于秀娟 李廣影

隨著城市的發(fā)展,人口日益增多,我國(guó)大多數(shù)城市目前的交通狀況已不能滿(mǎn)足要求,在大中城市發(fā)展軌道交通已成為人們的共識(shí)。安全、正點(diǎn)、快捷、舒適的城市軌道交通受到廣大市民的青睞,成為出行者首選的交通工具,但城市軌道交通不可避免的給城市帶來(lái)諸多如振動(dòng)、噪聲等超標(biāo)污染。振動(dòng)及噪聲影響了人們的正常工作和生活,危害人體健康,是影響面最為廣泛的一種公害。

1 軌道交通振動(dòng)與噪聲的控制技術(shù)現(xiàn)狀與分析

1.1 從振源及聲源控制的防振降噪措施

1.1.1 車(chē)輛的防振與降噪措施

1)進(jìn)行車(chē)輛輕量化設(shè)計(jì)。減小車(chē)輛自重,從而減小輪軌間的相互作用力,降低噪聲。2)采用彈性車(chē)輪、充氣橡膠車(chē)輪、阻尼車(chē)輪及彈性踏面車(chē)輪等。在車(chē)輪上加設(shè)橡膠件能有效吸收和衰減一部分由車(chē)輪產(chǎn)生的噪聲,改善噪聲的頻譜特性。采用這些經(jīng)過(guò)特殊處理的車(chē)輪,可減振降噪 2 dB(A)～10 dB(A)。3)用改變車(chē)輪結(jié)構(gòu)的方法來(lái)改變?cè)肼暤陌l(fā)射性能,降低輪軌噪聲。國(guó)外的一些國(guó)家把制動(dòng)盤(pán)放在輪輻上來(lái)減少噪聲的發(fā)射。如德國(guó)的一些車(chē)輛就采用這種方法,試驗(yàn)證明對(duì)1 000 Hz以上的噪聲有明顯的改善,大約減少噪聲5 dB。4)運(yùn)用線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)及徑向轉(zhuǎn)向架。溫哥華、多倫多、底特律、大阪等城市在20世紀(jì)80年代的軌道交通系統(tǒng)中,采用了線性電機(jī)車(chē)輛。該車(chē)型采用線性電機(jī)牽引、徑向轉(zhuǎn)向架及自動(dòng)控制三項(xiàng)新技術(shù)。由于采用線性電機(jī)牽引,動(dòng)力系統(tǒng)不需要從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),省去了齒輪箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu),減輕了輪軌間磨損,減少了許多噪聲源,因而噪聲比一般車(chē)輛降低了10 dB(A)之多。此外,由于采用徑向轉(zhuǎn)向架,車(chē)輛能順利地通過(guò)曲線,消除列車(chē)在曲線上運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生蠕滑,減少輪軌磨耗和消除常規(guī)固定軸距轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)刺耳的尖叫聲,因而噪聲比一般車(chē)輛降低近20 dB(A),特別適用于高架軌道交通系統(tǒng)。5)采用磁懸浮技術(shù)。由法國(guó)、德國(guó)、日本、加拿大等國(guó)家研制成功磁懸浮列車(chē),改變了原來(lái)輪軌粘著作用,使車(chē)體懸浮在導(dǎo)軌上面行駛,其振動(dòng)小、噪聲低。

