淺談城市軌道交通的環(huán)境噪聲及振動(dòng)控制
摘 要：隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市軌道交通在城市客運(yùn)交通中起到了舉足輕重的作用，同時(shí)在引導(dǎo)城市規(guī)劃建設(shè)、促進(jìn)土地開(kāi)發(fā)利用和帶動(dòng)房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面也作出巨大貢獻(xiàn)。但同時(shí)，城市軌道交通的發(fā)展也對(duì)人們的生活環(huán)境產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響，目前，城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響主要集中在噪聲、振動(dòng)、城市生態(tài)景觀幾個(gè)方面，其中噪音很振動(dòng)最為普遍，本文作者對(duì)此進(jìn)行了研究。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通;環(huán)境噪聲;振動(dòng)控制
振動(dòng)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(duì)此問(wèn)題越來(lái)越重視。減小軌道交通的振動(dòng)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(dāng)列車(chē)通過(guò)時(shí),如果軌面和車(chē)輪踏面絕對(duì)平順,則輪軌之間就不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng), 噪聲也就處于極微弱狀態(tài)。但是軌面和車(chē)輪踏面都存在各種類(lèi)型的不平順,列車(chē)通過(guò)時(shí)軌道結(jié)構(gòu)和車(chē)體都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。輪軌表面越不平順,輪軌的振動(dòng)強(qiáng)度也就越大。國(guó)內(nèi)外的研究資料表明, 噪聲和振動(dòng)是密切相關(guān)的, 振動(dòng)越大, 則噪聲也就越大, 振動(dòng)和噪聲通過(guò)不同介質(zhì)傳播。所以就要根據(jù)振動(dòng)和噪聲的特性采用適當(dāng)?shù)姆椒?以達(dá)到減振降噪的目的。
一、軌道交通振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生的原因
1.1 振動(dòng)的產(chǎn)生
當(dāng)列車(chē)以一定速度通過(guò)軌道時(shí), 車(chē)輛和軌道都要在空間各個(gè)方向產(chǎn)生振動(dòng), 引起振動(dòng)強(qiáng)弱的原因有: 軌道幾何形位的靜、動(dòng)不平順;鋼軌頂面波浪形磨耗、 鋼軌接縫;列車(chē)速度的大小;車(chē)輪踏面擦傷、車(chē)輪踏面不圓順等等。由于車(chē)輛和軌道這兩個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)是一種耦合關(guān)系, 這種耦合振動(dòng)最終要通過(guò)軌道結(jié)構(gòu)傳遞形成輸出。對(duì)于高架結(jié)構(gòu),通過(guò)橋梁墩臺(tái)傳遞到地面; 對(duì)于地鐵,通過(guò)隧道周?chē)耐两橘|(zhì)傳遞到地表。因此,軌道結(jié)構(gòu)既作為振源,也是振動(dòng)傳播途徑中一個(gè)重要環(huán)節(jié), 直接影響最終的振動(dòng)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(guò)聲源、途徑及接受點(diǎn)這3個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)和研究。車(chē)廂內(nèi)的噪聲由乘坐該車(chē)的人所承受，車(chē)站內(nèi)的噪聲由在車(chē)站內(nèi)候車(chē)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(lèi)型的噪聲可能來(lái)自?xún)蓚(gè)或幾個(gè)的噪聲源。并且由這些噪聲源沿著各種各樣的途徑進(jìn)行傳播和擴(kuò)散。根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和方法，對(duì)聲源、途徑和接受點(diǎn)，可尋求相應(yīng)的降低、衰減噪聲的措施和途徑，從而降低對(duì)人體造成的損害。
城市軌道交通的噪聲級(jí)的強(qiáng)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(jí)的決定因素。地下鐵道一般比地面軌道產(chǎn)生更大的車(chē)內(nèi)噪聲級(jí)。高架鐵路軌道產(chǎn)生的路邊噪聲級(jí)比地面軌道的噪聲級(jí)要高。此外，還有列車(chē)的運(yùn)行速度、采用鋼軌型式、車(chē)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(jí)的強(qiáng)度。
地鐵列車(chē)運(yùn)行時(shí)，主要是由于輪軌互相撞擊振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲的。通過(guò)空氣傳播的噪聲，稱(chēng)為空氣聲;撞擊振動(dòng)通過(guò)軌道、道床、隧道和平臺(tái)立柱的結(jié)構(gòu)，經(jīng)鋼筋混凝土傳播到平臺(tái)上方建筑物墻壁、地板的振動(dòng)，稱(chēng)為固體聲。地鐵車(chē)輛段平臺(tái)上居住小區(qū)所受到的振動(dòng)與噪聲影響屬后類(lèi)，其控制技術(shù)應(yīng)以控制振動(dòng)為主，其振動(dòng)減小了，固體聲隨之減小。
二、振動(dòng)和噪聲的特點(diǎn)及傳播規(guī)律
2.1 城市軌道交通的振動(dòng)和噪聲特點(diǎn)
城市軌道交通運(yùn)行是間歇的，地鐵或輕軌列車(chē)的運(yùn)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(dòng)與噪聲不是全天候的。城市軌道交通產(chǎn)生的噪聲與振動(dòng)，主要來(lái)自于列車(chē)的輪軌系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。軌道交通噪聲的受聲點(diǎn)與軌道的距離為幾米至幾十米， 按照點(diǎn)聲源和線聲源劃分原則， 確定軌道交通中輪軌牽引電機(jī)、齒輪傳動(dòng)及空壓機(jī)噪聲的性質(zhì)。除輪軌噪聲為線聲源外， 其余均為點(diǎn)聲源。對(duì)某一受聲點(diǎn)來(lái)說(shuō)，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(dòng)和噪聲分類(lèi)
