城市軌道交通的振動(dòng)和噪聲對(duì)環(huán)境的影響及其對(duì)策

1、城市軌道交通的振動(dòng)和噪聲對(duì)環(huán)境的影響及其對(duì)策摘要分析了通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的上海軌道交通振動(dòng)與噪聲的影響程度,以及不同軌道構(gòu)造與橋梁及聲屏障的減振降噪效果。從車輛、橋梁構(gòu)造、軌道構(gòu)造與管理、聲屏障等方面,提出了城市軌道交通減振降噪的綜合技術(shù)措施。關(guān)鍵詞城市軌道交通,環(huán)境影響,振動(dòng),噪聲控制軌道交通由于輪軌接觸、車輛設(shè)備(受電弓、電機(jī)、空調(diào)等)等產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。隨著人們生活程度的進(jìn)步,對(duì)環(huán)境要求也越來(lái)越高。城市軌道交通要走可持續(xù)開(kāi)展的道路,在解決好交通的同時(shí)也要確保良好的生活環(huán)境。本文通過(guò)對(duì)上海既有軌道交通線路的振動(dòng)和噪聲進(jìn)展測(cè)試,搜集了國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料,分析其對(duì)環(huán)境的影響程度,

2、提出了車輛、橋梁、軌道構(gòu)造、聲屏障及軌道管理等方面的減振降噪措施。1軌道交通的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果及分析1.1振動(dòng)的產(chǎn)生與傳播機(jī)理城市軌道交通在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,列車車輪與鋼軌之間產(chǎn)生撞擊振動(dòng),經(jīng)過(guò)軌枕、道床,傳遞至隧道或橋梁根底,再傳遞給地面,從而對(duì)周圍區(qū)域產(chǎn)生振動(dòng),并進(jìn)一步傳播到周圍建筑物。這種振動(dòng)干擾不僅對(duì)地鐵沿線民宅、學(xué)校、醫(yī)院等環(huán)境產(chǎn)生不良影響,而且可能對(duì)沿線根底較差的建筑物造成損害。振動(dòng)波在土介質(zhì)中的傳遞過(guò)程,其作用機(jī)理及傳播特性與地震根本一樣。這些振動(dòng)波遇到自由界面時(shí),在一定條件下重新組合,形成一種彈性外表波,隨著離振源間隔 的不同,它們之間的能量也在改變,同時(shí)傳播速度、衰減率也為間隔 的函數(shù)

3、。根據(jù)振動(dòng)傳播理論,振動(dòng)從地面進(jìn)入建筑物,不同構(gòu)造建筑物其振動(dòng)衰減也不同。1.2振動(dòng)測(cè)試結(jié)果表1上海地鐵1號(hào)線的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果。1.3測(cè)試結(jié)果分析結(jié)合振動(dòng)的產(chǎn)生和傳播機(jī)理來(lái)分析上述振動(dòng)測(cè)試結(jié)果,可以看出:(1)上海軟粘土埋深10左右地下線路中心處最大振級(jí)在7580db表1北京地鐵沿線地面建筑物的振動(dòng)測(cè)試資料1(2)矩形隧道構(gòu)造dt扣件道床振動(dòng)加速度程度(94.96db)遠(yuǎn)小于盾構(gòu)隧道構(gòu)造dt扣件道床振動(dòng)加速度程度(105.11db)(3)扣件類型對(duì)地面建筑物振動(dòng)影響明顯,減振型鋼軌扣件的減振效果比擬明顯。(4)建筑物的振級(jí)(地面垂向z振級(jí)(vlz)大小與建筑的根底類型、構(gòu)造型式及其與地鐵線路的間

4、隔 有親密關(guān)系。根底較差的磚木構(gòu)造或輕質(zhì)構(gòu)造,其振級(jí)與土壤接近,振動(dòng)衰減校將上述測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照可以看出:在上海飽和軟土地層中,對(duì)于一般埋深(10左右)的地下線,其中心線處地表振動(dòng)超標(biāo)510db;當(dāng)線路埋深超過(guò)30時(shí),混凝土根底的建筑物的振動(dòng)大大降低。2軌道交通的噪聲測(cè)試結(jié)果及分析2.1噪聲的產(chǎn)生與傳播機(jī)理軌道交通噪聲主要來(lái)源于高架線路列車運(yùn)行時(shí)輪軌的接觸噪聲、車輛非動(dòng)力系統(tǒng)噪聲(車輛的空壓機(jī)、空調(diào)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等),以及橋梁構(gòu)造的二次振動(dòng)引起的輻射噪聲、小半徑曲線路段上車輛輪緣與鋼軌間的摩擦聲。噪聲的大小與車輛型式、曲線半徑、橋梁與軌道構(gòu)造等因素有關(guān)。2.2噪聲測(cè)試結(jié)果在測(cè)試高架線路噪