1.1.2 軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)與噪聲控制措施

1)優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)。a.無(wú)縫線路。將標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成長(zhǎng)鋼軌,減少鋼軌接頭數(shù)量,從而減少接頭沖擊引起的振動(dòng)噪聲。測(cè)試結(jié)果表明:在鋼軌接頭處,輪軌噪聲比非接頭部位增加5 dB(A)～7 dB(A)。b.減振型鋼軌。在鋼軌腰部粘貼防振吸音材料,如橡膠,其降噪效果顯著。測(cè)試表明,采用彈性鋼軌可降低噪聲 4 dB(A)～8 dB(A),特別適用于高架鐵道需特殊降噪地段。c.減振型扣件。一般扣件,其豎向剛度在20 kN/mm～60 kN/mm之間,有一定減振降噪效果;減振型扣件,其豎向剛度在 10 kN/mm～25 kN/mm之間,最低為6 kN/mm,能有效地減少對(duì)周?chē)h(huán)境的干擾。d.減振型軌下基礎(chǔ)。為了適用于不同減振要求,各國(guó)都對(duì)傳統(tǒng)的碎石道床與整體道床作了大量改進(jìn)研究工作,開(kāi)發(fā)了各種減振型軌下基礎(chǔ)。主要有:在碎石道床的基礎(chǔ)上,研制了彈性軌枕道床和道碴墊道床,增加道床彈性,有效降低道碴振動(dòng),與一般碎石道床相比,減振5 dB～15 dB。在整體道床基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了短軌枕包套式和彈性長(zhǎng)軌枕整體道床。e.進(jìn)行軌道不平順管理?？刂栖壍啦黄巾樖墙档洼嗆壷g振動(dòng)與噪聲的有效措施。為此應(yīng)加強(qiáng)軌道不平順管理,制定嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃,確保軌道處于平順狀態(tài),從而減少振動(dòng)與噪聲對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

2)改變軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)參數(shù)。根據(jù)振動(dòng)理論,隔振系統(tǒng)的三個(gè)基本體系包括:M(質(zhì)量)、K(剛度)、C(阻尼),以此三要素可以來(lái)估算不同軌道隔振系統(tǒng)的振動(dòng)頻率。a.在涉及到曲線時(shí),盡量少用小半徑曲線。由于小半徑曲線會(huì)增大輪軌作用力,加速鋼軌磨耗,也因此產(chǎn)生較大的噪聲。b.鋪設(shè)無(wú)縫線路。采用無(wú)縫線路,即將標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成長(zhǎng)鋼軌,減少鋼軌接頭數(shù)量,從而減少接頭處輪軌沖擊引起的振動(dòng)與噪聲。c.采用重型鋼軌。采用重型鋼軌的垂向剛度可以有效降低列車(chē)沖擊而引起的鋼軌垂向振動(dòng),從而減少噪聲。將50 kg/m鋼軌改成60 kg/m鋼軌后,鋼軌的垂向剛度增加,可以把列車(chē)沖擊而產(chǎn)生的振動(dòng)降低10%。

1.2 傳播過(guò)程中控制振動(dòng)噪聲的方法

1.2.1 橋梁防振降噪措施

1)選擇低噪聲橋梁形式,采用箱形梁比較合理。2)采用橡膠支座。3)高架橋宜采用混凝土梁,盡量少用鋼梁。

1.2.2 設(shè)置聲屏障

1)在線路兩側(cè)設(shè)置聲屏障。2)線路兩側(cè)大密度種植樹(shù)木,形成樹(shù)障,綠化減噪。3)設(shè)置車(chē)輪隔音罩和在車(chē)輛兩側(cè)設(shè)置下裙邊。4)采用密封車(chē)體設(shè)計(jì),減小噪聲進(jìn)入車(chē)內(nèi)。5)在隧道內(nèi)、車(chē)內(nèi)以及聲屏障靠近聲源一側(cè)采用吸音涂層,以減少聲反射。

