶性循环。
中国国际城市轨道交通展览会新闻发布会上,中国交运协会城市轨道交通专业委员会副主任周翊民介绍,未来10年,中国将迎来城市、城际轨道交通建设高潮,建设里程将达到1200公里—1500公里,而上世纪70年代世界轨道交通建设高潮期,各国建成的总里程不过1600公里。中国城市、城际轨道交通建设的规模之大,将是世界轨道交通建设史上极为罕见的,这与中国正在全面建设小康社会、国民经济持续快速发展、城市化进程明显加快是互相适应的。
中国城市轨道交通建设始于1965年北京地铁的开工。截至2005年年底,中国已建成18条轨道交通线路,营运总里程累计达到405公里。中国城际轨道交通建设也已开始上马。广州至佛山长约33公里的城际轨道交通项目建设已经启动;总投资224亿元的上海至南京城际轨道交通线即将动工,并将于2009年底建成。
中国城市交通的远景目标是“高效便捷、公平有序、安全舒适、节能环保”。它意味着未来城市交通结构趋于合理,公共交通成为城市主导客运方式,出行的选择性增强,出行效率提高,交通拥堵状况得到缓解和改善。《中国城市总体规划纲要》确定,公共交通优先,大幅提升公共交通的吸引力,实施区域差别化交通政策,引导小汽车合理使用,扭转交通结构逐步恶化的趋势,使公共交通成为城市主导交通。由此可见,发展城市轨道交通,是符合国家产业政策和城市总体规划要求的。
2 轨道交通项目环境污染分析
城市轨道交通系指采用钢轮-钢轨导向系统为主的城市公共交通客运系统。按照运量及运营方式的不同,城市轨道交通包括地铁、轻轨、有轨电车、跨座式单轨以及磁悬浮等形式。
对应不同工程类别的工程内容为土建工程包括线路工程、轨道工程、桥梁工程、隧道工程、车站及建筑工程、车辆段及综合维修基地,设备系统包括车辆系统、供电系统、通风空调系统、采暖系统、给排水与消防系统。本文以哈尔滨市轨道交通一期工程为例,分析城市轨道交通项目主要的环境影响。
2.1 施工期主要污染分析
工程施工期对环境产生的影响主要有社会影响、城市生态景观、施工噪声、振动、扬尘、城市交通、居民出行等,具体分析如下。
社会环境影响主要为占地及动迁各类管线、各类用房、绿地对沿线区域的城市环境格局及动迁居民的生活质量产生影响;对城市交通的影响工程实施期间,由于车站封闭施工及施工占地,将对原有道路的交通产生阻塞干扰,影响市民出行;对沿线居民及商服、休闲场所的影响;工程施工,尤其是车站施工过程中产生的噪声、施工机械废气、粉尘、扬尘等污染物将影响附近区域的环境质量,进而影响区域内居民的生活质量。
施工期施工过程及拆迁对沿线及附近区域城市景观将产生不利影响。
工程施工过程中的车站挖掘、大型构件的吊装、混凝土拌和、站台基础施工时使用的钻孔、破除和修复路面时采用的空压机和压路机等施工机械产生的噪声及振动将对车辆段、沿线各车站、控制中心及主变电站附近的声环境及振动环境产生不利影响。
另外,建筑材料及残土运输过程中产生的交通噪声及振动将对运输道路沿线的声环境及振动环境产生不利影响。
地铁施工期的影响程度和范围与施工方法密切相关。车站施工方法有明挖法、暗挖法与明挖法相结合的施工方案,对交通繁忙的重要路口,可选用盖挖顺作法施工,先盖后挖。后者施工成本较高,但对周围环境影响时间较短,前者施工成本较低,但对周围环境影响时间较长。区间盾构法施工过程中可能引起地面沉降,过量下沉会对地铁沿线周围的建筑物和地下管线造成不利影响。盾构机施工过程中,石油类污染物可能进入地层土壤中,随地下水流动(扩散),污染地下水水质。
