城市快速轨道建设与环境保护
Quick Urban Rail Transit System Construction and Environment Protection
王新杰（北京城建设计研究总院 北京 100037）
摘 要：城市快速轨道建设与环境有密切关系。分析研究环境对建设的制约与建设对环境的冲击,提出轨道交通建设各阶段的环境保护措施。
关键词：轨道交通建设；线网规划；地下空间开发；地铁施工；环境调查；环境保护
作者简介：王新杰，男，1937年出生，教授级高工，曾任北京城建设计研究院院长、中国地铁工程咨询公司总经理。
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，二是工程对环境的冲击。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（Nox、Co）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，如不从上述两方面进行环境分析，很可能达不到好事办好的目的。
对城市快速轨道交通线路建设的环境评估分析，应包括线路受自然景观、人文、邻近建筑物、地下管线的约束，并研究相互之间的融合，以利沿线土地之开发、社区之发展、经济之上升。在研究对自然环境冲击方面，应包括空气品质、能源、噪音、视觉、生态、水资源、土壤及地质、文物古迹、旅游资源及开放度等等。
一、线路规划与环境保护
规划是城市快速轨道交通建设环境保护的源头。近年来，各大城市十分重视快速轨道交通网路的规划，这种规划要求达到城市总体规划深度，即结合城市总的发展目标，结合城市用地空间总体布局，确定城市轨道交通的总体布局，并提出对城市总体规划调整的反馈意见。重要的点、线处要达到详细规划深度，保证城市的可持续性发展与管理。
北京市对于城市快速轨道交通线网的研究起步较早，从上世纪５０年代中到目前，结合当时城市建设发展需要，研究规划过多个线网方案。由于当时地铁工程施工技术、工程地质及水文地质的情况，确定北京地铁采用“地下浅埋”方式建设。为了避开地铁施工与建设基础产生矛盾，同时考虑到地铁施工占地的便利，地铁线路采用了沿城市道路走向布局的方式，因此，轨道交通网络形态与城市道路棋盘式格局是一致的.
２００１年７月，为了面对北京市未来之发展，特别是要适应“绿色奥运”的理念，市里提出国际招标，重新规划研究了线网布局，使其更符合城市的发展、便捷人员出行和保护北京古城的要求。上海、南京、广州等一些特大城市近一、两年也在对城市快速轨道线网进行了调整与布局，大大重视了地铁与环境的关系。
北京市在地铁建设历程中，在线路规划走向与环境保护方面有不少经验与教训。一期地铁沿线有几百年历史的两棵古银杏树和驰名京城的五棵松松群，由于离线路较近，相继枯死，荡然无存。二期环线地铁是拆了北京明、清时代的古城垣和一些城门楼采用明挖法施工修建的。虽然保存了前门、正阳门和古观象台等，但拆的太多了，以致于今天一些建筑界、历史界专家提出方案建议持巨资恢复北京城垣、城门时，都感到工程庞大复杂而难以实现。
南京市地铁一号线与古城直交，采用高架形式从中华门附近跨过；广州市一号线中山公园站精心选定站位，以求减少对中山公园建筑的影响；西安地铁一、二号线考虑了古城对线路的制约，确保名城城垣；上海市明珠二期线路采用全地下走行，减少对繁华市区的影响；这些理念都体现了地铁建设对环境的尊重与保护。
二、地铁建设与地下空间综合开发
我国随着城市化速度的加快，城市土地资源更趋紧张，土地资源不足严重影响着人类的居住条件，也制约着经济与社会的进一步发展。合理地利用现有城市的地下空间可以扩大城市容量，城市的可用面积将能增加５０％以上。地铁是占据城市地下空间的庞然大物，单线区间断面一般为５m×７m，车站一般宽２０m，长１２０～２００余米，高１８m，无论是施工难度，或是投资额度，它在城市地下空间综合开发建设中可以说具有主导地位。因此，在进行地铁建设的同时，一定要把可进入地下的交通、市政、人防、商业、办公、停车在平面和竖向上超前作出统一规划，并加强立法管理，不能单一从一个行业的经济性、方便性就抢先实施，以致于给城市地下空间综合开发利用造成不可弥补的损失，使城市环境的统一整治难上加难。
