浅谈城市轨道交通的环境噪声及振动控制

摘　要：随着城市经济的快速发展，城市轨道交通在城市客运交通中起到了举足轻重的作用，同时在引导城市规划建设、促进土地开发利用和带动房地产经济发展方面也作出巨大贡献。但同时，城市轨道交通的发展也对人们的生活环境产生了很大的负面影响，目前，城市轨道交通规划建设对环境的影响主要集中在噪声、振动、城市生态景观几个方面，其中噪音很振动最为普遍，本文作者对此进行了研究。

关键词：城市轨道交通；环境噪声；振动控制
振动和噪声是城市轨道交通影响环境的主要方面。随着近几年城市轨道交通的发展,人们对此问题越来越重视。减小轨道交通的振动和降低噪声, 是提高沿线居民的生活质量,使轨道交通可持续发展的关键之一。当列车通过时,如果轨面和车轮踏面绝对平顺,则轮轨之间就不会产生振动, 噪声也就处于极微弱状态。但是轨面和车轮踏面都存在各种类型的不平顺,列车通过时轨道结构和车体都会产生振动。轮轨表面越不平顺,轮轨的振动强度也就越大。国内外的研究资料表明, 噪声和振动是密切相关的, 振动越大, 则噪声也就越大, 振动和噪声通过不同介质传播。所以就要根据振动和噪声的特性采用适当的方法,以达到减振降噪的目的。
　　 一、轨道交通振动和噪声产生的原因
　　1.1 振动的产生
　　当列车以一定速度通过轨道时, 车辆和轨道都要在空间各个方向产生振动, 引起振动强弱的原因有: 轨道几何形位的静、动不平顺;钢轨顶面波浪形磨耗、 钢轨接缝;列车速度的大小;车轮踏面擦伤、车轮踏面不圆顺等等。由于车辆和轨道这两个系统的振动是一种耦合关系, 这种耦合振动最终要通过轨道结构传递形成输出。对于高架结构,通过桥梁墩台传递到地面; 对于地铁,通过隧道周围的土介质传递到地表。因此,轨道结构既作为振源,也是振动传播途径中一个重要环节, 直接影响最终的振动效应。从振源、传递因素的角度出发,研究轨道交通的减振性能是较为合理,也是最有效的方法。
　　1.2 噪声的产生
　　噪声是通过声源、途径及接受点这3个方面进行分类和研究。车厢内的噪声由乘坐该车的人所承受，车站内的噪声由在车站内候车的人所承受，而路边噪声影响着邻近线路附近区域居住或工作的人们。各种类型的噪声可能来自两个或几个的噪声源。并且由这些噪声源沿着各种各样的途径进行传播和扩散。根据前人的经验和方法，对声源、途径和接受点，可寻求相应的降低、衰减噪声的措施和途径，从而降低对人体造成的损害。
　　城市轨道交通的噪声级的强度直接与系统的特性有关。轨道设置的位置， 即设于地下、地面或高架等，是影响噪声级的决定因素。地下铁道一般比地面轨道产生更大的车内噪声级。高架铁路轨道产生的路边噪声级比地面轨道的噪声级要高。此外，还有列车的运行速度、采用钢轨型式、车轮踏面上的擦伤、 钢轨表面局部粗糙状况以及线路小半径曲线等其他因素，影响噪声级的强度。
　　地铁列车运行时，主要是由于轮轨互相撞击振动而产生噪声的。通过空气传播的噪声，称为空气声；撞击振动通过轨道、道床、隧道和平台立柱的结构，经钢筋混凝土传播到平台上方建筑物墙壁、地板的振动，称为固体声。地铁车辆段平台上居住小区所受到的振动与噪声影响属后类，其控制技术应以控制振动为主，其振动减小了，固体声随之减小。
　　二、振动和噪声的特点及传播规律
　　2.1 城市轨道交通的振动和噪声特点
　　城市轨道交通运行是间歇的，地铁或轻轨列车的运行间隔通常为2-6min， 一般为早晨5：00至夜间11：00行驶，其引起的振动与噪声不是全天候的。城市轨道交通产生的噪声与振动，主要来自于列车的轮轨系统和动力系统。轨道交通噪声的受声点与轨道的距离为几米至几十米， 按照点声源和线声源划分原则， 确定轨道交通中轮轨牵引电机、齿轮传动及空压机噪声的性质。除轮轨噪声为线声源外， 其余均为点声源。对某一受声点来说，其噪声应为这多种噪声的叠加， 它们各自含有多种频率成分，一般是互不相干的。
　　2.2 城市轨道交通的振动和噪声分类
