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城市軌道交通高架線的環(huán)境噪音探討工學(xué)論文
摘 要：本文分析了城市軌道交通高架線噪聲產(chǎn)生根源、傳播規(guī)律，介紹了噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并從聲源、傳播途徑和受聲點(diǎn)保護(hù)三方面提出了降噪技術(shù)措施及應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞: 城市軌道交通；輪軌噪聲；噪聲控制
1、前言
城市軌道交通是一種安全舒適、準(zhǔn)時(shí)快捷、大運(yùn)量的交通工具，對(duì)解決城市人口密度大、交通需求突出、城市環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。但其噪聲影響問(wèn)題已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是高架線的噪聲影響，這在一定程度上是決定高架線是否能得到人們接受和認(rèn)可的關(guān)鍵。
2、城市軌道交通高架線的噪聲根源與形成分類
城市軌道交通系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲主要來(lái)自軌行系統(tǒng)、列車牽引系統(tǒng)、輔助設(shè)備和高架橋梁結(jié)構(gòu)的輻射噪聲及列車運(yùn)行時(shí)空氣動(dòng)力噪聲等。
1) 輪軌噪聲
主要是列車行駛時(shí)車輪和鋼軌相互作用引起的噪聲，包括車輪撞擊軌道不連續(xù)部位時(shí)的撞擊聲、輪軌踏面凸凹不平時(shí)發(fā)出的轟鳴聲和列車沿小曲線半徑軌道運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的尖叫聲。
2) 牽引動(dòng)力系統(tǒng)噪聲
牽引系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的噪聲，包括牽引電機(jī)及其冷卻風(fēng)扇、齒輪箱以及空氣壓縮機(jī)的噪聲。
3) 輔助設(shè)備噪聲
主要是指制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)施制動(dòng)時(shí)閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦振動(dòng)，它激發(fā)制動(dòng)閘瓦片、閘瓦托架以及制動(dòng)盤等產(chǎn)生自激振動(dòng)形成噪聲。此外，還有制動(dòng)懸掛連接件之間相互撞擊產(chǎn)生的噪聲和空調(diào)裝置以及電氣設(shè)備冷卻風(fēng)扇發(fā)出的噪聲等。
4) 高架橋的低頻噪聲
當(dāng)列車行駛在高架橋上時(shí)，輪軌相互作用產(chǎn)生振動(dòng)通過(guò)軌道傳遞給支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)將噪聲向周邊環(huán)境進(jìn)行傳播，形成一種低頻噪聲。
5) 車輛運(yùn)行時(shí)的空氣動(dòng)力噪聲
隨著列車速度提高，空氣動(dòng)力噪聲明顯增大，當(dāng)列車速度達(dá)到200km/h以上時(shí)，空氣動(dòng)力噪聲急劇上升，并且成為環(huán)境噪聲的重要組成部分。 但是城市軌道交通的行車速度都在80～120km/h，所以輪軌噪聲成為最為突出的問(wèn)題。
3、城市軌道交通噪聲的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
目前我國(guó)還未制定城市軌道交通噪聲的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在普遍采用等效聲級(jí)LAeq: dB作為環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，并分晝夜兩個(gè)時(shí)間進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照下表。城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)值（GB3096-93）單位：dB（A）