地铁车站与其周围地下空间可以开发建设为一个区，地铁线路又将许多区连在一起，所以首先要作好地下综合开发的平面布局。在竖向层次上也要考虑周全，不要影响今后开发的持续性。国外一些城市在修地铁车站时，从规划设计到实施工程很注意这方面的工作。如德国慕尼黑火车站前地铁站建设与四层空间开发，加拿大蒙特利尔市佰那文垂广场的地铁站建设与复合设施开发形成了功能齐全的地下街，巴黎苔芳斯新区将地铁站、城市快车线站和国家公路、公交汽车、停车场等分别设在不同的地下层次空间，构成了立体交通系统。
我国近几年地铁建设在借鉴国外经验的同时，又非常注意结合自己的国情与市情，对地下空间综合利用进行了多方面的研究与探讨，也有不少成功的设计方案与实例。
北京正在建设的东直门、西直门、动物园综合交通枢纽，中关村科技园西区的大面积地下综合管廊，建国门外ＣＢＤ商务区的地上、地下交通综合规划，铁路西客站地下大厅与地铁站线的预建。上海市铁路南站的地铁站线规划设计与建设，１、２号线在人民广场的换乘与商业开发。南京１号线地铁新街口站与周围商业的沟通，鼓楼站换乘的考虑。广州火车站站前广场地铁站综合考虑。深圳１、４号线的换乘与复合设施都体现了修建地铁既方便交通也创造良好地下环境的设计思想。国家已经颁布了“城市地下空间开发利用管理规定‘，执行这一规定应注意当前要与长远结合，地上要与地下结合，平面要与竖向结合，区域要与网络结合，加快地铁建设要与全面改善城市环境质量相结合。
三、地铁施工对环境的影响
现代化大城市地面建筑林立，地下煤气、热力、上／下水、电力、通讯等管道设施繁多，地铁和轻轨建设的修建逐年困难，加之市民环保意识提高，选择对周边环境影响较少的施工方法今后将日益重要。
根据国家发布实施的“建设项目环境保护管理条例”，地铁与轻轨的建设均需进行项目环境影响的评价，按条例规定进行环境保护设计和控制。为此要从两方面作好工作，首先是进行环境背景的调查、分析与说明，预测环境的影响，其次是制定出预防及减轻施工行为对环境影响的对策和措施。
1.环境背景之调查
这是一项细致准确的工作，轨道交通建设沿线区域本来就可能存在若干环境污染问题，其范围、程度、起因均要一一列清，轨道交通建设有时对消减一些污染有利，对于施工新引起的环境影响要作出与原环境情况的对比，进而采取相应对策，合理支付轨道交通建设中的环境治理费。环境现况调查包括：
a)地形、地质及土壤：地形标高、路面状况、地质与地震灾害记录。
b)水文及水质：水害情况、水质污染程度、ＰＨ值、化学物质含量、地下水位情况等。
c)空气品质：悬浮微粒测定、其它污染物浓度。
d)噪音。噪音现状与该区、段控制标准值。
e)振动：沿线廊道区、不同远近距离与平日、假日之振动量测定，震动控制标准值。
f)废弃物：垃圾清运量及清除率，垃圾处理方式。
g)电磁干扰：沿线厂、店、楼所用电子设备（电视、音响、仪器仪表等）情况，通讯设备及水、电、煤气、天然气等公共设施情况。
h)生态环境：动物生态有人之活动、动物之栖地、候鸟情况；植物生态有树种和生长空间及对环境适应力；水域生态有河水污染度，鱼类情况。
i)名胜古迹、文化及旅游资源：遗址、古迹、视觉、景观。
j)社会经济环境和沿线土地利用与开发状况。
k)交通运输：交通量现状、施工便道建造可行性。
2.预防及减轻施工对环境的影响
地铁和轻轨的施工特点是施工周期长，施工范围大，路线长，土木工程量多，涉及面广。近年来，随着科 技发展，建筑机械改进，设计方法创新，地铁轻轨的综合施工水平有很大提高，但挖掘、打桩、弃土、回填等一系列施工作业，仍不可避免地会给现有交通、街道、建筑、管道、河流、树木以及市民的日常生活带来影响。所以从必须从设计、施工方法与组织管理上综合考虑施工期的环境保护问题。
a)合理\施工方法之选择
一般说，地铁暗挖法施工比明挖法施工对环境影响较小，根据地质情况和土壤加固改良的方法，线路区间和车站均可采用矿山法施工。盾构法修建区间隧道也越来越普遍，暗挖法可能引起变形和地表沉降或隆起，设计与施工时都要有详细计算与监测，应实施控制性注浆和盾构隧道信息化施工远程控制与管理，防止土体过量变形造成对已有建筑和路面之破坏。
明挖法施工要从噪声控制、减少扬尘、废水废物处理几个方面减少对环境的影响。详见一览表
