城市快速軌道建設(shè)與環(huán)境保護
Quick Urban Rail Transit System Construction and Environment Protection
王新杰（北京城建設(shè)計研究總院 北京 100037）
摘 要：城市快速軌道建設(shè)與環(huán)境有密切關(guān)系。分析研究環(huán)境對建設(shè)的制約與建設(shè)對環(huán)境的沖擊,提出軌道交通建設(shè)各階段的環(huán)境保護措施。
關(guān)鍵詞：軌道交通建設(shè)；線網(wǎng)規(guī)劃；地下空間開發(fā)；地鐵施工；環(huán)境調(diào)查；環(huán)境保護
作者簡介：王新杰，男，1937年出生，教授級高工，曾任北京城建設(shè)計研究院院長、中國地鐵工程咨詢公司總經(jīng)理。
WANG Xin-jie
Abstract: Quick urban rail transit construction bears a strict relation upon environment. Constraint of environment on traffic construction and the impact vise versa is analyzed in this paper. Meanwhile, some environment protection measures for different construction phases of rail transit systems are also put forward.
Key words: rail transit system construction, network planning, underground space development, metro construction, environment survey, environment protection.
城市快速軌道交通的建設(shè)和運營與城市環(huán)境有密切關(guān)連，一是環(huán)境對工程的制約，二是工程對環(huán)境的沖擊。盡管地鐵、輕軌、單軌、磁懸浮列車等模式的城市快速軌道交通在節(jié)能、效率、安全、有害氣體（Nox、Co）排放、噪音總量等一系列方面比其它交通形式有著明顯優(yōu)點，但由于它是龐大、復雜、諸多工種交叉的城市區(qū)域中的系統(tǒng)工程，如不從上述兩方面進行環(huán)境分析，很可能達不到好事辦好的目的。
對城市快速軌道交通線路建設(shè)的環(huán)境評估分析，應(yīng)包括線路受自然景觀、人文、鄰近建筑物、地下管線的約束，并研究相互之間的融合，以利沿線土地之開發(fā)、社區(qū)之發(fā)展、經(jīng)濟之上升。在研究對自然環(huán)境沖擊方面，應(yīng)包括空氣品質(zhì)、能源、噪音、視覺、生態(tài)、水資源、土壤及地質(zhì)、文物古跡、旅游資源及開放度等等。
一、線路規(guī)劃與環(huán)境保護
規(guī)劃是城市快速軌道交通建設(shè)環(huán)境保護的源頭。近年來，各大城市十分重視快速軌道交通網(wǎng)路的規(guī)劃，這種規(guī)劃要求達到城市總體規(guī)劃深度，即結(jié)合城市總的發(fā)展目標，結(jié)合城市用地空間總體布局，確定城市軌道交通的總體布局，并提出對城市總體規(guī)劃調(diào)整的反饋意見。重要的點、線處要達到詳細規(guī)劃深度，保證城市的可持續(xù)性發(fā)展與管理。
北京市對于城市快速軌道交通線網(wǎng)的研究起步較早，從上世紀５０年代中到目前，結(jié)合當時城市建設(shè)發(fā)展需要，研究規(guī)劃過多個線網(wǎng)方案。由于當時地鐵工程施工技術(shù)、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)的情況，確定北京地鐵采用“地下淺埋”方式建設(shè)。為了避開地鐵施工與建設(shè)基礎(chǔ)產(chǎn)生矛盾，同時考慮到地鐵施工占地的便利，地鐵線路采用了沿城市道路走向布局的方式，因此，軌道交通網(wǎng)絡(luò)形態(tài)與城市道路棋盤式格局是一致的.
