捷运电联车运行振动及控制.docx
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捷运电联车运行振动及控制
表3
土地使用分類
土傳振動影響值
[VdBre1μinch/s]
土傳噪音影響值
[dBre20μPa]
經常性發生1
非經常性發生2
經常性發生1
非經常性發生2
類別一：
建築物內部運作易受低振幅振動影響之高度敏感建物
65dBv3
65dBv3
-4
-4
類別二：
休息及睡眠用的住宅及建築物
72dBv
80dBv
35dB（A）
43dB（A）
類別三：
主要在白天使用之公共性土地
75dBv
83dBv
40dB（A）
48dB（A）
附註：
1.“經常性發生”被定義為一天中有超出70個振動發生。
部份的捷運案被歸為此一類別。
2.“非經常性發生”被定義為一天中有少於70個振動發生。
此一類別包含大部份通勤軌道系統。
3.此標準限制是以大部份稍為敏感之設備（例如光學顯微鏡）能承受之程度為基礎。
對振動敏感之製造或研究將需有更細的評估以定義可承受之振動值。
確保較低之振動值通常要求特殊HVAC系統設計及更堅固的樓版。
4.對振動敏感之設備不會對土傳噪音敏感。
依上述標準以公制重新計算，如表4，此標準係針對最大振動速度相對於m/s而言：
土地使用分類
振動[VdB]
噪音[dB（A）]
類別一：
建築物內部運作易受低振幅振動影響之高度敏感建物，如：
適度敏感設備、光學儀器之高度敏感建物、音樂室、電視台、音樂廳、錄音室
94
-
類別二：
休息及睡眠用的住宅及建築物，如：
住宅、旅社、醫院、劇院、廟宇
100
35
類別三：
主要在白天使用之公共性土地，如：
教堂、學校、辦公室
103
40
6.台北市捷運系統振動管制標準是採用民國79年台北市捷運局總顧問（ATC）所作〝捷運系統噪音與振動之偵測及設計準則〞研究報告（編號為FE-31）中訂定標準執行，其標準依建築物型式不同採用不同之振動標準曲線，如表5所示：
建築物型式
振動標準
有精密電子儀器設備之建築物
（如電子工廠、實驗室、地震設備室）
曲線1
有振動敏感設備之建築物
（如醫院、大學等）
曲線2
音樂廳、錄音室、大型演講廳等
曲線2
小型演講廳、電視台、音樂教室等
曲線3
戲院、電影院、教堂、廟宇、法庭、診所
曲線3
透天低矮房子
曲線3
集合住宅
曲線4
一般學校、辦公室、旅館
曲線4
商業大樓
曲線5
工業廠房
曲線6
各容許振動曲線於八音幅中央頻率分佈如圖一所示。
各容許振動曲線於八音幅中央頻率分佈如表6所示：
八音幅中央頻率
Hz
dBv（ref10-6g）g=9.81m/s2
曲線1
曲線2
曲線3
曲線4
曲線5
曲線6
2
32
49
58
62
67
74
4
35.5
53
60
64
69
76
8
38
57
63
66
71
78
16
42
62
68
68
77
84
31.5
45
67
75
75
84
90
63
53.5
73
82
82
90
97
各容許振動曲線中，若以精密電子儀器建築物採用容許振動曲線1而言，其於低頻率區域，f=2Hz~16Hz，容許振動值為32dBv~42dBv。
而一般住家採用容許振動曲線3，於低頻區域容許振動值為58dBv~68dBv。
7.各國振動管制標準的比較
各國振動管制標準透過下列式子轉換，合成單一振動值為振動標準作比較：
1.Lv（a）=20×log
2.Lv（v）=20×log=20×log
3.Lv（v）=Lv（a）-20×log
4.Lv（v）（ref10-6in/s）=Lv（v）（ref10-9m/s）-20×（1+log2.54）
5.Lv（v）=10×log（Σ10LV（V）×0.1）
可得表7：
標準規範
管制地區振動Lv（v）標準值之分貝數（ref10-6in/s）
單位：
dBv
備註
第一類管制區
第二類管制區
第三類管制區
第四類管制區
ISO2631
91.5
97.5~103.5
（94.4）
103.5
109.5
（）內為
夜間管制標準
BS6472
99
105~111
（102）
111
117.1
DIN4150
71.9
75.4
（71.9）
81.1
（77.9）
83.9
（81.4）
日本環境廳
85.9
（80.9）
85.9
（80.9）
90.9
（85.9）
90.9
（85.9）
FTA
65
72
75
75
FE-31
65.14~83.28
91.17~94.3
100
107
由上表得知FE-31之振動管制標準與ISO2631相當，且較BS6472嚴格，然整體而言以FTA之振動管制標準最嚴格。
三、振動評估
電聯車於地下段運行產生地傳振動後，對於地表建築物影響評估須考慮下列因素：
1.電聯車運行時所產生之「振動頻譜」。
其與電聯車規格（如重量、車輪種類及排列、避震系統等）、電聯車車速、電聯車車箱數、軌道線形、軌道及軌床型式及日後維修狀況（如車輪變形（wheelflat）、軌道褶曲（corrugation）、軌道不平整度（undulation）、粗糙度（roughness））等有關。
2.電聯車運行之結構體斷面厚度、強度及形狀。
3.結構體與地表建築物間土壤型式、地下水狀況、土壤灌漿範圍強度、岩盤位置及地表形狀等。
4.地表建築物的振動敏感度，如基礎型式、深度、結構材料（鋼筋混凝土結構或鋼結構）、樓層數等。
