北京地鐵八通線減振降噪
北京地鐵八通線為城市居民出行提供了極大的方便,也帶來了振動和噪聲問題。車輛在傳統的地鐵軌道結構體系上運行,會對附近地面建筑物產生振動和噪聲影響。一部分振動和噪聲是由于軌道不平順導致輪軌撞擊而產生的,這種噪聲通過空氣介質傳播到建筑物,稱為一次噪聲;由于輪軌撞擊引起高架橋振動而產生的噪聲稱為二次噪聲。振動通過軌道結構—道床—(高架橋橋墩—地基)—地基傳到建筑物上,再通過建筑物結構本身的耦合放大而激發出樓板的低頻振動,振動源中沒有衰減掉的低頻成分(20～500Hz)則通過墻壁和底板激發出固體聲(二次噪聲)。
對城市軌道交通振動和噪音必須標本兼治,有針對性地采取減振降噪措施,確保在線路開通后取得良好的環境效益。
1.軌道結構設計
城市軌道交通產生振動和噪音的根源在于輪軌關系,因此必須改善輪軌關系,減少振動和噪聲。
1.1.鋼軌選擇
鋼軌的選擇應保證軌道具有良好的動力響應特性和穩定性,在長期運營中保持良好的平順性,養護維修量少,使用壽命長。材質強韌性差的鋼軌經列車長期運營碾壓后,其軌頂面將產生塑性流變而剝離掉塊或出現波形磨耗,導致軌頂面不平順。一些工業發達國家把60kg/m鋼軌作為主要軌型,材料采用優質鋼種,以提高其強韌性,減少運營過程中出現的軌面不平順。采用重型鋼軌對降低噪聲有利。八通線選擇60kg/m鋼軌作為正線的工作鋼軌。
1.2.道床及扣件設計
八通線有一多半線路為高架線,應優先采用整體道床結構,以減少養護維修工作量,增加軌道的穩定性,保持軌道整潔、美觀。為增加軌道的彈性,鋼軌扣件采用雙彈性墊層設計,即在軌下和分開式扣件鐵墊板下均設靜剛度系數較小的橡膠墊板,鋼軌支點的整體靜剛度為25～30kN/mm。整體道床塊按6m間隔設計成條狀,并與橋梁通過連接鋼筋形成整體,增加慣性質量,降低道床的固有振動頻率。
對于地面線,廣泛采用碎石道床、預應力混凝土枕和彈性扣件。選用一級道碴,防止發生道床板結,保持軌道彈性。在采取軌道加強措施的同時,對路基填料和壓實度提出了較高的要求,確保路基堅實、穩定、牢固。
1.3.鋪設無縫線路
普通線路由于存在鋼軌接頭軌縫而造成軌面的原始不連續,列車通過時發生較大輪軌沖擊而導致鋼軌振動,產生沖擊噪音。
由于北京地區的晝夜溫差較大,在拆除側模后,及時加蓋草簾,避免產生溫度裂縫。將標準長度的鋼軌焊接成長鋼軌,減少鋼軌接頭數量,可大大減少鋼軌接頭沖擊引起的振動和噪音。大量測試結果表明,鋼軌接頭處的輪軌噪音比非接頭部位增加5～7dB(A)。八通線在具備無縫線路鋪設條件的地段,全部鋪設無縫線路。
1.4.高架車站軌道減振措施
根據《八通線項目環境影響報告書》的預測,該線對沿線環境振動影響不大,因而沒有提出軌道結構需采取減振措施的要求。但考慮到本線高架車站均為站橋合一的框架結構,車輛通過時將會激發車站框架的振動,對車站工作人員及設備不利,因此全部高架車站及四惠和四惠東站軌道均采取減振措施。根據既有地鐵車站的振動情況和北京地鐵軌道養護維修的經驗,充分征求運營部門的意見,經論證決定采用軌道減振器扣件以降低軌道振動。
1.5.加強軌道養護維修