总之,车站施工中,噪声与振动污染主要来自清场、拆除、破路、排水、挖掘、运土、回填、复路各阶段使用的施工机械和运载车辆,影响程度严重,涉及面广,而且施工周期较长,每座车站需24—30个月。地下区间隧道采用盾构法,由于暗挖法作业在地下,则施工产生的噪声对地面影响较小,仅在下轨口或竖井及已建区间隧道与新建隧道的连接处为影响区。
综上分析可知,地铁建设施工中的噪声和振动污染问题主要发生在地下车站的施工过程中,影响区域远大于地下车站施工场地。
从不同施工方法与机械设备所产生的噪声和振动污染比较来看,施工中采用暗挖法,其污染影响程度和范围要比明挖法小得多,逆作法的挖掘现场其污染对环境的影响时间比顺作法短,影响范围也小。
地下隧道施工均采用暗挖法,由于在地下深处掘进不破坏路面,不影响地面交通,则噪声对环境的污染相对较小。另外,重型运输车辆对敏感目标的噪声和振动影响不可忽视,应选择影响最小的运行道路。
2.2 运营期主要污染分析
2.2.1 噪声影响特点及源强
工程建成运营期间,列车高速行驶时轮轨之间磨擦和撞击,列车的发动机、压缩机、电刹车、传动系统以及通风、空调系统的运转产生噪声是敞开段主要噪声源;车辆段维修车间的机械运转和维修作业等,都会产生噪声;地下车站和隧道通风系统使用的轴流风机产生的空气动力性噪声,是车站风亭进、出口的主要噪声源;另外还有主变电站噪声。各种噪声源源强类比已建成的北京地铁项目监测资料,见表1。
2.2.2 振动影响特点及源强
运营期列车在地下运行时,轮轨相互撞击产生的振动,经钢轨通过扣件和道床传到隧道,再由隧道传向大地,引发隧道附近地面建筑的振动。影响振动的因素很多,包括车辆条件、轨道结构、隧道结构、环境地质条件、建筑物构造等因素。隧道振动的强弱主要取决于隧道的结构与重量、行车速度、轮轨表面磨损程度及隧道周围的地层状况,据调查,隧道加重一倍,其振动加速度可减小5dB,车轮表面磨损严重时,能使隧道振动加速度增加10dB,并使高频振动成分增加。经测试,隧道地面的最大振动级发生在250Hz附近,由于隧道周围地层对高频振动的吸收,所测得的地表振动频率以63.5Hz为最高,地面段的地表振动是列车行驶时轮轨相互撞击产生振动的直接结果。轮轨撞击以振动的方式传向道床,再经道床传向大地。轨下振动源强类比国内已建成地铁振源源强给出,见表2。
3 城市轨道交通的污染防治措施分析
3.1 车站通风亭噪声污染控制措施
车站风亭设计应合理选择风亭的位置,风亭与噪声敏感建筑物的距离应在10m以上,在文物保护建筑所在地段或特别安静的区域不宜设置风亭,风亭出风口应背向居民住宅。车站内通风系统的换气风机后端必须安装风机排气消声器,消声器的消声量不应低于25dB(A)。车站通风系统通向地面风亭的管道还应采取进一步的降噪措施,在管道内加装吸声材料,风亭风道则采用3m长片式消声器。地面通风亭的进出风口必须安装消声百叶,风亭百叶风速一般控制在4m/s以内。
3.2 车辆段噪声污染防治措施
哈尔滨轨道交通一期工程车辆段拟建地址拆除旧有棚户区,根据地铁车辆段周围及厂内布置,厂界北侧紧邻太平桥火车站,南侧隔平湖路为居民生活小区,东侧为新江桥街,西侧为红旗大街,车辆段内噪声源均为固定的点声源,根据设计规划,设备间均布设在北侧国铁一侧,远离居民区,选址较为合适。
车辆段车间或厂房的通风设备选用低噪声设备,并应安装排气消声器,空压机房内的空压机应选用低噪声设备,并安装隔声罩及减振设施;采取上述措施后,各设备间室外噪声在70dB(A)以下,同时厂界南侧设有30m宽的绿化带及隔声屏的降噪,通过面声源计算公式可计算得到这些设备对居民点噪声影响声级均已较小,厂界处能够达到Ⅱ类厂界噪声昼、夜标准。
