淺談城市軌道交通的環(huán)境噪聲及振動控制
摘 要：隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市軌道交通在城市客運交通中起到了舉足輕重的作用，同時在引導城市規(guī)劃建設(shè)、促進土地開發(fā)利用和帶動房地產(chǎn)經(jīng)濟發(fā)展方面也作出巨大貢獻。但同時，城市軌道交通的發(fā)展也對人們的生活環(huán)境產(chǎn)生了很大的負面影響，目前，城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)對環(huán)境的影響主要集中在噪聲、振動、城市生態(tài)景觀幾個方面，其中噪音很振動最為普遍，本文作者對此進行了研究。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通;環(huán)境噪聲;振動控制
振動和噪聲是城市軌道交通影響環(huán)境的主要方面。隨著近幾年城市軌道交通的發(fā)展,人們對此問題越來越重視。減小軌道交通的振動和降低噪聲, 是提高沿線居民的生活質(zhì)量,使軌道交通可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。當列車通過時,如果軌面和車輪踏面絕對平順,則輪軌之間就不會產(chǎn)生振動, 噪聲也就處于極微弱狀態(tài)。但是軌面和車輪踏面都存在各種類型的不平順,列車通過時軌道結(jié)構(gòu)和車體都會產(chǎn)生振動。輪軌表面越不平順,輪軌的振動強度也就越大。國內(nèi)外的研究資料表明, 噪聲和振動是密切相關(guān)的, 振動越大, 則噪聲也就越大, 振動和噪聲通過不同介質(zhì)傳播。所以就要根據(jù)振動和噪聲的特性采用適當?shù)姆椒?以達到減振降噪的目的。
一、軌道交通振動和噪聲產(chǎn)生的原因
1.1 振動的產(chǎn)生
當列車以一定速度通過軌道時, 車輛和軌道都要在空間各個方向產(chǎn)生振動, 引起振動強弱的原因有: 軌道幾何形位的靜、動不平順;鋼軌頂面波浪形磨耗、 鋼軌接縫;列車速度的大小;車輪踏面擦傷、車輪踏面不圓順等等。由于車輛和軌道這兩個系統(tǒng)的振動是一種耦合關(guān)系, 這種耦合振動最終要通過軌道結(jié)構(gòu)傳遞形成輸出。對于高架結(jié)構(gòu),通過橋梁墩臺傳遞到地面; 對于地鐵,通過隧道周圍的土介質(zhì)傳遞到地表。因此,軌道結(jié)構(gòu)既作為振源,也是振動傳播途徑中一個重要環(huán)節(jié), 直接影響最終的振動效應(yīng)。從振源、傳遞因素的角度出發(fā),研究軌道交通的減振性能是較為合理,也是最有效的方法。
1.2 噪聲的產(chǎn)生
噪聲是通過聲源、途徑及接受點這3個方面進行分類和研究。車廂內(nèi)的噪聲由乘坐該車的人所承受，車站內(nèi)的噪聲由在車站內(nèi)候車的人所承受，而路邊噪聲影響著鄰近線路附近區(qū)域居住或工作的人們。各種類型的噪聲可能來自兩個或幾個的噪聲源。并且由這些噪聲源沿著各種各樣的途徑進行傳播和擴散。根據(jù)前人的經(jīng)驗和方法，對聲源、途徑和接受點，可尋求相應(yīng)的降低、衰減噪聲的措施和途徑，從而降低對人體造成的損害。
城市軌道交通的噪聲級的強度直接與系統(tǒng)的特性有關(guān)。軌道設(shè)置的位置， 即設(shè)于地下、地面或高架等，是影響噪聲級的決定因素。地下鐵道一般比地面軌道產(chǎn)生更大的車內(nèi)噪聲級。高架鐵路軌道產(chǎn)生的路邊噪聲級比地面軌道的噪聲級要高。此外，還有列車的運行速度、采用鋼軌型式、車輪踏面上的擦傷、 鋼軌表面局部粗糙狀況以及線路小半徑曲線等其他因素，影響噪聲級的強度。
