摘要:城市軌道交通系統(tǒng)在給人們出行帶來便捷的同時,也不可避免對周圍環(huán)境造成一定的影響。分析城市軌道交通系統(tǒng)形成的噪聲原因、列車噪聲的輻射特性,并從降低噪聲源的激振強度、切斷噪聲的傳播途徑或在傳播途徑上削弱噪聲等方面提出了防護措施。

關鍵詞:城市交通軌道噪聲防護

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和緘市化進程的加快,我國越來越多的緘市,尤其是百萬人口以上的大城市,交通需求迅速增長。盡管近年來城市道路及車輛擁有量都有了大幅度的提高,但交通問題依然日益突出,表現(xiàn)為交通阻塞、車速降低、停車困難、廢氣和噪聲危害嚴重。城市交通問題已經(jīng)嚴重制約和影響了城市的發(fā)展。城市交通學者通過總結國內外城市交通發(fā)展的經(jīng)驗教訓,已經(jīng)形成了共識:即解決大城市交通問題的根本出路在于建立一個以軌道交通系統(tǒng)為骨干,以公共交通為主體,多種交通方式相互協(xié)調的綜合交通系統(tǒng)。城市軌道交通系統(tǒng)在給人們出行帶來便捷的同時, 也不可避免對周圍環(huán)境造成一定的影響。目前,主要集中在對周圍環(huán)境造成的噪聲污染。

一、城市軌道交通系統(tǒng)噪聲的形成

城市軌道交通按產(chǎn)生噪聲的聲源可分為:輪軌噪聲、車輛非動力噪聲、牽引動力系統(tǒng)噪聲、高架軌道噪聲、地下鐵道的地面承載噪聲等。

1. 輪軌噪聲

鋼軌與車輪之間相互作用而產(chǎn)生的聲響。這種相互作用在車輪和軌道相接觸處產(chǎn)生力的作用,造成車輪和軌道的振動而向外輻射聲波。其產(chǎn)生的主要原因有:

①當車輛在一條較小半徑曲線線路上運行時,車輪沿曲線鋼軌并非純滾動運行,要產(chǎn)生局部的橫向滑動,即所謂“卡滯一滑動效應”。正是這種在曲線上車輪對軌道的不完善的導向造成“卡滯一滑動效應”,結合車輪和軌道的振動響應,形成一種高音調的尖嘯聲(摩擦噪聲)。

②由車輪或鋼軌表面的局部不連續(xù)性所產(chǎn)生的撞擊噪聲。

③由于車輪和鋼軌接觸表面局部小面積粗糙所造成的轟鳴噪聲。

2. 車輛非動力噪聲

主要指制動系統(tǒng)中在實施制動時閘瓦與制動盤之間摩擦振動,它激發(fā)制動閘瓦片、閘瓦托架以及制動盤等產(chǎn)生自激振動形成噪聲,此外還有車輛的輔助系統(tǒng)(空調裝置、空壓機等)所輻射的噪聲。

3. 牽引動力系統(tǒng)噪聲

牽引系統(tǒng)設備運轉所產(chǎn)生的噪聲,包括牽引電機及其冷卻風扇、齒輪箱以及空氣壓縮機的噪聲,它是城市軌道交通主要的噪聲。牽引系統(tǒng)的噪聲,特別是電機冷卻風扇的噪聲,隨列車運行速度的提高而增長,其程度往往要大于輪軌噪聲。

4.高架軌道噪聲

當列車行駛于高架鐵路上時,輪軌相互作用所產(chǎn)生的振動通過軌道傳遞給支承結構,支承結構將噪聲向周邊地區(qū)進行傳播,它比之列車行駛于一般的路堤帶坡度道床時所產(chǎn)生的噪聲級要高得多,一般要高20dB(A)。

5.地下鐵道的地面承載噪聲

地下鐵道輪軌間相互作用而產(chǎn)生的振動被傳遞給隧道結構,繼而又傳向周圍的土壤。振動通過土壤再向鄰近的建筑物傳播,從而導致地下及墻壁的振動和噪聲向建筑物內房間的第二次輻射,它是一種低頻聲響,就如同外界振動使房間中的窗戶所發(fā)出的“喀喀”聲響。地面承載噪聲和振動是一個相當嚴重的干擾源,它也是公眾向交通部門抱怨的一個主要對象。

二、線路環(huán)境噪聲的組成及列車輻射噪聲特征

軌道交通沿線的環(huán)境噪聲主要由以下兩部分組成:

1. 列車輻射的穩(wěn)態(tài)噪聲

包括列車運行時輪軌相互作用產(chǎn)生的輪軌噪聲、車輛動力裝置和輔助系統(tǒng)輻射的噪聲以及高速運行時的空氣動力噪聲等。

2. 與行車有關的間歇噪聲

包括通過曲線、道岔、制動、鳴笛、交會和調車連掛所引起的噪聲。

(1) 列車運行輻射噪聲頻譜呈低、中頻特性,峰值頻率在63Hz～500Hz范圍,該頻譜主要是由輪軌噪聲、動力裝置噪聲和列車聲學特性所決定。當車速超過 50km/h～60km兒時,輪軌噪聲對列車輻射通過對列車運行輻射噪聲的測試與分析研究,可知列車輻射噪聲具有如下特征:噪聲起主導作用。