噪声与振动大气废（污）水垃圾污染因子飘尘、SO、NO、CO、TSP、降尘生产、生活污水（夹带泥沙、油类）生活垃圾产生源推（挖）土机、空压机、打桩机、钻孔机、重型运输车、风镐、打夯机、混凝土搅拌机、爆破作业、车辆运行（鸣笛、撞击）。挖（弃）土飘飞扬尘、装卸扬尘、运输洒落、车辆尾气、回填土扬尘、沥青污染、钻孔粉尘、生活垃圾、列车运行摩擦金属粉尘。1.机械冷却水2.生活、生产污水3.地面径流携带泥浆4.油类施工人员日常生活防治措施与建议1.钻孔机、静压机代替打桩机。2.混凝土集中拌制。3.预制构件代替现场浇注。4.尽量避免爆破作业。5.安装消声器，降低各类发动机进排气噪声。6.对固定的噪声源车间、料场等相对集中，充分利用地形、地物等自然条件，缩小干扰及扩散范围。7.对产生振动的施工设备至于距振动敏感区30m以外远。8.施工场界应满足GB12523-90标准的有关规定，应限制夜间（22：00～7：00）施工。9.施工应有对噪声、振动控制措施，做到科学管理，文明施工。10.施工工程承包合同应贯彻环保内容，以确保各项控制措施的实施。1.开挖作业区适当喷水，保证地面有一定湿度。2.对临时储土堆撒水，但应防止冲刷造成泥浆流向四周，干燥后再次飞扬。3.对运土车辆应经常清洗，运载时不要太满，并应遮盖，避免散落。4.装卸文明作业，防止扬尘。1.建筑集水池、泥浆池、隔油池等。2.分类收集，相应处理，达到排放标准（GB8978-1996）。1.设立化粪池。2.垃圾堆遮盖，并定时清运。
地铁开挖和降、排水对环境引起一些负面影响，如引起地面沉降几十毫米；引起地面建筑物和地下管线的变形，甚至损伤破坏；引起地下水动态变化，影响生态平衡。这些都要进行地铁施工整体环境评估，要全面的分析。目前国内桩基施工技术大有发展，广州地铁一期、二期工程，深圳地铁一期工程都采用了桩基托换技术，上面建筑有几十层，地铁从基础下通过，盾构通过开挖时，桩基被切断，整个建筑骨架受力引起变化，控制不当，就会造成应力失去平衡，建筑物沉降、开裂、倾斜，对建筑物是托还是拆，必须全面分析考量而后定。
降、排水方法更要充分论证，因为许多城市水资源紧张，对上层滞水要研究水的循环和应用问题，对潜水承压水要研究回灌问题，施工中尽力减少水的浪费。郊区线路穿过农田或湿地时，要注意处理好灌溉和湿地保护，防止土地干涸化。
b)施工泥浆要换代
城市快速轨道交通有大量的桩、墙施工。施工时要用泥浆稳定钻掘壁面。目前，国内多采用膨润土（亦即皂土，Bentontie）泥浆，随着科技材料的发展，国外与香港、台湾都已逐渐转换为高分子聚合物材料——聚丙烯醯胺（Polyacrylamide）超泥浆稳定液。这种液体是一种高浓缩性白色乳液，与水拌合后即产生膨胀作用，以提高水的粘滞度，在钻掘壁面形成一层富有韧性的胶质薄膜，防止钻掘平面之崩塌，达到稳定孔洞与沟槽之目的。这种超泥浆易于拌合，无粉尘污染，不需泥浆搅拌池、沉淀池，能促使悬浮泥沙产生凝絮，加速沉淀，并可多次循环使用。它突出的优点是无毒性、无污染，不影响环境生态。完工时的废液处理，仅需按水量1/750～1/500比例添加硫酸铝（明矾），充分搅拌后，水中酸碱值中和至6.0.～8.0之间，超泥浆之高分子链即断解、卷曲失效，稍置后即可排于下水道。
上海地铁明珠线二期工程浦东南路地下连续墙施工，北京地区一些水利工程连续墙施工和市内道路、立交桥旋挖桩施工都已有采用超泥浆的案例。膨润土这种材料退出作护壁泥浆之后，可以在工厂生产膨润土防水板材，在日、韩地铁、北京５号线路和其他地下工程中已经采用。
c)控制地铁爆破震动的影响
我国一些城市修建地铁，有部分或多处线段通过岩石地层，以当前技术条件，爆破法是开挖岩石隧道最经济合理的方法，在距离地面只有十几或二十多米深的地下作业，爆破所产生的震波对地面的房屋和周围的管道将有不同程度的影响。决定采用爆破法时一定要通过测试确定本地区爆破衰减规律及其受害影响程度。爆破方案可以选比，或静态爆破（采用膨胀剂）或予裂爆破（采用微差雷管单孔依次起爆），通过打孔、掏槽装药、起爆等试验参数来确定爆破实施方案，控制地铁的爆破震动效应。
四、轨道交通运营的环境影响问题
运营期轨道交通对环境的影响主要是震动、噪声和电磁干扰与杂散电流。
1.震动与噪音影响