5、聲時(shí),橋面以上部分的噪聲峰值大于橋面以下的噪聲峰值。當(dāng)列車以6080k/h速度行駛在高架線路上時(shí),其噪聲連續(xù)等效聲級(jí)可達(dá)8590db(a)(單列車通過(guò))。其噪聲特點(diǎn)是聲級(jí)高,作用時(shí)間長(zhǎng),且以中低頻為主。2.3測(cè)試結(jié)果分析結(jié)合噪聲的產(chǎn)生和傳播機(jī)理分析上述噪聲測(cè)試結(jié)果,可以看出:(1)高架線箱梁下的噪聲峰值為8085db(a);(2)高架線路的噪聲峰值一般超標(biāo)量為1015db(a);(3)隨著建筑物距線路中心間隔 的增大,噪聲峰值也有所衰減。建筑物間隔 線路中心30處,噪聲可衰減5db(a)左右。箱梁下的噪聲高達(dá)80db(a)以上,說(shuō)明鋼軌扣件和軌下根底減振效果差,輪軌動(dòng)力作用直接傳遞到梁體,引起

6、較大的二次噪聲。3城市軌道交通振動(dòng)控制對(duì)策城市軌道交通的振動(dòng)控制是一項(xiàng)綜合性工作,它牽涉到車輛、軌道、橋梁與隧道的構(gòu)造型式、巖土特性、沿線建筑物構(gòu)造型式及建筑物間隔 線路的遠(yuǎn)近程度等。根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)歷,只有根據(jù)詳細(xì)線路情況,采用綜合性減振措施,才能獲得顯著效果。3.1車輛選型軌道交通車輛的性能對(duì)振動(dòng)影響較大,應(yīng)選用動(dòng)力性能優(yōu)良的軌道車輛,盡量降低車體重量和軸重,減小輪軌動(dòng)力沖擊,采用先進(jìn)技術(shù)如徑向轉(zhuǎn)向架或直線電機(jī)車輛等。3.2橋隧構(gòu)造的選擇為了降低振動(dòng)在沿線傳播,針對(duì)橋、隧構(gòu)造本身的減振措施,國(guó)外進(jìn)展過(guò)大量的研究與理論,主要有:(1)采用框架式防振隧道構(gòu)造,質(zhì)量大、剛度大、整體性好的矩形隧道構(gòu)造

7、相對(duì)裝配式襯砌構(gòu)造其換算振動(dòng)加速度可降低815db。(2)暗挖工法施工隧道構(gòu)造在隧道襯砌內(nèi)側(cè)設(shè)置隔振層,防止軌道與隧道的直接接觸,降低振動(dòng)波的傳播。(3)采用雙箱梁或多箱梁等。3.3軌道構(gòu)造振動(dòng)控制措施城市軌道交通軌道構(gòu)造的設(shè)計(jì)有別于干線鐵路,其自身特點(diǎn)決定了軌道構(gòu)造的設(shè)計(jì)原那么“少維修,高彈性,減振降噪。國(guó)內(nèi)外大量研究說(shuō)明,地鐵軌道構(gòu)造按其減振效果可分成三大類:第一類為一般扣件,其豎向剛度在2060kn/之間,有一定減振降噪效果;第二類為柔性扣件,其豎向剛度在1025kn/之間,用于減振要求相對(duì)較高區(qū)域;第三類為特殊要求的減振軌道構(gòu)造(減振型軌下根底),用于對(duì)減振降噪有特殊要求的地段。(1)

8、柔性扣件在地下段采用柔性扣件可降低地鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)沿線建筑物的振動(dòng)影響。上海地鐵1號(hào)線的測(cè)試結(jié)果說(shuō)明:lrd扣件以及地鐵軌道減振器的減振效果明顯優(yōu)于dt型扣件。在減振要求較高地段,美國(guó)、新加坡、德國(guó)科壟法國(guó)等均采用了減振型鋼軌扣件2。在高架線路采用柔性鋼軌扣件,減小了振動(dòng)向橋梁和沿線建筑物傳遞,同時(shí)降低了輪軌噪聲和梁體的二次噪聲。在國(guó)外,高架線路廣泛采用了減振型鋼軌扣件。日本高架線路測(cè)試結(jié)果說(shuō)明,采用柔性鋼軌扣件,噪聲可降低3db(a)。(2)減振型軌下根底(浮置板式軌道構(gòu)造及l(fā)vt無(wú)碴軌道構(gòu)造)浮置板軌道構(gòu)造降低振動(dòng)程度20db。在需要特殊減振的區(qū)間和綜合性多層車站等地段采用,如高架線路穿越整幢建

9、筑物,地下線路經(jīng)過(guò)對(duì)防振要求非常高的區(qū)域如音樂(lè)廳等。lvt無(wú)碴軌道(彈性支承塊式),即在支承塊下加一層彈性橡膠套,軌道的垂向剛度約為1030kn/;垂向彈性由軌下和塊下雙層彈性橡膠墊板提供,最大程度地模擬了彈性點(diǎn)支承傳統(tǒng)碎石道床構(gòu)造和受荷響應(yīng),并使軌道縱向彈性點(diǎn)支承剛度趨于一致。此外,在支承塊外設(shè)橡膠靴套提供了軌道的縱、橫向彈性變形,使這種無(wú)碴軌道在承載、動(dòng)力傳遞和振動(dòng)能量吸收諸方面更接近堅(jiān)實(shí)根底上的碎石道床軌道,從而使這種軌道構(gòu)造的振動(dòng)和噪聲減少到最低程度。lvt無(wú)碴軌道構(gòu)造(構(gòu)造圖見(jiàn)文獻(xiàn)6圖5)被瑞士國(guó)營(yíng)鐵路首次采用。由于其特有的減振、降噪、減磨等優(yōu)越性能,后來(lái)被世界上許多國(guó)家所采用,如丹