２００１年７月，為了面對北京市未來之發(fā)展，特別是要適應(yīng)“綠色奧運”的理念，市里提出國際招標，重新規(guī)劃研究了線網(wǎng)布局，使其更符合城市的發(fā)展、便捷人員出行和保護北京古城的要求。上海、南京、廣州等一些特大城市近一、兩年也在對城市快速軌道線網(wǎng)進行了調(diào)整與布局，大大重視了地鐵與環(huán)境的關(guān)系。
北京市在地鐵建設(shè)歷程中，在線路規(guī)劃走向與環(huán)境保護方面有不少經(jīng)驗與教訓。一期地鐵沿線有幾百年歷史的兩棵古銀杏樹和馳名京城的五棵松松群，由于離線路較近，相繼枯死，蕩然無存。二期環(huán)線地鐵是拆了北京明、清時代的古城垣和一些城門樓采用明挖法施工修建的。雖然保存了前門、正陽門和古觀象臺等，但拆的太多了，以致于今天一些建筑界、歷史界專家提出方案建議持巨資恢復北京城垣、城門時，都感到工程龐大復雜而難以實現(xiàn)。
南京市地鐵一號線與古城直交，采用高架形式從中華門附近跨過；廣州市一號線中山公園站精心選定站位，以求減少對中山公園建筑的影響；西安地鐵一、二號線考慮了古城對線路的制約，確保名城城垣；上海市明珠二期線路采用全地下走行，減少對繁華市區(qū)的影響；這些理念都體現(xiàn)了地鐵建設(shè)對環(huán)境的尊重與保護。
二、地鐵建設(shè)與地下空間綜合開發(fā)
我國隨著城市化速度的加快，城市土地資源更趨緊張，土地資源不足嚴重影響著人類的居住條件，也制約著經(jīng)濟與社會的進一步發(fā)展。合理地利用現(xiàn)有城市的地下空間可以擴大城市容量，城市的可用面積將能增加５０％以上。地鐵是占據(jù)城市地下空間的龐然大物，單線區(qū)間斷面一般為５m×７m，車站一般寬２０m，長１２０～２００余米，高１８m，無論是施工難度，或是投資額度，它在城市地下空間綜合開發(fā)建設(shè)中可以說具有主導地位。因此，在進行地鐵建設(shè)的同時，一定要把可進入地下的交通、市政、人防、商業(yè)、辦公、停車在平面和豎向上超前作出統(tǒng)一規(guī)劃，并加強立法管理，不能單一從一個行業(yè)的經(jīng)濟性、方便性就搶先實施，以致于給城市地下空間綜合開發(fā)利用造成不可彌補的損失，使城市環(huán)境的統(tǒng)一整治難上加難。
地鐵車站與其周圍地下空間可以開發(fā)建設(shè)為一個區(qū)，地鐵線路又將許多區(qū)連在一起，所以首先要作好地下綜合開發(fā)的平面布局。在豎向?qū)哟紊弦惨紤]周全，不要影響今后開發(fā)的持續(xù)性。國外一些城市在修地鐵車站時，從規(guī)劃設(shè)計到實施工程很注意這方面的工作。如德國慕尼黑火車站前地鐵站建設(shè)與四層空間開發(fā)，加拿大蒙特利爾市佰那文垂廣場的地鐵站建設(shè)與復合設(shè)施開發(fā)形成了功能齊全的地下街，巴黎苔芳斯新區(qū)將地鐵站、城市快車線站和國家公路、公交汽車、停車場等分別設(shè)在不同的地下層次空間，構(gòu)成了立體交通系統(tǒng)。
我國近幾年地鐵建設(shè)在借鑒國外經(jīng)驗的同時，又非常注意結(jié)合自己的國情與市情，對地下空間綜合利用進行了多方面的研究與探討，也有不少成功的設(shè)計方案與實例。