地鐵列車運行時，主要是由于輪軌互相撞擊振動而產(chǎn)生噪聲的。通過空氣傳播的噪聲，稱為空氣聲;撞擊振動通過軌道、道床、隧道和平臺立柱的結(jié)構(gòu)，經(jīng)鋼筋混凝土傳播到平臺上方建筑物墻壁、地板的振動，稱為固體聲。地鐵車輛段平臺上居住小區(qū)所受到的振動與噪聲影響屬后類，其控制技術(shù)應(yīng)以控制振動為主，其振動減小了，固體聲隨之減小。
二、振動和噪聲的特點及傳播規(guī)律
2.1 城市軌道交通的振動和噪聲特點
城市軌道交通運行是間歇的，地鐵或輕軌列車的運行間隔通常為2-6min， 一般為早晨5：00至夜間11：00行駛，其引起的振動與噪聲不是全天候的。城市軌道交通產(chǎn)生的噪聲與振動，主要來自于列車的輪軌系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。軌道交通噪聲的受聲點與軌道的距離為幾米至幾十米， 按照點聲源和線聲源劃分原則， 確定軌道交通中輪軌牽引電機、齒輪傳動及空壓機噪聲的性質(zhì)。除輪軌噪聲為線聲源外， 其余均為點聲源。對某一受聲點來說，其噪聲應(yīng)為這多種噪聲的疊加， 它們各自含有多種頻率成分，一般是互不相干的。
2.2 城市軌道交通的振動和噪聲分類
列車運行時產(chǎn)生的振動，屬于隨機振動問題，其引起的振波通過梁、 墩臺、 基礎(chǔ)傳至地基， 再傳至建筑物的基礎(chǔ)， 影響其他建筑物。導致豎向振動的因素有以下幾種：軌道不平順等隨機性激振源;車輪偏心等周期性的激振源;車輪與道岔、鋼軌的碰撞等。
列車運行噪聲包括： 輪軌噪聲、 車輛設(shè)備產(chǎn)生的噪聲; 活塞風引起的噪聲; 通風系統(tǒng)引起的噪聲、通過承重柱體向臨近建筑物傳遞的噪聲、 高架結(jié)構(gòu)的振動而輻射的噪聲;架空接觸網(wǎng)與集電弓之間產(chǎn)生的摩擦聲、列車運行時產(chǎn)生的氣流噪聲等。城市軌道交通產(chǎn)生的噪聲是上述噪聲的綜合效果，并且受列車運行狀態(tài)和軌道設(shè)備狀態(tài)的影響。
在產(chǎn)生振動和噪聲的眾多因素中，其所占的比重是各不相同的。根據(jù)日本高速鐵路的噪聲測試資料，其聲源分析表明：在不采取任何措施的情況下，輪軌噪聲占，集電系統(tǒng)噪聲占，機械運動產(chǎn)生的噪聲占，空氣噪聲占。所以，軌道交通的噪聲及振動的控制，應(yīng)主要針對輪軌噪聲和集電系統(tǒng)噪聲。
三、對振動和噪聲的控制措施
對于振動和噪聲控制主要通過振源與聲源控制、振動傳播與聲傳播控制以及承受物控制3個方面進行。一般說來，通過這3個方面的控制，能夠使軌道交通的振動和噪聲滿足相關(guān)標準的要求， 針對不同的軌道交通線， 應(yīng)綜合治理， 達到投入最少，控制效果最明顯，即要分區(qū)段、分敏感區(qū)域進行控制處理，以達到經(jīng)理合理的目的。
3.1 振動的控制措施
