地铁振动与噪声分析及减振降噪措施探讨

地铁振动与噪声分析及减振降噪措施探讨
发布时间：2021-04-14T14:42:14.610Z 来源：《城市建设》2021年2月作者：邹涛[导读] 城市轨道交通引起的振动、噪声是不可避免的问题，而且对周围居民、建筑物的影响不容忽视，本文首先介绍了地铁的振动和噪声来源，然后从不同方面就如何减少振动和噪声进行了论述，提出了一系列减振降噪措施，期望为地铁运营起到积极作用。

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司邹涛 710018
摘要：城市轨道交通引起的振动、噪声是不可避免的问题，而且对周围居民、建筑物的影响不容忽视，本文首先介绍了地铁的振动和噪声来源，然后从不同方面就如何减少振动和噪声进行了论述，提出了一系列减振降噪措施，期望为地铁运营起到积极作用。

关键词：地铁车站；振动；噪声
引言
城市轨道交通具有速度快、运量大以及准时、舒适、方便和节能等优点,地铁作为现代化大中城市交通发展的首选,其优势显得越来越突出,但随着地铁的运营与发展而带来的弊端，振动和噪声污染也给人们的生活环境造成了一定的负面影响。

上海、南京、广州、天津等地就先后出现过因市民投诉地铁振动、噪声影响居民生活而在开通运营后进行噪声治理、列车限速的情况。

由于大家对于环保的逐步重视和对生活品质要求的不断提高，地铁的振动和噪声扰民问题己经成为地铁设计过程中亟待解决的问题 1地铁振动及噪声来源
1.1列车运行引起的振动及噪声
在地铁中，当列车以一定的速度在轨道上运行时，车辆、轨道以及他们之间的相互作用将产生振动和噪声。

如: 1.1.1列车经过小曲线半径时由于车轮受转向架约束，不能正切钢轨运行，即车轮不能处于曲线的径向位置，车轮在钢轨上向前滚动时同时沿轨面横向滑动，产生轮轨接触面的粘着和空转，引起车轮共振，产生强的窄频带尖叫声。

1.1.2列车车辆通过轨缝、道岔或车轮踏面擦伤、剥离等轮轨表面的不连续性而引起的垂直激励产生非线性的振动并射噪声 1.1.3列车运行时，由钢轨表面粗糙、凸凹不平，钢轨表面伤痕、马鞍形磨耗及轮轨尺寸偏差等引起车轮和钢轨相互振动，并通过轨道结构传递辐射噪声。

1.1.4列车制动系统中在实施制动时间瓦与制动盘之间摩擦振动，它激发制动瓦片、瓦托架以及制动盘等产生自激振动形成噪声 1.1.5列车运行噪声还包括牵引系统设备运转所产生的噪声:列车空调器等设备的运转噪声;以及列车在隧道内运行时产生的空气气流(活塞风)噪声。

地铁列车运行噪声的高低与列车的运行速度、轮轨的结构性能、轮轨的质量等有密切的关系，现场实测结果显示，当列车进站时站台的噪声峰值可达90dB(A)以上，因此要在列车及轨道等方面采取主动积极的减振手段来抑制和降低噪声。

1.2 车站设备运行引起的振动及噪声
地铁车站的噪声主要是环控设备运行所产生出来的，地铁环控通风系统一般由隧道通风系统、车站通风空调系统及空调水系统等构成。

系统的功能主要通过各种不同类型的风机、空调机组、冷水机组、水泵、冷却塔等设备实现。

这些设备运行时产生的噪声通过不同途径传播到地铁车站公共区、设备房及地面区域从而形成噪声污染。

2.振动及噪声的危害
对于居住在地铁附近的居民来说，便利的交通给他们带来了出行的方便，但也因此感受到振动及噪声给生活带来的诸多影响。

主要表现在：
2.1会有害于人的心血系统；影响睡眠，造成疲倦；
2.2会影响人的神经系统，使人急躁、易怒，工作效率低下；
2.3轨道交通引起的环境振动虽然振幅和能量都比较小，但振动的作用是长期存在和反复发生的，这种持久性的小幅环境振动的反复作用会使建筑结构的强度降低，严重时造成建筑物的裂缝。

2.4城轨的噪声对线路周围特殊场所如学校、医院等的危害更大。

3地铁减振降噪措施分析
3.1降低车辆运行引起的振动及噪声的措施
3.1.1改善车辆条件
3.1.1.1对机车车辆动力系统的转动部件进行转子动力学设计，使系统的工作频率远离共振区和不稳定区，尽量避免电磁耦合激发振动和噪声。

3.1.1.2在机车车辆上使用新型减振器，能有效地降低振动和噪声。

3.1.1.3在车辆动力驱动系统中应用直线电机技术，可省去齿轮箱等一系列传动机构，减少了许多噪声源，噪声水平比一般车辆可降低大约10dB(A)。

3.1.1.4采用径向转向架能避免车轮在钢轨上的蠕动，使车辆能顺利地通过曲线，减少轮轨磨耗和消除常规转向架通过曲线时的尖叫声，因而噪声比一般车辆降低近20dB(A)。