北京正在建設(shè)的東直門、西直門、動物園綜合交通樞紐，中關(guān)村科技園西區(qū)的大面積地下綜合管廊，建國門外ＣＢＤ商務(wù)區(qū)的地上、地下交通綜合規(guī)劃，鐵路西客站地下大廳與地鐵站線的預建。上海市鐵路南站的地鐵站線規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)，１、２號線在人民廣場的換乘與商業(yè)開發(fā)。南京１號線地鐵新街口站與周圍商業(yè)的溝通，鼓樓站換乘的考慮。廣州火車站站前廣場地鐵站綜合考慮。深圳１、４號線的換乘與復合設(shè)施都體現(xiàn)了修建地鐵既方便交通也創(chuàng)造良好地下環(huán)境的設(shè)計思想。國家已經(jīng)頒布了“城市地下空間開發(fā)利用管理規(guī)定‘，執(zhí)行這一規(guī)定應(yīng)注意當前要與長遠結(jié)合，地上要與地下結(jié)合，平面要與豎向結(jié)合，區(qū)域要與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，加快地鐵建設(shè)要與全面改善城市環(huán)境質(zhì)量相結(jié)合。
三、地鐵施工對環(huán)境的影響
現(xiàn)代化大城市地面建筑林立，地下煤氣、熱力、上／下水、電力、通訊等管道設(shè)施繁多，地鐵和輕軌建設(shè)的修建逐年困難，加之市民環(huán)保意識提高，選擇對周邊環(huán)境影響較少的施工方法今后將日益重要。
根據(jù)國家發(fā)布實施的“建設(shè)項目環(huán)境保護管理條例”，地鐵與輕軌的建設(shè)均需進行項目環(huán)境影響的評價，按條例規(guī)定進行環(huán)境保護設(shè)計和控制。為此要從兩方面作好工作，首先是進行環(huán)境背景的調(diào)查、分析與說明，預測環(huán)境的影響，其次是制定出預防及減輕施工行為對環(huán)境影響的對策和措施。
1.環(huán)境背景之調(diào)查
這是一項細致準確的工作，軌道交通建設(shè)沿線區(qū)域本來就可能存在若干環(huán)境污染問題，其范圍、程度、起因均要一一列清，軌道交通建設(shè)有時對消減一些污染有利，對于施工新引起的環(huán)境影響要作出與原環(huán)境情況的對比，進而采取相應(yīng)對策，合理支付軌道交通建設(shè)中的環(huán)境治理費。環(huán)境現(xiàn)況調(diào)查包括：
a)地形、地質(zhì)及土壤：地形標高、路面狀況、地質(zhì)與地震災(zāi)害記錄。
b)水文及水質(zhì)：水害情況、水質(zhì)污染程度、ＰＨ值、化學物質(zhì)含量、地下水位情況等。
c)空氣品質(zhì)：懸浮微粒測定、其它污染物濃度。
d)噪音。噪音現(xiàn)狀與該區(qū)、段控制標準值。
e)振動：沿線廊道區(qū)、不同遠近距離與平日、假日之振動量測定，震動控制標準值。
f)廢棄物：垃圾清運量及清除率，垃圾處理方式。
g)電磁干擾：沿線廠、店、樓所用電子設(shè)備（電視、音響、儀器儀表等）情況，通訊設(shè)備及水、電、煤氣、天然氣等公共設(shè)施情況。
h)生態(tài)環(huán)境：動物生態(tài)有人之活動、動物之棲地、候鳥情況；植物生態(tài)有樹種和生長空間及對環(huán)境適應(yīng)力；水域生態(tài)有河水污染度，魚類情況。
i)名勝古跡、文化及旅游資源：遺址、古跡、視覺、景觀。
j)社會經(jīng)濟環(huán)境和沿線土地利用與開發(fā)狀況。
k)交通運輸：交通量現(xiàn)狀、施工便道建造可行性。
2.預防及減輕施工對環(huán)境的影響
地鐵和輕軌的施工特點是施工周期長，施工范圍大，路線長，土木工程量多，涉及面廣。近年來，隨著科 技發(fā)展，建筑機械改進，設(shè)計方法創(chuàng)新，地鐵輕軌的綜合施工水平有很大提高，但挖掘、打樁、棄土、回填等一系列施工作業(yè)，仍不可避免地會給現(xiàn)有交通、街道、建筑、管道、河流、樹木以及市民的日常生活帶來影響。所以從必須從設(shè)計、施工方法與組織管理上綜合考慮施工期的環(huán)境保護問題。