為控制振動造成的不利影響，可從降低振源的激振強度，切斷振動的傳播途徑或在傳播途徑上削弱振動，合理規(guī)劃設(shè)計使建筑物避開振動影響區(qū)等方面著手。隔振(隔噪)是用一些彈性元件隔斷部分振波或聲波的傳播， 減振(減噪)是在產(chǎn)生振源的設(shè)備或部件上加裝阻尼結(jié)構(gòu)或阻尼元件，或者增加設(shè)備或元件本身的阻尼來達到減振的目的，降低噪聲的幅射。減振、 減噪可對機車車輛采取許多措施，如增加結(jié)構(gòu)阻尼，安裝阻尼減振車輪等。其中，采用阻尼技術(shù)是控制振動、 沖擊和噪聲的一種基本手段。控制振動不僅要合理、有效， 還要經(jīng)濟。控制列車的振動， 一般采取：(1)軌道采用無縫線路，對鋼軌頂面不平順處進行打磨，避免凹凸;(2)軌道結(jié)構(gòu)全線采用分級減振措施， 針對不同振動的地段， 分別用不同型號的減振扣件，對要求較高地段采
用軌道減振器扣件;(3)高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計采用減振、隔振措施，如橋梁支座采用橡膠支座，并避免系統(tǒng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
一般采取上述措施后， 距軌道交通系統(tǒng)30m外的建筑物不受影響。對那些防振要求很高的建筑物， 如計量、 精密儀器實驗室等，地鐵、輕軌線路應(yīng)盡可能躲開它，或考慮建筑物遷移。
3.2 噪聲的控制措施
控制噪聲應(yīng)從兩個方面考慮，即控制噪聲源和噪聲的傳播途徑。首先應(yīng)考慮降低噪聲源，分清哪些因素是產(chǎn)生噪聲的主要來源，針對各種不同的噪聲源分析其有效的控制措施。如果在對噪聲源的控制已經(jīng)達到了極限情況，則需要考慮控制噪聲的傳播途徑來減少噪聲對沿線居民的干擾。
控制噪聲源主要從以下幾個方面考慮：軌道結(jié)構(gòu)、車輛設(shè)備、集電系統(tǒng)、高架結(jié)構(gòu)的振動輻射作用。
(1)輪軌噪聲的控制：主要是控制軌道結(jié)構(gòu)，例如：線路設(shè)計盡量不采用小半徑曲線，對運營的小半徑曲線應(yīng)加強其維修養(yǎng)護，定期進行鋼軌涂油工作， 以減少輪軌摩擦產(chǎn)生的尖叫聲; 軌道設(shè)計采用重型軌道結(jié)構(gòu);對軌道結(jié)構(gòu)采用減噪措施，如采用普通碎石道床;全線通長鋪設(shè)無縫線路能有效減少噪聲;在鋼軌與軌枕、軌枕與道床之間增加彈性墊層、在軌腰處涂防噪層;定期打磨鋼軌頂面， 消除軌頂不平順。
(2)車輛設(shè)備產(chǎn)生的噪聲的控制：由機車制造廠研究解決，使之達到標準。集電系統(tǒng)噪聲的控制：盡量減少集電弓的數(shù)量; 安裝集電弓外罩; 提高接觸網(wǎng)的拉力。高架結(jié)構(gòu)的振動而輻射的噪聲的控制： 采用混凝土梁， 盡量少用鋼梁; 橋梁支座采用橡膠支座;橋上采用減振鋼軌。
(3)控制噪聲的傳播途徑：采用以下一些措施：有條件的地帶，可設(shè)樹障， 在軌道邊側(cè)種喬木，再種灌木。一般它的隔聲量為0.3dB(A)/m;設(shè)置聲屏障; 拉大軌道交通周圍建筑物與軌道之間距離。
參考文獻:
[1] 羅曉，江家驊.城市軌道交通規(guī)劃環(huán)境影響評價[M].中國環(huán)境科學出版社,2003.
[2] 楊志團.城軌交通線路方案選擇及城軌交通規(guī)劃建設(shè)問題探討[J].甘肅科技縱橫,2008(3).
[3] 楊志團.城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中線路敷設(shè)方式的探討與研究[J].鐵道工程學報 2007(11).
[4] 周斌.城市軌道交通高架線的環(huán)境噪音探討[J].中國科技信息 2005(10).
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