(2)列車輻射噪聲聲級隨運行速度的提高而增加,列車種類、線路結構、軌枕、軌道等對其均有影響。

(3)列車輻射噪聲的分布:

列車輻射噪聲垂直于軌道方向的不同距離的衰減,其實測的衰減規(guī)律顯示,隨著垂直于軌道距離的增加,噪聲聲級逐漸衰減。

列車輻射噪聲沿高度的分布。通過傳聲器在不同高度所測得的列車輻射噪聲級�？芍�,隨測點高度的升高,噪聲聲級增加,開始增加較快,長減緩,直至不增加。

三、防護措施

城市軌道交通系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲通過輻射而傳播到噪聲影響到的區(qū)域或個人.為降低噪聲或控制噪聲的不利影響,可從降低噪聲源的激振強度、切斷噪聲的傳播途徑或在傳播途徑上削弱噪聲、合理規(guī)劃設計使建筑物避開噪聲影響區(qū)等幾個方面著手。

從城市軌道交通線路上入手,可采取以下幾種措施減少噪聲污染:

(1) 采用60kg/m以上的重軌,并應盡量采用無縫線路。重軌具有壽命長,穩(wěn)定性能和抗振性能良好的特點,無縫線路則可消除車輪對軌道接頭的撞擊。

(2) 鋼軌的彈性緊固件。在軌道和路基面之間鋪設一層彈性材料,可以起到減弱振動傳遞的作用。另一種可能更為有效的措施,裝設彈性的“浮置板面”的軌道路基,即在鋼軌與混凝土軌道基板面之間設置一層彈性墊板。這種結構可以削減被傳遞到隧道墻壁的振動噪聲10dBA～20dBA。

(3)在軌道和路基面之間采用碎石構成的道床,可以起到衰減從鋼軌向路基傳遞的振動和噪聲,這種道床還可以降低車內噪聲級。

(4)抑制高架軌道噪聲的手段為沿軌道側面設置聲屏障,它可以降低鋼軌噪聲向周圍地區(qū)的傳播,在一條高架鐵路的側面設置圍墻也可以封鎖噪聲自軌道結構向外傳播。

(5)選擇具有抑制“卡滯一滑動效應”的鋼軌材料。由實驗室試驗研究表明,如果曲線區(qū)段的鋼軌采用特制的具有摩擦剩磁效應和滑動性的低合金鋼15NiCuMoNb5,50Cr-MoV4和14NJCrl4,可降低車輛過曲線時的噪聲。

從城市軌道交通車輛上入手,可采取以下幾種措施減少振源振動:

(1)在輪輞或輻板上裝設一種具有減振阻尼特性的扇形盤式板或環(huán)形板,即所謂諧振消聲器。當車輪受到激擾,發(fā)生振動而輻射噪聲時,扇形板或環(huán)形板發(fā)生共振,板上的阻尼材料將振動的能量轉換為熱能,達到衰減車輪輻射噪聲。

(2)在車輪的輪輞與輻板之間加設橡膠件,使二者之間金屬脫離直接接觸,利用橡膠元件把輪輞和輻板的振動轉化為熱能,吸收和衰減一部分噪聲。

(3)磨削車輪踏面和鋼軌軌面,提高其光潔度,能有效降低的滾動噪聲。

(4)在制動組件上添加減振裝置,例如在瓦托架裝設阻尼裝置,可減少制動噪聲。

(5)在轉向架兩側面設置隔音罩,對于滾動和制動噪聲以及次級噪聲的降低與衰減均有明顯的效果,可降低ldB～4dB。

(6)采用徑向轉向架能使轉向架過曲線時其輪對能處于(或接近)純滾動的徑向位置,從而可最大限度地降低過曲線時鋼軌和輪緣的磨耗以及噪聲。

四、結束語

我國的城市軌道交通建設經(jīng)過初始的發(fā)展期后,目前,已經(jīng)進入了集中發(fā)展階段,為保證城市的可持續(xù)發(fā)展,在設計、規(guī)劃和建設城市軌道交通系統(tǒng)中,應體現(xiàn)以人為本的思想,充分考慮對環(huán)境的影響,采用必要的措施,以降低城市軌道交通系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲對周圍環(huán)境的污染。

參考文獻

[1]孫章.城市軌道交通概論[M]中國鐵道出版社

[2]葉霞飛.城市軌道交通規(guī)劃與設計[M]中國鐵道出版社

[3]譚復興.城市軌道交通結構工程[M]中國鐵道出版

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