4、 城市軌道交通高架線的噪聲傳播規(guī)律及特性
噪聲作為一種聲音，是由于噪聲源的振動(dòng)引起的，實(shí)際是在介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，它具有能量特征。根據(jù)噪聲的傳播方式，可分為：空氣傳播噪聲和結(jié)構(gòu)輻射噪聲。空氣傳播噪聲是噪聲以波的形式并以一定速度在空氣中傳播，其強(qiáng)度在遠(yuǎn)離聲源的區(qū)域逐漸減弱；結(jié)構(gòu)輻射噪聲是振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲波以不同的速度在固體物質(zhì)中傳播，它主要以折射波的形式傳播。高架線噪聲傳播特性：
1、高架線噪聲源的位置高、傳播面廣。由于高架橋的位置相對(duì)較高，噪聲傳播的面較廣。噪聲傳至受聲點(diǎn)的途徑一種是直接傳播，另一種是通過(guò)地面的反射。受聲點(diǎn)的噪聲強(qiáng)度往往是兩者共同作用的結(jié)果。
2、軌道交通噪聲的規(guī)律性、間歇性。列車只有在運(yùn)營(yíng)期間才產(chǎn)生噪聲影響，而列車的發(fā)車間隔是3～5分鐘，長(zhǎng)度140m的列車以80km/h通過(guò)某點(diǎn)的時(shí)間約為6.3秒。這樣可以看出列車的噪聲影響與運(yùn)營(yíng)時(shí)間、發(fā)車間隔相關(guān)聯(lián)，具有間歇性，這相對(duì)道路噪聲有明顯的區(qū)別。
3、軌道交通的人均噪聲的產(chǎn)生量較小。廣州地鐵二號(hào)線采用6輛編組列車，每列車的標(biāo)準(zhǔn)荷載1800人。這相對(duì)于其他運(yùn)載工具，人均的噪聲產(chǎn)生量較小。
5、高架線降噪的工程措施及應(yīng)用實(shí)例
為降低噪聲的不利影響，可從噪聲源、噪聲傳播途徑和噪聲敏感目標(biāo)防護(hù)上著手。從噪聲源著手進(jìn)行控制是主動(dòng)有效的，但由于現(xiàn)在的技術(shù)水平和條件限制，很難達(dá)到理想效果，因此還必須在其傳播途徑、受聲點(diǎn)保護(hù)上采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>
1) 采用特殊的車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
高架軌道交通車輛應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),如增加車輛裙板及車底設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu)等，香港西鐵就采用這種形式的車輛。采用低噪動(dòng)力牽引系統(tǒng)，溫哥華、底特律、吉隆坡等城市采用了直線電機(jī)牽引系統(tǒng)，省去了齒輪箱等一系列傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，減少了許多噪聲源。另外，采用徑向轉(zhuǎn)向架車輛可以順利通過(guò)曲線，減少輪軌噪聲和輪軌磨耗。
2) 減少輪軌作用面的摩擦與不平順
輪軌噪聲是軌道交通噪聲的主要來(lái)源。定期打磨鋼軌、鏇車輪，可以保證輪軌表面的光滑，減少振動(dòng)輻射噪聲。在韓國(guó)等地使用了Kelsan的產(chǎn)品，列車通過(guò)時(shí)它可以在輪軌作用面形成薄膜，來(lái)改善輪軌接觸面的摩擦，減少尖叫聲。在使用了此產(chǎn)品的漢城地鐵通過(guò)測(cè)量比較，10輛編組列車在通過(guò)同一曲線可以降低噪聲19dB(A)。
3) 采用減振降噪鋼軌