列車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，屬于隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題，其引起的振波通過(guò)梁、 墩臺(tái)、 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(dǎo)致豎向振動(dòng)的因素有以下幾種：軌道不平順等隨機(jī)性激振源;車(chē)輪偏心等周期性的激振源;車(chē)輪與道岔、鋼軌的碰撞等。
列車(chē)運(yùn)行噪聲包括： 輪軌噪聲、 車(chē)輛設(shè)備產(chǎn)生的噪聲; 活塞風(fēng)引起的噪聲; 通風(fēng)系統(tǒng)引起的噪聲、通過(guò)承重柱體向臨近建筑物傳遞的噪聲、 高架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)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(chē)運(yùn)行時(shí)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(chē)運(yùn)行狀態(tài)和軌道設(shè)備狀態(tài)的影響。
在產(chǎn)生振動(dòng)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(cè)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(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲占，空氣噪聲占。所以，軌道交通的噪聲及振動(dòng)的控制，應(yīng)主要針對(duì)輪軌噪聲和集電系統(tǒng)噪聲。
三、對(duì)振動(dòng)和噪聲的控制措施
對(duì)于振動(dòng)和噪聲控制主要通過(guò)振源與聲源控制、振動(dòng)傳播與聲傳播控制以及承受物控制3個(gè)方面進(jìn)行。一般說(shuō)來(lái)，通過(guò)這3個(gè)方面的控制，能夠使軌道交通的振動(dòng)和噪聲滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求， 針對(duì)不同的軌道交通線， 應(yīng)綜合治理， 達(dá)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(jìn)行控制處理，以達(dá)到經(jīng)理合理的目的。
3.1 振動(dòng)的控制措施
為控制振動(dòng)造成的不利影響，可從降低振源的激振強(qiáng)度，切斷振動(dòng)的傳播途徑或在傳播途徑上削弱振動(dòng)，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)使建筑物避開(kāi)振動(dòng)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(lái)達(dá)到減振的目的，降低噪聲的幅射。減振、 減噪可對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛采取許多措施，如增加結(jié)構(gòu)阻尼，安裝阻尼減振車(chē)輪等。其中，采用阻尼技術(shù)是控制振動(dòng)、 沖擊和噪聲的一種基本手段？刂普駝(dòng)不僅要合理、有效， 還要經(jīng)濟(jì)？刂屏熊(chē)的振動(dòng)， 一般采。(1)軌道采用無(wú)縫線路，對(duì)鋼軌頂面不平順處進(jìn)行打磨，避免凹凸;(2)軌道結(jié)構(gòu)全線采用分級(jí)減振措施， 針對(duì)不同振動(dòng)的地段， 分別用不同型號(hào)的減振扣件，對(duì)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(jì)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(duì)那些防振要求很高的建筑物， 如計(jì)量、 精密儀器實(shí)驗(yàn)室等，地鐵、輕軌線路應(yīng)盡可能躲開(kāi)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(gè)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(lái)源，針對(duì)各種不同的噪聲源分析其有效的控制措施。如果在對(duì)噪聲源的控制已經(jīng)達(dá)到了極限情況，則需要考慮控制噪聲的傳播途徑來(lái)減少噪聲對(duì)沿線居民的干擾。
控制噪聲源主要從以下幾個(gè)方面考慮：軌道結(jié)構(gòu)、車(chē)輛設(shè)備、集電系統(tǒng)、高架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)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(jì)盡量不采用小半徑曲線，對(duì)運(yùn)營(yíng)的小半徑曲線應(yīng)加強(qiáng)其維修養(yǎng)護(hù)，定期進(jìn)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(jì)采用重型軌道結(jié)構(gòu);對(duì)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(zhǎng)鋪設(shè)無(wú)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(chē)輛設(shè)備產(chǎn)生的噪聲的控制：由機(jī)車(chē)制造廠研究解決，使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。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(dòng)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(shù)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?chē)ㄖ锱c軌道之間距離。
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