於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞（FE-31）中預估振動方法是以八度音階頻譜來計算土傳振動，程序如下：
首先以六節車箱之重運量電聯車於雙孔箱涵隧道以65公里/小時速度行駛為基準，訂出八音幅中央頻率（OCTAVEBANDCENTREFREQUENCY）之振動值，如表8所列：
表8
頻率
振動
八音幅中央頻率（Hz）
4
8
16
31.5
63
125
250
500
振動值（dBv）
46
48
62
64
63
60
56
50
振動評估量是取距軌道中心10米處之加速度水準而定，參考基準量10-6g（9.8×10-6m/sec2=10-5m/sec2）。
再考慮下列因素給予不同調整值得到地表建築物之振動值：
1.電聯車運行結構體型式如潛盾隧道、地表道碴段、橫渡線、車站等。
2.電聯車運行車速。
3.地表建築物距軌道中心的距離S，為水平距離與深度平方和再開根號，而其間土壤係假設台北盆地土壤為均勻粉土層（silty）。
4.建築物型式，如基礎型式、透天或高樓等。
5.須作振動預估之樓層層數。
由於上述振動預估方法採用台北市捷運營運模式，如六節車箱重運量電聯車，軌道採鋼軌為前題，簡化了土壤層次、地質改良、實際車速、軌道線形、結構體實際形狀尺寸、地表形狀、岩盤位置、建築物形式（鋼結構、鋼筋混土結構）等因素，對於大區域數量多的建築物可作為初步評估方法，然而使用者對於各項調整值實際情形須確實選取，才不會有所疏漏，且對於部份臨界點（criticalpoint）的訂定及分析是有必要作更進一步詳估。
上述振動預估方法已限定電聯車以六節車箱65公里/小時速度行駛於雙孔箱涵時，距軌道中心10公尺的振動值，若依距離修正係數所列修正值。
距軌道中心距離
八音幅中央頻率（Hz）
4
8
16
31.5
63
125
250
500
2公尺
+7
+7
+8
+8
+9
+12
+16
+25
10公尺
0
0
0
0
0
0
0
0
則於距軌道中心2公尺的振動值限制為
頻率
振動
八音幅中央頻率（Hz）
4
8
16
31.5
63
125
250
500
振動值（dB）
39
41
54
56
54
48
40
25
因此電聯車實際運行情形須符合上述振動值限制，振動預估才不會失真。
四、振動噪音分析
振動產生聲音的能量可由下列基本方程式求得：
W=ζρc.S.v2
上式中
W：
聲功率；ζ：
放射效率；ρc：
cte（~400）
S：
放射面；v：
振動速率（m/s）
由上式可導出噪音分貝與振動分貝關係如下：
Lp=Lv–C（f）
而Lv：
振動分貝（dBv）；Lp：
噪音分貝（dBv）；C（f）,修正係數，為頻率的函數
於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞（FE-31）中振動分貝與噪音分貝之C（f）如下：
頻率
振動
八音幅中央頻率（Hz）
4
8
16
31.5
63
125
250
500
C（f）,a（dB）
22
17
13
5
-2
-6
-11
-15
參考基準量10-6g（9.8×10-6m/sec2=10-5m/sec2）。
上表中分貝是以加速度為參考值，若以速度為參考值，轉換可得
頻率
振動
八音幅中央頻率（Hz）
4
8
16
31.5
63
125
250
500
C（f）,a（dB）
22
17
13
5
-2
-6
-11
-15
ΔLv
-52
-46
-40
-34
-28
-22
-16
-10
C（f）,v（dB）
-30
-29
-27
-29
-30
-28
-27
-25
因此於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞（FE-31）中振動分貝與噪音分貝之C（f）如下：
Lp=Lv–28
而Lv：
振動分貝（dBv），參考單位為速度10-9m/s
Lp：
噪音分貝（dB），參考單位為壓力2×10-5Pa
上述振動噪音Lp再配合人體所能感受範圍作下式之A加權（A-weighting）處理，可得到人體所能感受噪音Lp（a）：
Lp（a）=Lp+A（f）
Lp：
噪音分貝（dB）；Lp（a）：
人體所能感受噪音分貝（dB（A））
A（f）：
A加權（A-weighting）如表9：
頻率
振動
八音幅中央頻率（Hz）
16
31.5
63
125
250
500
A（f）
-57
-39
-26
-16
-9
-3
五、振動噪音評估結果
於台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞（FE-31）規定－對於捷運沿線50m距離內之建築物，須依上述三、四之方法作逐棟振動噪音評估，如表10所示，此與美國聯邦交通署（FTA）研究報告所採用之評估模式類似；對於超過振動管制標準之建築物，則須作更細分析，如以有限元素數值分析法，評估以浮動式道床軌道或減振軌道扣件材取代傳統道床軌道之效果。
依台北市捷運局〝捷運系統噪音與振動之偵側及設計準則〞（FE-31）所列理論修正係數計算，當軌道深度距建築物基礎達20m以上時，電聯車運行對建築物應無振動噪音問題；因此當捷運線形有穿越建築物情形時，佈置線形時須注意軌道距建築物基礎深度是否足夠。
而於後期路網設計，台北市捷運局正要
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