a)合理\施工方法之選擇
一般說，地鐵暗挖法施工比明挖法施工對環(huán)境影響較小，根據(jù)地質(zhì)情況和土壤加固改良的方法，線路區(qū)間和車站均可采用礦山法施工。盾構(gòu)法修建區(qū)間隧道也越來越普遍，暗挖法可能引起變形和地表沉降或隆起，設(shè)計與施工時都要有詳細計算與監(jiān)測，應(yīng)實施控制性注漿和盾構(gòu)隧道信息化施工遠程控制與管理，防止土體過量變形造成對已有建筑和路面之破壞。
明挖法施工要從噪聲控制、減少揚塵、廢水廢物處理幾個方面減少對環(huán)境的影響。詳見一覽表
噪聲與振動大氣廢（污）水垃圾污染因子飄塵、SO、NO、CO、TSP、降塵生產(chǎn)、生活污水（夾帶泥沙、油類）生活垃圾產(chǎn)生源推（挖）土機、空壓機、打樁機、鉆孔機、重型運輸車、風鎬、打夯機、混凝土攪拌機、爆破作業(yè)、車輛運行（鳴笛、撞擊）。挖（棄）土飄飛揚塵、裝卸揚塵、運輸灑落、車輛尾氣、回填土揚塵、瀝青污染、鉆孔粉塵、生活垃圾、列車運行摩擦金屬粉塵。1.機械冷卻水2.生活、生產(chǎn)污水3.地面徑流攜帶泥漿4.油類施工人員日常生活防治措施與建議1.鉆孔機、靜壓機代替打樁機。2.混凝土集中拌制。3.預制構(gòu)件代替現(xiàn)場澆注。4.盡量避免爆破作業(yè)。5.安裝消聲器，降低各類發(fā)動機進排氣噪聲。6.對固定的噪聲源車間、料場等相對集中，充分利用地形、地物等自然條件，縮小干擾及擴散范圍。7.對產(chǎn)生振動的施工設(shè)備至于距振動敏感區(qū)30m以外遠。8.施工場界應(yīng)滿足GB12523-90標準的有關(guān)規(guī)定，應(yīng)限制夜間（22：00～7：00）施工。9.施工應(yīng)有對噪聲、振動控制措施，做到科學管理，文明施工。10.施工工程承包合同應(yīng)貫徹環(huán)保內(nèi)容，以確保各項控制措施的實施。1.開挖作業(yè)區(qū)適當噴水，保證地面有一定濕度。2.對臨時儲土堆撒水，但應(yīng)防止沖刷造成泥漿流向四周，干燥后再次飛揚。3.對運土車輛應(yīng)經(jīng)常清洗，運載時不要太滿，并應(yīng)遮蓋，避免散落。4.裝卸文明作業(yè)，防止揚塵。1.建筑集水池、泥漿池、隔油池等。2.分類收集，相應(yīng)處理，達到排放標準（GB8978-1996）。1.設(shè)立化糞池。2.垃圾堆遮蓋，并定時清運。
地鐵開挖和降、排水對環(huán)境引起一些負面影響，如引起地面沉降幾十毫米；引起地面建筑物和地下管線的變形，甚至損傷破壞；引起地下水動態(tài)變化，影響生態(tài)平衡。這些都要進行地鐵施工整體環(huán)境評估，要全面的分析。目前國內(nèi)樁基施工技術(shù)大有發(fā)展，廣州地鐵一期、二期工程，深圳地鐵一期工程都采用了樁基托換技術(shù)，上面建筑有幾十層，地鐵從基礎(chǔ)下通過，盾構(gòu)通過開挖時，樁基被切斷，整個建筑骨架受力引起變化，控制不當，就會造成應(yīng)力失去平衡，建筑物沉降、開裂、傾斜，對建筑物是托還是拆，必須全面分析考量而后定。
降、排水方法更要充分論證，因為許多城市水資源緊張，對上層滯水要研究水的循環(huán)和應(yīng)用問題，對潛水承壓水要研究回灌問題，施工中盡力減少水的浪費。郊區(qū)線路穿過農(nóng)田或濕地時，要注意處理好灌溉和濕地保護，防止土地干涸化。
b)施工泥漿要換代