轨道交通列车行驶时由于钢轨与车轮碰撞和摩擦产生震动与噪声，并通过轨道传给结构、土体、建筑物。车身长、运载人数多、轴重大，震动和噪声就必然大。在地面下行走的地铁，噪声要比在地面上，高架桥上行走时小，但距离近，深夜和凌晨时，地铁行车也会带来震动感。对于城市轨道交通震动与噪声控制，目前正在根据国家规定的城市区域环境质量标准（GB10070—88）研究制定本行业标准。
降低城市轨道交通震动和噪声的基本方法是进行震动源分析，测出震动源强度，研究各种轨道交通形式震动传播规律，及时进行对建筑物的影响进行监测分析。从而采取相关措施控制震动与噪声。
a)车辆震动控制。减轻自重,提高转向架与车轮性能和制造水平。
b)轨道震动控制，轨道为线路上部建筑，它由钢轨、轨枕、连接零件、道床、道岔和其它附属设备等组成，逐步研制和采用新型的轨道结构，满足绝缘、减震、防震要求。在这方面，国外技术发展很快，有隔震靴、隔震垫、橡胶垫或玻璃纤维垫形式的浮置道床隔震装置，以及荷兰“艾德隆”（edilon）公司提出的整体道床轨道型式。它是采用一种Ｅdilon Corkelast 粘接材料浇注，将钢轨与预制枕板连接在一起，比传统的轨道结构形式震动、噪声要小，且绝缘，防杂散电流。如果在地面上，两条钢轨之间部位可以植草，称为“绿色轨道”。
c)噪声防治：轨道交通运营时，噪声与震动产生原因大致相同，减少震动的同时也大大减少噪声的污染，除此之外，在线路穿过人口较多的社区和敏感点应设置隔、吸声屏障。对不同车速、不同距离和不同运行时间要进行隔声的计算与设计。加声屏障后，可以减弱12db（A）左右。声屏障的降噪效果对一固定距离的楼房、各层反映则不同。测试结果表明：有声屏障情况下，楼层高度越低，轨道交通噪声越小，越高噪声越大；无声屏障时，与轨道交通路轨等高的楼层噪声最大，高于或低于路轨的楼层噪声越小，这是声屏障阻碍噪声直接辐射的道理，应研制新的隔、吸声屏障，使其对周围建筑各层次影响都控制在标准以下。地面线两旁可以植树、绿化，减少噪声向外传播。
d)对地下车站站台，集散厅进行必要的声学处理，使混响时间不大于2秒。
2．特殊建筑的环境问题
为了减少城市轨道交通建设占用城市地面与空间的影响，各城市越来越重视地面车站、车场的顶盖开发与利用。上海地铁一号线南段延长线几个车站上面均开发建造了商场与写字楼；北京太平湖车场联络线上空，加盖建造了高层住宅；复八线四惠车场30余公顷的面积上打桩、立柱，在停车、维修厂房的顶盖上正开发建设70万平方米的大型社区。整个工程东西长1291m，南北宽226m，由两层钢筋混凝土框架平台及平台上的住宅及相关配套项目组成。设计时为控制桩柱截面过大，保证列车车辆使用空间，又能满足抗震设防要求，同时，又达到上部房屋与下层车场的隔震作用，经过隔震结构模型试验研究，决定在房屋基底上层与平台板梁之间置放国产隔震垫，这种隔震措施，可以明显改善九层楼房及平台框架柱的抗震性能，提高住宅社区的抗震安全性。这一社区的开发和平台上环境绿化建设，为北京节约了30余公顷的土地面积。
3．电磁干扰及电腐蚀
根据资料介绍，城市轨道交通供电方式与城市其它供电方式大同小异，按标准规定，静电感应、静磁场效应，以及电机系统的低频电磁场均不会对家用电器、通信、人体健康造成危害。
杂散电流是城市轨道交通电流回路中的部分散出电流，它对结构钢筋，附近金属管线产生电解效应，造成管线腐蚀。对于杂散电流的影响要予以重视，应专题进行杂散电流的防护设计，确保牵引回流系统畅通。采用“杂散电流”监测和收集措施，线路上部结构绝缘，轨道线路采用无缝钢轨，主体结构与道床之间要求绝缘，金属管道穿越轨道底部和隧道结构时要求绝缘，车场的电缆敷设和轨道铺设、电机设备安置均应按控制“杂散电流”规定实施。
4．废气限制
在地下铁道运行时，隧道内要进行环控（通风与空调）设计，创造出适宜的人工气候环境，车站和区间均设风亭，风亭取风口高度距离地面2～5m，排取风口建于同一风亭，排风口应高于取风口5m，排风口排出废气方向，不应向着任何敏感的受纳体。
为防止排出的废气再次进入地铁内，风亭距出入口不宜太近，应 >20m。尽可能利用处于上风口的风井输入外部空气，处于下风口的风井排出地铁的废气。
参考文献
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