輪軌不平順是導致輪軌沖擊振動和噪音的主要原因,主要包括車輪不圓順(存在扁疤、擦傷等)及軌道不平順(存在鋼軌波浪磨耗、高低不平順、鋼軌接頭、軌距突變等)。
車輪存在扁疤后,輪踏面與軌面不規則接觸,產生強烈的穩態振動和噪音。在列車運行中,輪軌不平順使得輪軌關系惡化,引起動荷載明顯增大,從而加速了軌道磨耗、破壞,導致輪軌振動和噪聲增大。測試表明:經打磨軌道不平順后,在振動頻率為8～100Hz范圍內,區間軌道振動下降4～8dB,站臺軌道振動下降5～15dB。因此,控制軌道不平順是降低輪軌噪聲和振動的有效措施。
北京地鐵八通線要制訂嚴格的軌道養護維修計劃,加強日常軌道幾何狀態的檢查檢測,及時消除軌道不平順,定期對鋼軌走行部位進行打磨,使軌頂不平順≯0.2mm、軌頭側面不平順不超過±0.3mm。加強車輪踏面的檢測,定期鏇輪消除扁疤。
2.噪聲防護
噪聲防護的對象主要是列車運行時輻射的穩態噪聲和各種與列車有關的間歇(突發)性噪聲。八通線地鐵的穩態噪聲來源于列車運行時的輪軌噪聲及機車動力裝置的噪聲。除了改進軌道結構設計外,還必須采取措施進行噪聲治理。
2.1.防護方案
八通線采用在噪聲敏感地區設置聲屏障的辦法,改善沿線的噪聲環境質量。根據噪聲敏感點所處的位置,采用了直立型單面和雙面吸聲及下部直立、頂部為弧形的聲屏障形式。
聲屏障的位置要滿足車輛限界和建筑接近限界要求、線路養護要求(不影響對地基、道床、軌枕、鋼軌的保養維護工作)及軌道交通安全運營之要求,聲屏障結構要滿足屏障本身的安全要求(能夠抗風載、雪載及抗震)。聲屏障高度和長度設計要使聲屏障安裝完畢后能夠得到較好的隔聲降噪效果。
2.2.聲屏障結構形式
根據不同的噪聲敏感點及其所處環境,采取不同的結構形式。本工程采用國內外常用的直立式和直立加頂部弧形的聲屏障形式,在聲屏障中間的列車車廂高度位置設置透明部分,使列車內的乘客能夠觀賞到屏障外部的景觀。
2.3.聲屏障材料選擇
聲屏障的選材要兼顧其降噪隔聲功能及外觀,要綜合考慮造價、質量和美觀問題,要做到高標準嚴要求。吸聲材料應有較高的吸聲和隔聲效果,透明材料要有較好的耐老化、抗紫外線性能,避免日后出現降噪效果不理想、景觀效果差及增加維護工作量。
吸聲部分采用波浪吸聲板,面板及背板均采用1.2mm厚鋁板,平均吸聲系NRC≥0.90,隔音指數Rw≥25。內部吸聲材料采用無堿憎水玻璃布包裹離心玻璃棉,平均吸聲系數NRC≥0.95。透明部分采用夾膠玻璃,兩外層為5mm厚玻璃,中間為0.76mm厚透明膠膜,隔音指數Rw≥25。各部件間連接用膠墊采用熱縮性能良好并耐老化的橡膠,建議采用SANOPRANE熱塑彈性體。通過在敏感地段實施聲屏障隔聲降噪措施后,可將列車運行產生的噪聲降低到8dB(A)左右。
3.結語
從改進八通線軌道結構設計入手,從根源上降低輪軌沖擊振動以減少噪音的產生,是改善八通線沿線環境敏感點噪聲環境的主要措施。設置聲屏障是降低一次噪聲對周圍環境影響的有效措施。通過標本兼治,將大大改善八通線沿線的聲環境質量,使環境敏感點的聲環境達到國家環境振動與噪聲標準的要求,實現最大的環境效益。
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