通過(guò)增加鋼軌阻尼、增加鋼軌吸振性能、埋入式鋼軌等措施降低鋼軌輻射噪聲。在噪聲敏感地段, 采用軌腰粘貼夾層結(jié)構(gòu)，外面是5mm鋼板通過(guò)一種特殊的彈性的黏合劑連接到高吸振層上。這樣可以增加振動(dòng)沿鋼軌的衰減率，從而達(dá)到降噪的目的。日本的高架鐵道采用了這種形式,經(jīng)測(cè)試可降低噪聲3～5dB(A)。采用埋入式鋼軌是將鋼軌埋入混凝土槽中并用阻尼材料填充軌底及軌腰，鋼軌的振動(dòng)水平降低，噪聲隨之降低。在葡萄牙波爾圖市STCP高架線，使用了荷蘭edilon公司的埋入式鋼軌產(chǎn)品，最終很好的控制高架線的噪聲。
4) 高架結(jié)構(gòu)形式的選擇
采用合理的高架結(jié)構(gòu)也能減少結(jié)構(gòu)的輻射噪聲。加拿大的斯卡波羅輕軌高架橋結(jié)構(gòu)采用槽型梁也有利于降低噪聲；為了降低結(jié)構(gòu)輻射的噪聲，香港西鐵采用雙箱單室梁結(jié)構(gòu)。
5)采用減振軌道結(jié)構(gòu)，降低噪聲源的振動(dòng)水平
減振軌道結(jié)構(gòu)包括減振扣件和減振軌下基礎(chǔ)。減振軌下基礎(chǔ)是在產(chǎn)生振源的軌道結(jié)構(gòu)下部加裝阻尼結(jié)構(gòu)達(dá)到減振目的，降低噪聲輻射。其中國(guó)內(nèi)外廣泛使用的有浮置板道床、彈性短軌枕結(jié)構(gòu)。減振扣件是用一些彈性元件隔斷部分振波或聲波，其中廣泛采用的主要有科隆蛋”減振扣件。Pandrol公司的Vanguard扣件在英國(guó)的維多利亞線取得了較好的減振降噪效果。Vanguard扣件可以降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)，控制結(jié)構(gòu)低頻噪音。
6)合理的線路設(shè)計(jì)
線路宜采用無(wú)縫線路，減少車輪對(duì)鋼軌接頭的沖擊噪聲。線路設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免使用小半徑曲線,以降低輪軌沖擊摩擦的尖叫噪聲。同時(shí)還可結(jié)合自然地質(zhì)特性,采用相應(yīng)的敷設(shè)型式。如德國(guó)柏林的一條地鐵在穿越高檔別墅區(qū)時(shí)就采用了深路塹的方式來(lái)降低噪聲的影響。
7)設(shè)置聲屏障或隔音罩是降低軌道交通噪聲的一種有效措施。聲屏障可將波長(zhǎng)短的高頻噪聲反射回去，使屏障后面形成“聲影區(qū)”，在聲影區(qū)內(nèi)噪音明顯下降。九廣鐵路太和火車站設(shè)置的強(qiáng)化玻璃纖維混凝土隔音罩后可以降低15-20dB(A)列車噪音。香港輕軌位于屯門官立小學(xué)高架線采用1.9m透明板塊聲屏障可以降低噪聲5-8dB(A)。
6、結(jié)語(yǔ)
雖然軌道交通高架線的噪聲影響是人們十分關(guān)注的問(wèn)題，但是國(guó)內(nèi)外的大量工程都已經(jīng)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。在有世界上最嚴(yán)格環(huán)保要求的香港，西鐵高架線采取綜合措施：梁形為雙箱單室梁，列車安裝吸音內(nèi)襯和防聲裙，高架橋兩側(cè)安裝聲屏障；軌道兩側(cè)的人行道安裝了吸音材料，采用浮置板軌道結(jié)構(gòu)、科隆蛋減振扣件等（如下圖所示），最終列車通過(guò)的瞬時(shí)噪聲僅為61dB(A)，完全滿足環(huán)保要求�？梢�(jiàn)，只要采用合理的工程措施，高架線的噪聲影響是可以解決的，并可以充分發(fā)揮高架線占地少、造價(jià)低、工期短、利于穿越地質(zhì)情況復(fù)雜地段等特點(diǎn)，這十分有利于城市軌道交通的健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
1. 范俊杰，現(xiàn)代鐵路軌道，中國(guó)鐵道出版社，2001
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3. 張振淼，城市軌道交通環(huán)境噪聲的評(píng)價(jià)與控制以及衰減噪聲的途徑，地鐵與輕軌，2001，（2）
4. 雷曉燕等，輪軌噪聲預(yù)測(cè)與控制方法綜述，城市軌道交通研究，2005，（1）
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