1.3 建筑物振動(dòng)噪聲控制措施

1)建筑物材料與結(jié)構(gòu)的減振措施。建筑物本身可采用寬基礎(chǔ),加固地板,隔振墊等,也可對(duì)建筑物表面貼附吸聲、隔聲材料。高架軌道沿線的建筑物在選材及結(jié)構(gòu)選型方面應(yīng)加以重視。特別應(yīng)選擇隔聲性能好,抗振性能好,質(zhì)量輕的建筑材料或結(jié)構(gòu)形式。如陶?；炷敛牧暇哂辛己玫奈舾袈暷芰土己玫膭?dòng)力性能,可以作為軌道沿線大跨建筑物的合理選型加以考慮。2)設(shè)置隔聲窗。將面向噪聲源的敏感建筑,如學(xué)校、醫(yī)院、居民住宅、幼兒園等的窗戶(hù)改造成隔聲窗并加設(shè)通風(fēng)及空調(diào)裝置。隔聲窗與普通窗的最大區(qū)別在于它必須有一定的隔聲量,即最低級(jí)別隔聲窗的隔聲量也要保證在5 dB(A)以上。隔聲窗由各種材質(zhì)構(gòu)成,通常使用的有鋼結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)、鋼塑結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)的隔聲窗等。

2 軌道交通振動(dòng)與噪聲控制的應(yīng)用建議

2.1 技術(shù)措施

1)通過(guò)線路選線、橋隧結(jié)構(gòu)形式、軌道結(jié)構(gòu)等綜合技術(shù)措施來(lái)進(jìn)行振動(dòng)和噪聲控制。2)采用高彈性扣件或高彈性軌下墊層,是降低軌道振動(dòng)噪聲經(jīng)濟(jì)而有效的措施,可適用于一般減振降噪要求的新建或舊線改造。3)采用減振型軌下基礎(chǔ),可以更有效地降低振動(dòng)的傳播,同時(shí)也降低了橋梁的二次噪聲,可適用于新建線路減振降噪要求較高地段。4)應(yīng)采用減振降噪性能優(yōu)良的橋隧結(jié)構(gòu)。5)高架線路上的車(chē)輛應(yīng)增設(shè)裙板及車(chē)底設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu)。6)高架線路聲屏障的設(shè)置和形式要進(jìn)一步優(yōu)化,提高其降噪效果。7)地鐵運(yùn)營(yíng)管理中,加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)管理,減小輪軌沖擊作用,從而降低振動(dòng)噪聲對(duì)環(huán)境的影響。

2.2 噪聲敏感區(qū)防噪技術(shù)

諸如學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院、住宅、站臺(tái)等沿線建筑往往構(gòu)成噪聲敏感區(qū)域,對(duì)于防噪的要求較一般性路段更高。由于受到安裝空間、線路設(shè)備限界以及市容、路容美觀性要求等一系列限制,聲屏障的降噪效果受到一定的制約。

鑒于此,本文提出聲屏障的優(yōu)化措施,示意圖見(jiàn)圖1。

1)設(shè)置低矮聲屏障,降噪裝置應(yīng)當(dāng)盡量地小型化。2)軌道擋墻內(nèi)側(cè)安裝吸聲屏體,上、下行線路之間安裝道間聲屏障。3)吸聲屏體采用微孔泡沫的輕結(jié)構(gòu)。

本優(yōu)化方案的特點(diǎn)是雙面吸聲,可以很好地降低軌道交通的噪聲;采用泡沫類(lèi)無(wú)纖維材料,防止了纖維類(lèi)(如天然棉、人造棉、玻璃棉、海綿、巖棉和礦棉等)吸聲材料造成二次污染,影響噪聲敏感區(qū)域人群和乘客的健康,同時(shí)具有壽命長(zhǎng)、可再生等優(yōu)點(diǎn);安裝方便,成本低。

[1]Chua K.H,LK.W.,Koh C.G.Performance of Urban Rail Transit System:Vibration and Noise System[J].Journal of Performance of Constructed Facilities,1997(2):67-75.

[2]U.S.Department of Transportation,Federal Transit Administ ration Transit Noise and Vibration Impact Assessment Report DDT-T-95-16,April,1995.

[3]溫玉君.城市軌道交通系統(tǒng)的減振降噪措施[J].城市軌道交通,2005(6):77.

[4]蔣偉康.道間吸聲屏障:中國(guó)專(zhuān)利,ZL00216248.2[P].2000.