城市快速軌道交通有大量的樁、墻施工。施工時要用泥漿穩(wěn)定鉆掘壁面。目前，國內(nèi)多采用膨潤土（亦即皂土，Bentontie）泥漿，隨著科技材料的發(fā)展，國外與香港、臺灣都已逐漸轉(zhuǎn)換為高分子聚合物材料——聚丙烯醯胺（Polyacrylamide）超泥漿穩(wěn)定液。這種液體是一種高濃縮性白色乳液，與水拌合后即產(chǎn)生膨脹作用，以提高水的粘滯度，在鉆掘壁面形成一層富有韌性的膠質(zhì)薄膜，防止鉆掘平面之崩塌，達到穩(wěn)定孔洞與溝槽之目的。這種超泥漿易于拌合，無粉塵污染，不需泥漿攪拌池、沉淀池，能促使懸浮泥沙產(chǎn)生凝絮，加速沉淀，并可多次循環(huán)使用。它突出的優(yōu)點是無毒性、無污染，不影響環(huán)境生態(tài)。完工時的廢液處理，僅需按水量1/750～1/500比例添加硫酸鋁（明礬），充分攪拌后，水中酸堿值中和至6.0.～8.0之間，超泥漿之高分子鏈即斷解、卷曲失效，稍置后即可排于下水道。
上海地鐵明珠線二期工程浦東南路地下連續(xù)墻施工，北京地區(qū)一些水利工程連續(xù)墻施工和市內(nèi)道路、立交橋旋挖樁施工都已有采用超泥漿的案例。膨潤土這種材料退出作護壁泥漿之后，可以在工廠生產(chǎn)膨潤土防水板材，在日、韓地鐵、北京５號線路和其他地下工程中已經(jīng)采用。
c)控制地鐵爆破震動的影響
我國一些城市修建地鐵，有部分或多處線段通過巖石地層，以當前技術(shù)條件，爆破法是開挖巖石隧道最經(jīng)濟合理的方法，在距離地面只有十幾或二十多米深的地下作業(yè)，爆破所產(chǎn)生的震波對地面的房屋和周圍的管道將有不同程度的影響。決定采用爆破法時一定要通過測試確定本地區(qū)爆破衰減規(guī)律及其受害影響程度。爆破方案可以選比，或靜態(tài)爆破（采用膨脹劑）或予裂爆破（采用微差雷管單孔依次起爆），通過打孔、掏槽裝藥、起爆等試驗參數(shù)來確定爆破實施方案，控制地鐵的爆破震動效應(yīng)。
四、軌道交通運營的環(huán)境影響問題
運營期軌道交通對環(huán)境的影響主要是震動、噪聲和電磁干擾與雜散電流。
1.震動與噪音影響
軌道交通列車行駛時由于鋼軌與車輪碰撞和摩擦產(chǎn)生震動與噪聲，并通過軌道傳給結(jié)構(gòu)、土體、建筑物。車身長、運載人數(shù)多、軸重大，震動和噪聲就必然大。在地面下行走的地鐵，噪聲要比在地面上，高架橋上行走時小，但距離近，深夜和凌晨時，地鐵行車也會帶來震動感。對于城市軌道交通震動與噪聲控制，目前正在根據(jù)國家規(guī)定的城市區(qū)域環(huán)境質(zhì)量標準（GB10070—88）研究制定本行業(yè)標準。
降低城市軌道交通震動和噪聲的基本方法是進行震動源分析，測出震動源強度，研究各種軌道交通形式震動傳播規(guī)律，及時進行對建筑物的影響進行監(jiān)測分析。從而采取相關(guān)措施控制震動與噪聲。
a)車輛震動控制。減輕自重,提高轉(zhuǎn)向架與車輪性能和制造水平。
b)軌道震動控制，軌道為線路上部建筑，它由鋼軌、軌枕、連接零件、道床、道岔和其它附屬設(shè)備等組成，逐步研制和采用新型的軌道結(jié)構(gòu)，滿足絕緣、減震、防震要求。在這方面，國外技術(shù)發(fā)展很快，有隔震靴、隔震墊、橡膠墊或玻璃纖維墊形式的浮置道床隔震裝置，以及荷蘭“艾德隆”（edilon）公司提出的整體道床軌道型式。它是采用一種Ｅdilon Corkelast 粘接材料澆注，將鋼軌與預制枕板連接在一起，比傳統(tǒng)的軌道結(jié)構(gòu)形式震動、噪聲要小，且絕緣，防雜散電流。如果在地面上，兩條鋼軌之間部位可以植草，稱為“綠色軌道”。
