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(tǒng)的地鐵軌道結(jié)構(gòu)體系上運行,會對附近地面建筑物產(chǎn)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(dǎo)致輪軌撞擊而產(chǎn)生的,這種噪聲通過空氣介質(zhì)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(chǎn)生的噪聲稱為二次噪聲。振動通過軌道結(jié)構(gòu)—道床—(高架橋橋墩—地基)—地基傳到建筑物上,再通過建筑物結(jié)構(gòu)本身的耦合放大而激發(fā)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(fā)出固體聲(二次噪聲)。

對城市軌道交通振動和噪音必須標(biāo)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(huán)境效益。

1.軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計

城市軌道交通產(chǎn)生振動和噪音的根源在于輪軌關(guān)系,因此必須改善輪軌關(guān)系,減少振動和噪聲。

1.1.鋼軌選擇

鋼軌的選擇應(yīng)保證軌道具有良好的動力響應(yīng)特性和穩(wěn)定性,在長期運營中保持良好的平順性,養(yǎng)護維修量少,使用壽命長。材質(zhì)強韌性差的鋼軌經(jīng)列車長期運營碾壓后,其軌頂面將產(chǎn)生塑性流變而剝離掉塊或出現(xiàn)波形磨耗,導(dǎo)致軌頂面不平順。一些工業(yè)發(fā)達國家把60kg/m鋼軌作為主要軌型,材料采用優(yōu)質(zhì)鋼種,以提高其強韌性,減少運營過程中出現(xiàn)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(shè)計

八通線有一多半線路為高架線,應(yīng)優(yōu)先采用整體道床結(jié)構(gòu),以減少養(yǎng)護維修工作量,增加軌道的穩(wěn)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(shè)計,即在軌下和分開式扣件鐵墊板下均設(shè)靜剛度系數(shù)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(shè)計成條狀,并與橋梁通過連接鋼筋形成整體,增加慣性質(zhì)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(yù)應(yīng)力混凝土枕和彈性扣件。選用一級道碴,防止發(fā)生道床板結(jié),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(wěn)定、牢固。

1.3.鋪設(shè)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(xù),列車通過時發(fā)生較大輪軌沖擊而導(dǎo)致鋼軌振動,產(chǎn)生沖擊噪音。

由于北京地區(qū)的晝夜溫差較大,在拆除側(cè)模后,及時加蓋草簾,避免產(chǎn)生溫度裂縫。將標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌焊接成長鋼軌,減少鋼軌接頭數(shù)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(jié)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(shè)條件的地段,全部鋪設(shè)無縫線路。

1.4.高架車站軌道減振措施

根據(jù)《八通線項目環(huán)境影響報告書》的預(yù)測,該線對沿線環(huán)境振動影響不大,因而沒有提出軌道結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),車輛通過時將會激發(fā)車站框架的振動,對車站工作人員及設(shè)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(jù)既有地鐵車站的振動情況和北京地鐵軌道養(yǎng)護維修的經(jīng)驗,充分征求運營部門的意見,經(jīng)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(yǎng)護維修

輪軌不平順是導(dǎo)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(guī)則接觸,產(chǎn)生強烈的穩(wěn)態(tài)振動和噪音。在列車運行中,輪軌不平順使得輪軌關(guān)系惡化,引起動荷載明顯增大,從而加速了軌道磨耗、破壞,導(dǎo)致輪軌振動和噪聲增大。測試表明:經(jīng)打磨軌道不平順后,在振動頻率為8～100Hz范圍內(nèi),區(qū)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(yán)格的軌道養(yǎng)護維修計劃,加強日常軌道幾何狀態(tài)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(cè)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(wěn)態(tài)噪聲和各種與列車有關(guān)的間歇(突發(fā))性噪聲。八通線地鐵的穩(wěn)態(tài)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(jié)構(gòu)設(shè)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(qū)設(shè)置聲屏障的辦法,改善沿線的噪聲環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)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(yǎng)護要求(不影響對地基、道床、軌枕、鋼軌的保養(yǎng)維護工作)及軌道交通安全運營之要求,聲屏障結(jié)構(gòu)要滿足屏障本身的安全要求(能夠抗風(fēng)載、雪載及抗震)。聲屏障高度和長度設(shè)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(jié)構(gòu)形式

根據(jù)不同的噪聲敏感點及其所處環(huán)境,采取不同的結(jié)構(gòu)形式。本工程采用國內(nèi)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(shè)置透明部分,使列車內(nèi)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(zhì)量和美觀問題,要做到高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求。吸聲材料應(yīng)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(xiàn)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(shù)Rw≥25。內(nèi)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(shù)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(shù)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(chǎn)生的噪聲降低到8dB(A)左右。

3.結(jié)語

從改進八通線軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計入手,從根源上降低輪軌沖擊振動以減少噪音的產(chǎn)生,是改善八通線沿線環(huán)境敏感點噪聲環(huán)境的主要措施。設(shè)置聲屏障是降低一次噪聲對周圍環(huán)境影響的有效措施。通過標(biāo)本兼治,將大大改善八通線沿線的聲環(huán)境質(zhì)量,使環(huán)境敏感點的聲環(huán)境達到國家環(huán)境振動與噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求,實現(xiàn)最大的環(huán)境效益。

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