3.1.1.5采用弹性车轮、充气橡胶车轮、阻尼车轮及弹性踏面车轮等技术，通常可减振降2～10dB(A)。

3.1.1.6用改变车轮结构的方法来改变噪声的发射性能，可降低轮轨噪声。

如德国通过把制动盘放在轮心上来减少噪声，试验结果证明对1KHZ以上的噪声大约可降低5dB（A）。

3.1.2改善轨道条件
轨道结构主要由钢轨、扣件及轨下基础组成。

根据振动理论轮轨之间的振动噪声与轨道各部件的质量、刚度以及结构阻尼密切相关。

轨道结构的减振降噪主要是通过改变结构参数来实现。

在国内外轨道交通减振降噪研究成果的基础上,结合我国轨道交通的实际,对轨道结构的减振降噪可采取下列有效措施
3.1.2.1采用焊接长钢轨,可减少因列车通过钢轨接头所产生的振动噪声。

3.1.2.2采用钢轨打磨技术,以控制轨道的不平顺度,保证轮轨接触面的良好状态,从而获得良好的减振降噪效果。

突践表明,钢轨打磨后,在振动频率为8~100Hz范围内,振动噪声可下降4～8dB（A）。

3.1.2.3采用防振型钢轨在钢轨轨腰两侧粘贴(或包覆)防振吸音材料(如橡胶、树脂等),可有效地减少噪声。

3.1.2.4采用减振型扣件(如双重铁板式,剪切型、压缩型和低刚度型等扣件)。

为了增加轨道的弹性，北京八通找的钢轨扣件采用双弹性垫层设计,即在轨下和分开式扣件铁垫板下均设静度系数较小的橡胶垫板。

3.1.2.5采用弹性支承块式无渣道轨道,目前我国轨道交通主要采用支承块式混凝士整体道床,由于只有件弹性垫板一个减振环节,其减振效果并不理想。

如在扣件垫板和支承块下各设置一层橡胶,能大大降低轨道整体支承刚度，显落提高轨的减振降噪能。

3.1.2.6采用浮置板式轨道结构。

该结构使用扣件把钢轨固定在钢筋混凝土浮置板上，浮置板至于橡胶支座上，浮置板两侧用弹性材料固定，形成一种质量-弹簧系统。

该系统含三层水平垫板（钢轨下橡胶垫板、铁垫板下橡胶垫板、浮置板下橡胶板）和一层侧向垫板。

该种轨道结构在共振频率下的放大倍数很低，减振降噪效果非常显著。

3.1.3高架线路和桥梁
目前，国内外城市轨道交通的高架桥结构大多采用箱型梁的内部空腔在轨道交通噪声主要频段内存在声学模态，腔内的声场共振可能使桥梁的上下两个面的辐射声增加，而且箱型梁桥的底面是大面积的平面，声辐射效率比较高，因此有必要研究箱形梁的减振降噪措施。

目前箱形梁的降噪处理有以下几类技术：
3.1.3.1在箱形梁腔内设置隔声板，将箱形梁腔内的声学共振频率向上移至轨道交通噪声的主要频段以外,则可有效降低桥梁振动噪声。

3.1.3.2在箱形梁腔内安装动力吸振器,这是控制桥梁振动噪声最有效的方法。

3.1.3.3铺设轻质吸声桥面和路面。

高架轨道交通线的桥面是声反射面,降低桥面的声反射可以大大降低列车通过时的噪声。

3.1.3.4在高架桥上安装吸声天棚或悬挂空间吸声体等吸声结构,可以大大降低桥梁振动的辐射噪声。

高架轨道交通噪声的各个声源中,桥梁振动的辐射噪声对周边环境尤其是低楼层有较大影响。

高吸声、安全、美观、易清洗保养是设计这类吸声结构的要点。

3.1.3.5设置声屏障是降低轨道交通运行噪声的一种有效措施。

现有的吸声型声屏障频带窄,尤其是低频段吸声系数小,国内外都把研究阻抗复合型声屏障作为拓宽吸声频带、提高降噪效果的主要方向。

3.2 降低设备运行引起的振动及噪声的措施
3.2.1控制噪声源
地铁车站通风空调设备的机械振动噪声和电机转动噪声一方面是从设备本体表面辐射,另一方面是以弹性波的形式通过基础、吊架等沿结构向外传播根据现场实测数据显示,其噪声值达到80-110dB(A)。

彻底从根源上消除噪声是无法实现的,但是通过以下技术措施和新材料的应用可以使噪声源得到有效控制,主要途径有:对电机设备,在可能得情况下降低转速、减小功率、改善平衡、减少峰值加速度、避免结构共振、限制或减小撞击、改进润滑情况、提高部件加工精度、减少噪声辐射面积、改变噪声辐射方向、采用高强度塑料等新材料用于易产生振动的机械零部件、改善生产工艺和操作方法等。

4结束语
地铁振动、噪声及其控制的研究是一个系统工程，目前国内还没有专门进行城市轨道交通减振降噪设计的技术力量和专业能力，它需要借助社会各个方面的力量，从线路设计到设备改进，从立法到环境监控的跟踪测试手段等，通过各个领域的共同努力，研发出适合我国国情的一系列技术措施，使我国城市轨道交通达到国际先进水平。

参考文献
[1]王毅.北京地下铁道振动对环境影响的调查与研究[J].地铁与轻轨，1992
[2]刘英杰.地铁环控通风系统消声降噪设备的分析与选择[J].现代城市轨道交通，2006。