c)噪聲防治：軌道交通運營時，噪聲與震動產(chǎn)生原因大致相同，減少震動的同時也大大減少噪聲的污染，除此之外，在線路穿過人口較多的社區(qū)和敏感點應(yīng)設(shè)置隔、吸聲屏障。對不同車速、不同距離和不同運行時間要進行隔聲的計算與設(shè)計。加聲屏障后，可以減弱12db（A）左右。聲屏障的降噪效果對一固定距離的樓房、各層反映則不同。測試結(jié)果表明：有聲屏障情況下，樓層高度越低，軌道交通噪聲越小，越高噪聲越大；無聲屏障時，與軌道交通路軌等高的樓層噪聲最大，高于或低于路軌的樓層噪聲越小，這是聲屏障阻礙噪聲直接輻射的道理，應(yīng)研制新的隔、吸聲屏障，使其對周圍建筑各層次影響都控制在標準以下。地面線兩旁可以植樹、綠化，減少噪聲向外傳播。
d)對地下車站站臺，集散廳進行必要的聲學處理，使混響時間不大于2秒。
2．特殊建筑的環(huán)境問題
為了減少城市軌道交通建設(shè)占用城市地面與空間的影響，各城市越來越重視地面車站、車場的頂蓋開發(fā)與利用。上海地鐵一號線南段延長線幾個車站上面均開發(fā)建造了商場與寫字樓；北京太平湖車場聯(lián)絡(luò)線上空，加蓋建造了高層住宅；復八線四惠車場30余公頃的面積上打樁、立柱，在停車、維修廠房的頂蓋上正開發(fā)建設(shè)70萬平方米的大型社區(qū)。整個工程東西長1291m，南北寬226m，由兩層鋼筋混凝土框架平臺及平臺上的住宅及相關(guān)配套項目組成。設(shè)計時為控制樁柱截面過大，保證列車車輛使用空間，又能滿足抗震設(shè)防要求，同時，又達到上部房屋與下層車場的隔震作用，經(jīng)過隔震結(jié)構(gòu)模型試驗研究，決定在房屋基底上層與平臺板梁之間置放國產(chǎn)隔震墊，這種隔震措施，可以明顯改善九層樓房及平臺框架柱的抗震性能，提高住宅社區(qū)的抗震安全性。這一社區(qū)的開發(fā)和平臺上環(huán)境綠化建設(shè)，為北京節(jié)約了30余公頃的土地面積。
3．電磁干擾及電腐蝕
根據(jù)資料介紹，城市軌道交通供電方式與城市其它供電方式大同小異，按標準規(guī)定，靜電感應(yīng)、靜磁場效應(yīng)，以及電機系統(tǒng)的低頻電磁場均不會對家用電器、通信、人體健康造成危害。
雜散電流是城市軌道交通電流回路中的部分散出電流，它對結(jié)構(gòu)鋼筋，附近金屬管線產(chǎn)生電解效應(yīng)，造成管線腐蝕。對于雜散電流的影響要予以重視，應(yīng)專題進行雜散電流的防護設(shè)計，確保牽引回流系統(tǒng)暢通。采用“雜散電流”監(jiān)測和收集措施，線路上部結(jié)構(gòu)絕緣，軌道線路采用無縫鋼軌，主體結(jié)構(gòu)與道床之間要求絕緣，金屬管道穿越軌道底部和隧道結(jié)構(gòu)時要求絕緣，車場的電纜敷設(shè)和軌道鋪設(shè)、電機設(shè)備安置均應(yīng)按控制“雜散電流”規(guī)定實施。
4．廢氣限制
在地下鐵道運行時，隧道內(nèi)要進行環(huán)控（通風與空調(diào)）設(shè)計，創(chuàng)造出適宜的人工氣候環(huán)境，車站和區(qū)間均設(shè)風亭，風亭取風口高度距離地面2～5m，排取風口建于同一風亭，排風口應(yīng)高于取風口5m，排風口排出廢氣方向，不應(yīng)向著任何敏感的受納體。
為防止排出的廢氣再次進入地鐵內(nèi)，風亭距出入口不宜太近，應(yīng) >20m。盡可能利用處于上風口的風井輸入外部空氣，處于下風口的風井排出地鐵的廢氣。
參考文獻
[1] 王新杰,楊秀仁. 大城市地鐵建設(shè)與地下空間綜合開發(fā).巖石力學與工程學報,1999,18
[2] 彭澤瑞,郭建國.北京地鐵復—八線土建工程施工技術(shù)..北京：中國科學技術(shù)出版社,2003
[3] 朱悅明等. 南京地鐵一號線總體設(shè)計文件. 北京城建設(shè)計研究院，2001
[4] 王毅,徐輝.淺談地鐵車輛段平臺居住小區(qū)震動與噪聲污染控制.城市軌道交通,2000(1)
