城市軌道交通振動(dòng)與噪聲研究
摘 要：城市軌道交通給人們帶來便捷的同時(shí)，也給沿線的居民和建筑物帶來振動(dòng)與噪聲等環(huán)境污染公害。本文從分析城市軌道交通振動(dòng)與噪聲的來源入手，介紹了振動(dòng)與噪聲的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)測方法，提出了相應(yīng)的控制措施和途徑，以達(dá)到減振降噪的目的，為解決好城市軌道交通發(fā)展中的環(huán)境問題提供參考。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通，振動(dòng)，噪聲，減振降噪
1．引言
城市軌道交通以其快速、安全、時(shí)間準(zhǔn)確、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)成為解決城市交通擁堵問題的有效手段，給人們的生活、生產(chǎn)活動(dòng)帶來了便利，同時(shí)也成為了新的振動(dòng)與噪聲的發(fā)生
源。尤其是在密集的居住區(qū)、商業(yè)中心和工業(yè)區(qū)，城市軌道交通已經(jīng)造成了不可忽視的振動(dòng)與噪聲污染，而且隨著人們對生活質(zhì)量要求的日益提高，也越來越引起公眾的關(guān)注。另外，在高科技生產(chǎn)企業(yè)、醫(yī)院和科研機(jī)構(gòu)等單位中，其日常使用的高精密儀器對周圍環(huán)境振動(dòng)的敏感程度也日益增加，這也對新的振動(dòng)污染源的設(shè)防提出了更高的要求。因此，控制城市軌道交通的振動(dòng)與噪聲對環(huán)境的污染，已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待研究和解決的重要問題。
軌道結(jié)構(gòu)既是城市軌道交通的振源，也是振動(dòng)傳播途徑中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文從分析城市軌道交通振動(dòng)與噪聲的來源入手，介紹了振動(dòng)與噪聲的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)測方法，提出了相
應(yīng)的控制措施和途徑，以達(dá)到減振降噪的目的。
2．城市軌道交通振動(dòng)與噪聲的來源
2.1 振動(dòng)源
國內(nèi)外研究表明，城市軌道交通的主要振動(dòng)源為：機(jī)車車輛動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)，通過車輪與軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)相互作用，引起軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。由于車輛和軌道這兩個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)是一
種耦合關(guān)系，這種耦合振動(dòng)最終要通過軌道結(jié)構(gòu)的傳遞形成輸出。對于高架結(jié)構(gòu)，軌道的振動(dòng)通過橋梁墩臺(tái)傳遞到地面；對于地鐵，軌道的振動(dòng)通過周圍的土介質(zhì)傳遞到地表。地面的振動(dòng)又傳會(huì)給周圍的建筑物而誘發(fā)二次振動(dòng)。
2.2 噪聲源
城市軌道交通噪聲按主要來源可以分為以下幾類[1, 2]：輪軌系統(tǒng)噪聲；動(dòng)力系統(tǒng)噪聲；結(jié)構(gòu)系統(tǒng)噪聲；空氣動(dòng)力噪聲。其中輪軌系統(tǒng)噪聲可以細(xì)分為三種主要類型：滾動(dòng)噪聲、沖擊噪聲和尖叫噪聲。滾動(dòng)噪聲主要是由列車運(yùn)行時(shí)，由于輪軌表面粗糙不平、鋼軌表面?zhèn)、馬鞍型磨耗及輪軌尺寸偏差引起車輪和鋼軌相互振動(dòng)，并通過結(jié)構(gòu)傳遞產(chǎn)生的噪聲。沖擊噪聲主要是車輪通過鋼軌接頭、道岔部分以及車輪踏面擦傷、剝離等輪軌表面的不連續(xù)性而引起的垂直激勵(lì)而產(chǎn)生的非連續(xù)性振動(dòng)并輻射的噪聲。尖叫噪聲主要是列車通過小半徑曲線時(shí)，車軸不能處于曲線的徑向位置，引起車輪沿著鋼軌滾動(dòng)時(shí)橫向滑過軌頭，產(chǎn)生輪軌接觸面的粘著和空轉(zhuǎn)，引起車輪共振，產(chǎn)生強(qiáng)的窄頻帶的噪聲。研究表明[3]，隨著列車運(yùn)行速度V 的變化，軌道交通中起主要作用的噪聲源也隨之變化，其大概對應(yīng)關(guān)系如圖1 所示。城市軌道交通列車運(yùn)行速度一般在60～80km/h，故相應(yīng)的主噪聲源為輪軌噪聲。因此，有效分析輪軌噪聲產(chǎn)生的機(jī)理是找到城市軌道交通減振降噪的關(guān)鍵。
3．城市軌道交通振動(dòng)與噪聲的評價(jià)
3.1 振動(dòng)評價(jià)
描述振動(dòng)的物理量為頻率和振幅。對人體來說，能感知的振動(dòng)頻率范圍是1～1000Hz。對于環(huán)境振動(dòng)，人們所關(guān)心的是人體反應(yīng)特別敏感的1～80 振動(dòng)，這主要是由于人體的各種
組織器官的共振頻率集中在這個(gè)范圍。振動(dòng)會(huì)對結(jié)構(gòu)、設(shè)備及周圍建筑物造成損害，同時(shí)對人體身心產(chǎn)生不利影響。評價(jià)一種振動(dòng)對人體的影響，一般與振動(dòng)的頻率、振動(dòng)加速度大小、暴露振動(dòng)下的時(shí)間長短和振動(dòng)方向有關(guān)。根據(jù)振動(dòng)強(qiáng)弱對人體的影響，大致有四種情況：（1）振動(dòng)的“感覺閾”；（2）振動(dòng)的“不舒適閾”；(3)振動(dòng)的“疲勞閾”；（4）振動(dòng)的“危險(xiǎn)閾”。1988年，我國根據(jù)實(shí)際情況制定實(shí)施了《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB10070－88）[4]，對城市各類區(qū)域鉛垂方向振動(dòng)允許標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如表1 所示。
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