本工程附属车辆段出入段线,在进入车辆段之后有约200多米长的线路为敞开段,其平湖街一侧规划有住宅,列车(空车)出入车辆段时,运行速度≤30km/h,最大声级估计可达75~80dB(A)。在线路二侧20m~60m范围内环境噪声等效连续声级可达55~63dB(A),这对线路二侧影响较为严重。为解决车辆段敞开段的噪声超标问题,从经济性及降噪性能考虑,本工程对外部敞开段采用半封闭型的隔声屏障,在线路南侧出口至车库及北侧出口至综合楼设置3m高、540m长隔声板,经过上述措施后,两侧地区处减噪10dB(A)以上,从而达到GB1234-90中Ⅱ类地区标准要求。
3.3 站台人流噪声控制
站台噪声虽然不是外环境,但其对乘客和站台服务人员的影响极大。目前国内新建的地铁站台一般都作内部吸声处理,但往往忽视了地下站台的活塞风带来的噪声。为控制地下站台的活塞效应产生的噪声,可以在站台的出入隧道口作壁面吸声处理,吸声隧道长度在20米左右,可以使进、出站时站台噪声持续时间分别减小40秒和15秒,从而使站台内的连续等效A声级降低2dB。
3.4 振动影响控制措施
为了减轻地铁一号线建成后对周围地面和建筑物的干扰程度,结合预测评价结果,本着技术可行、经济合理的原则,拟从以下几方面提出振动防护措施:
(1)根据地铁振动的产生机理,在车辆类型、轨道构造、线路条件等方面进行减振设计,将降低轮轨撞击产生的振动源强值,从根本上减轻轨道交通振动对周围的影响。包括车辆采用弹性车轮振动控制、轨道结构在钢轨、扣件、道床等方面采取相应的减振措施、线路和车辆的维护保养等。
(2)超标敏感点振动治理措施
根据敏感点处振动以及东正教堂、基督教堂等单位的振动速度预测结果,对振动超标的一曼街90号居民楼、化工大世界、21中学、文化宫、南直路居民及东站广场等点位提出振动防治措施。
超标较大的点多集中在烟厂站至哈尔滨东站站路段。该路段相应的地面道路是沿一曼街、东直路、桦树街,路面较学府路、东西大直街(宽60~80m)相对窄(宽30~40m)。线路穿越化工大世界,该敏感点处振动采用金属弹簧浮置板道床(减振效果为13~25dB),其余敏感点处采用弹性扣件、弹性短枕式整体道床。治理后各环境敏感点的振动影响可降至最小程度,做到达标排放,约附加投资788万元。
(3)有保护价值的建筑物振动治理措施东正教堂和基督教堂为省级文物保护单位。东正教堂和基督教堂两点预测振动速度为5.7~6.7mm/s,已超过《机械工业环境保护设计规定(试行)》(JB16-88)中的建筑物振动容许值3.0~5.0mm/s的规定,对以上两处建筑将会有轻微损坏。因此,除采用一般建筑物的治理措施外,还应采取特殊振动控制措施。
由表中可看出,治理后东正教堂和基督教堂及秋林公司振动速度预测值为1.5~1.8mm/s,与振动现状值叠加后的振动速度为1.8~2.3mm/s,满足《机械工业环境保护设计规定(试行)》(JB16-88)中的建筑物振动容许值的规定,约附加投资2400万元。
4 综合分析
城市轨道交通的建设和运营与城市环境有密切关连,一是环境对工程的制约,二是工程对环境的影响。尽管地铁、轻轨、单轨、磁悬浮列车等模式的城市快速轨道交通在节能、效率、安全、有害气体排放、噪音总量等一系列方面比其它交通形式有着明显优点,但由于它是庞大、复杂、诸多工种交叉的城市区域中的系统工程,城市轨道交通建设的环境影响主要包括对邻近建筑物的噪声及振动、地下线的施工影响、城市景观、人文影响、电磁辐射影响及固体废弃物的环境影响等,在工程建设的过程中要注意环境保护设施的三同时建设。
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