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(qiáng)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(hù)措施。

關(guān)鍵詞:城市交通軌道噪聲防護(hù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和緘市化進(jìn)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?yán)щy、廢氣和噪聲危害嚴(yán)重。城市交通問題已經(jīng)嚴(yán)重制約和影響了城市的發(fā)展。城市交通學(xué)者通過總結(jié)國內(nèi)外城市交通發(fā)展的經(jīng)驗教訓(xùn),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(diào)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(dāng)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(yīng)”。正是這種在曲線上車輪對軌道的不完善的導(dǎo)向造成“卡滯一滑動效應(yīng)”,結(jié)合車輪和軌道的振動響應(yīng),形成一種高音調(diào)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(diào)裝置、空壓機(jī)等)所輻射的噪聲。

3. 牽引動力系統(tǒng)噪聲

牽引系統(tǒng)設(shè)備運轉(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,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(jī)冷卻風(fēng)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(dāng)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(jié)構(gòu),支承結(jié)構(gòu)將噪聲向周邊地區(qū)進(jìn)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(jié)構(gòu),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(dǎo)致地下及墻壁的振動和噪聲向建筑物內(nèi)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(dāng)嚴(yán)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(guān)的間歇噪聲

包括通過曲線、道岔、制動、鳴笛、交會和調(diào)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(xué)特性所決定。當(dāng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)、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(hù)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(qiáng)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)置一層彈性墊板。這種結(jié)構(gòu)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(gòu)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(nèi)噪聲級。

(4)抑制高架軌道噪聲的手段為沿軌道側(cè)面設(shè)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(cè)面設(shè)置圍墻也可以封鎖噪聲自軌道結(jié)構(gòu)向外傳播。

(5)選擇具有抑制“卡滯一滑動效應(yīng)”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(yīng)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(shè)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(dāng)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(zhuǎn)換為熱能,達(dá)到衰減車輪輻射噪聲。

(2)在車輪的輪輞與輻板之間加設(shè)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(zhuǎn)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(shè)阻尼裝置,可減少制動噪聲。

(5)在轉(zhuǎn)向架兩側(cè)面設(shè)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(zhuǎn)向架能使轉(zhuǎn)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(jié)束語

我國的城市軌道交通建設(shè)經(jīng)過初始的發(fā)展期后,目前,已經(jīng)進(jìn)入了集中發(fā)展階段,為保證城市的可持續(xù)發(fā)展,在設(shè)計、規(guī)劃和建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)中,應(yīng)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(xiàn)

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