　　列车运行时产生的振动，属于随机振动问题，其引起的振波通过梁、 墩台、 基础传至地基， 再传至建筑物的基础， 影响其他建筑物。导致竖向振动的因素有以下几种：轨道不平顺等随机性激振源；车轮偏心等周期性的激振源；车轮与道岔、钢轨的碰撞等。
　　列车运行噪声包括： 轮轨噪声、 车辆设备产生的噪声； 活塞风引起的噪声； 通风系统引起的噪声、通过承重柱体向临近建筑物传递的噪声、 高架结构的振动而辐射的噪声；架空接触网与集电弓之间产生的摩擦声、列车运行时产生的气流噪声等。城市轨道交通产生的噪声是上述噪声的综合效果，并且受列车运行状态和轨道设备状态的影响。
　　在产生振动和噪声的众多因素中，其所占的比重是各不相同的。根据日本高速铁路的噪声测试资料，其声源分析表明：在不采取任何措施的情况下，轮轨噪声占，集电系统噪声占，机械运动产生的噪声占，空气噪声占。所以，轨道交通的噪声及振动的控制，应主要针对轮轨噪声和集电系统噪声。
　　三、对振动和噪声的控制措施
　　对于振动和噪声控制主要通过振源与声源控制、振动传播与声传播控制以及承受物控制3个方面进行。一般说来，通过这3个方面的控制，能够使轨道交通的振动和噪声满足相关标准的要求， 针对不同的轨道交通线， 应综合治理， 达到投入最少，控制效果最明显，即要分区段、分敏感区域进行控制处理，以达到经理合理的目的。
　　3.1 振动的控制措施
　　为控制振动造成的不利影响，可从降低振源的激振强度，切断振动的传播途径或在传播途径上削弱振动，合理规划设计使建筑物避开振动影响区等方面着手。隔振(隔噪)是用一些弹性元件隔断部分振波或声波的传播， 减振(减噪)是在产生振源的设备或部件上加装阻尼结构或阻尼元件，或者增加设备或元件本身的阻尼来达到减振的目的，降低噪声的幅射。减振、 减噪可对机车车辆采取许多措施，如增加结构阻尼，安装阻尼减振车轮等。其中，采用阻尼技术是控制振动、 冲击和噪声的一种基本手段。控制振动不仅要合理、有效， 还要经济。控制列车的振动， 一般采取：(1)轨道采用无缝线路，对钢轨顶面不平顺处进行打磨，避免凹凸；(2)轨道结构全线采用分级减振措施， 针对不同振动的地段， 分别用不同型号的减振扣件，对要求较高地段采 用轨道减振器扣件；(3)高架桥结构设计采用减振、隔振措施，如桥梁支座采用橡胶支座，并避免系统产生共振现象。
　　一般采取上述措施后， 距轨道交通系统30m外的建筑物不受影响。对那些防振要求很高的建筑物， 如计量、 精密仪器实验室等，地铁、轻轨线路应尽可能躲开它，或考虑建筑物迁移。
　　3.2 噪声的控制措施
　　控制噪声应从两个方面考虑，即控制噪声源和噪声的传播途径。首先应考虑降低噪声源，分清哪些因素是产生噪声的主要来源，针对各种不同的噪声源分析其有效的控制措施。如果在对噪声源的控制已经达到了极限情况，则需要考虑控制噪声的传播途径来减少噪声对沿线居民的干扰。
　　控制噪声源主要从以下几个方面考虑：轨道结构、车辆设备、集电系统、高架结构的振动辐射作用。
　　(1)轮轨噪声的控制：主要是控制轨道结构，例如：线路设计尽量不采用小半径曲线，对运营的小半径曲线应加强其维修养护，定期进行钢轨涂油工作， 以减少轮轨摩擦产生的尖叫声； 轨道设计采用重型轨道结构；对轨道结构采用减噪措施，如采用普通碎石道床；全线通长铺设无缝线路能有效减少噪声；在钢轨与轨枕、轨枕与道床之间增加弹性垫层、在轨腰处涂防噪层；定期打磨钢轨顶面， 消除轨顶不平顺。
　　(2)车辆设备产生的噪声的控制：由机车制造厂研究解决，使之达到标准。集电系统噪声的控制：尽量减少集电弓的数量； 安装集电弓外罩； 提高接触网的拉力。高架结构的振动而辐射的噪声的控制： 采用混凝土梁， 尽量少用钢梁； 桥梁支座采用橡胶支座；桥上采用减振钢轨。
　　(3)控制噪声的传播途径：采用以下一些措施：有条件的地带，可设树障， 在轨道边侧种乔木，再种灌木。一般它的隔声量为0.3dB(A)／m；设置声屏障； 拉大轨道交通周围建筑物与轨道之间距离。
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