10、麥、英國(guó)、法國(guó)、葡萄牙等。當(dāng)線路穿越居民區(qū)及一些對(duì)振動(dòng)很敏感的單位(如醫(yī)院、學(xué)校、居住區(qū)等)時(shí)采用4。(3)采用重型鋼軌、無(wú)縫線路采用重型鋼軌可有效抑制鋼軌的垂向振動(dòng)。將50kg/鋼軌改成60kg/鋼軌后,鋼軌的垂向剛度增加,可以把列車沖擊而產(chǎn)生的振動(dòng)降低10%。采用無(wú)縫線路,即將標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成長(zhǎng)鋼軌,減少鋼軌接頭數(shù)量,從而減少接頭處輪軌沖擊引起的振動(dòng)與噪聲。(4)加強(qiáng)軌道不平順管理在列車運(yùn)行過(guò)程中,軌道不平順引起動(dòng)荷載明顯增大。動(dòng)荷載的變化加速了軌道狀態(tài)的惡化,導(dǎo)致輪軌之間振動(dòng)與噪聲增大。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明:鋼軌打磨后,在振動(dòng)頻率為8100hz范圍內(nèi),振動(dòng)程度下降48db,站臺(tái)上的振動(dòng)程度下降515

11、db5?？刂栖壍啦黄巾樖墙档洼嗆壷g振動(dòng)與噪聲的有效措施。為此應(yīng)加強(qiáng)軌道不平順管理,制定嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)維修方案,確保軌道處于平順狀態(tài),從而減少振動(dòng)與噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。4噪聲控制措施城市軌道交通噪聲控制的對(duì)策除采用上述各項(xiàng)減振措施外,還需在噪聲源(輪軌動(dòng)力作用)、噪聲傳播途徑的阻截(聲屏障設(shè)置)及振動(dòng)噪聲敏感目的的防護(hù)等方面采取有效措施,才能獲得理想效果。(1)車輛的特殊設(shè)計(jì)高架軌道交通車輛應(yīng)進(jìn)展特殊設(shè)計(jì),如增加車輛裙板及車底設(shè)置吸聲構(gòu)造等。香港西鐵就采用這種形式的車輛。(2)打磨輪軌外表,使輪軌外表平滑化輪軌噪聲是軌道交通噪聲的主要來(lái)源。由于噪聲和振動(dòng)在5002500hz頻率范圍內(nèi)線性相關(guān),且

12、鋼軌在此范圍內(nèi)是主要的輻射體,因此,有效抑制鋼軌振動(dòng)、減小鋼軌的振動(dòng)加速度和頻率是降噪的關(guān)鍵。輪軌系統(tǒng)激擾是引起輪軌互相動(dòng)力作用的根本因素,沒(méi)有激擾就不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊,也不會(huì)輻射出噪聲。因此,必須嚴(yán)格控制輪軌系統(tǒng)的振動(dòng)激擾源。早期一些研究說(shuō)明,由于輪軌作用面的部分不平順(粗造度)而產(chǎn)生振動(dòng),從而引起滾動(dòng)噪聲。鋼軌頂面的粗糙度是產(chǎn)生滾動(dòng)噪聲的主要聲源。(3)線路選線及高架構(gòu)造型式的選擇在環(huán)境敏感地段,線路選線應(yīng)盡量防止采用小半徑曲線,以減小輪緣對(duì)鋼軌內(nèi)側(cè)的沖擊,降低輪軌接觸中的尖叫噪聲。同時(shí)還可結(jié)合巖土地質(zhì)特性,采用不同的線路型式。如德國(guó)柏林的一條地鐵在穿越高檔別墅區(qū)時(shí)就采用了穿越深路塹的方式

13、來(lái)降低噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。高架橋梁構(gòu)造采用槽型梁也可有利于降低噪聲。(4)采用彈性鋼軌在振動(dòng)和噪聲敏感地段,可在軌腰兩側(cè)粘貼防振材料,即采用彈性鋼軌,增加振動(dòng)沿鋼軌的衰減率。當(dāng)裝上吸振材料后,鋼軌的聲功率可降低12db。日本的高架鐵道采用了這種形式,測(cè)試結(jié)果說(shuō)明,可降低噪聲35db(a)7。(5)設(shè)置聲屏障聲屏障是降低軌道交通運(yùn)行噪聲的一種有效措施。在地面和高架城市軌道交通采用聲屏障可參考文獻(xiàn)1王毅.北京地下鐵道振動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的調(diào)查與研究.地鐵與輕軌,1992,21242esveld.railay-induedgrundvibratin.railengngintern,1991,(2)3alkerjg.etrsshuldbesilentservants.develpetrs,19924vadilleg.subjetivereat