浅谈城市轨道振动和噪声污染的综合治理方法

浅谈城市轨道振动和噪声污染的综合治理方法

摘要：本文主要介绍了城市轨道交通噪声与振动的来源与危害以及城市轨道交通减振降噪措施，并谈了北京市交通轨道振动和噪声污染的一些具体治理方法。关键词：城市轨道振动和噪声减振降噪控制措施

引言：地铁、轻轨等城市轨道交通会给市民和旅客带来便捷,同时也会给沿线的居民和建筑物带来振动及噪声等环境污染的公害。因此,控制城市轨道交通的振动和噪声污染,已经成为环境保护领域急待研究和解决的重要问题。

1 城市轨道振动和噪声的来源与危害

1．1城市轨道交通振动的来源

轨道交通的主要振动源为:机车车辆动力系统的振动,通过车轮与轨道结构的动态相互作用,引起轨道结构的振动;这些振动通过地基又传给周围的建筑物。车轮和钢轨长期相互作用都会产生磨耗,轮子可能失圆或产生扁疤,钢轨可能会产生波浪形磨耗。状态不良的轮轨相互作用会使振动加剧。

1．2城市轨道交通振动的危害

可能造成的不利影响主要有: （1）机车和客车的平稳性降低,影响舒适度,直接影响列车内的驾驶人员和乘客;（2）过大的振动加速度会造成轨道部件,尤其是钢轨和道床的提前损伤,甚至破坏;（3）钢轨的高频振动产生了地铁噪声;（4）过大的振动会影响贴近地铁隧道或直接建在地铁隧道上面的建筑物的使用;（5）某些地区,振动可能使隧道周围的软弱地层(如饱和砂土或粉土) 产生液化,严重的地方可能威胁到地铁列车的运行安全,乃至人们的生命安全。

振动对建筑物的影响,轻微的会出现墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝,严重则导致基础变形或下沉。像地铁的运行是一个长期的、每天均持续很长时间的过程,即使不足以在短时间内对建筑物产生明显的影响,长期积累之后,对建筑物的疲劳损伤、安全性能下降等方面的结果如何,都需要进行较为准确的评估。

1．3城市轨道交通噪声的来源

城市轨道交通包括地铁，轻轨，高架铁路等形式。对于不同的轨道交通形式，其噪声产生机理和来源也不尽相同，噪声的传播方式和影响程度也不一样。综合考虑，噪声的产生主要来源于三个方面：

（1）机械噪声及结构噪声，包括：

滚动噪声：这是由于物理结构方面引起的噪声污染。因为车轮踏面和钢轨表面并不是完全绝对平滑，表面粗糙凸,凹不平和钢轨表面伤痕等原因都会使车辆在钢轨上运行不是单纯的滚动, 而是在滚动的同时在极小范围内产生跳动, 轮间出现一定的冲击, 使钢轨和车轮产生强迫振动而发出噪声。

冲击噪声：轮轨冲击噪声是车轮通过钢轨接头和道岔部分以及车轮踏面擦伤以及剥离处由于冲击而产生的噪声。从噪声源来考虑，分为轨道振动噪声和车轮振动噪声两种情况。冲击噪声与滚动噪声不同之处是冲击，而且是不连续的。

摩擦噪声：摩擦噪声是车辆通过小半径曲线和道岔时产生的高频率的刺耳声，在曲线区段，尽管车轮踏面有一定锥度，车辆仍然不能以纯滚动通过曲线，由于轮轨之间的摩擦，产生了刺耳尖叫声。

结构噪声：由于轮轨表面相互作用产生的振动通过轨道、桥梁、地基等传递，导致桥梁、地下结构、附近建筑墙壁、楼板振动而产生辐射噪声。

（2）车辆设备的噪声：包括通风机、压缩机、牵引电机的噪声。

（3）车辆运行时的空气动力噪声。城市轨道交通噪声主要是由列车运行时轮轨相互撞击产生的，这种噪声通过空气传播到附近建筑物，从而给建筑物及人们的生活带来不利影响。

1.4城市轨道交通噪声的危害

噪声是由空气振动推动粒子以波的形式被耳朵接受。波的压力转换成离子和电子形式被耳蜗细胞接受，制造刺激从而被大脑感知为声音，噪声对人的影响是一个复杂的问题。不仅与噪声性质有关，而且还与每个人的生理状态及社会生活等多方面因素有关。噪声级越高，对人的危害性越大，即使噪声级较低，虽然不能直接危害人的健康，但也会影响和干扰人的正常活动。噪声对人的危害主要是：造成人的听觉疲劳或听力损伤；影响人身体健康；干扰谈话和扰乱睡眠；对儿童学习造成危害以及影响人们的工作和正常生活。

2 城市轨道的减振降噪的综合措施

城市轨道交通的振动与噪声是不同的, 因而治理时需要针对其特性采取有针对性的措施。但噪声与振动问题也是相关的, 在制定治理规划时, 可采取综合整治措施。发展城市轨道交通必然要解决其噪声与振动问题。由于引起噪声与振

动的原因是多方面的, 决定了其控制措施也是多方面的，下面列举一下城市规道的减振降噪的综合治理措施。

2. 1 车辆的减振降噪措施

（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。

（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。目前在国内外的城市轨道交通中,金属- 橡胶复合减振器是应用最为广泛的减振降噪装置。

这是由于橡胶在很宽的温度范围内具有独特的粘弹行为,不仅可以象钢弹

簧一样通过弹性形变来吸收、储存冲击能量,而且还可以通过分子链相对运动而大幅度地消耗能量。然而,橡胶件既是减振降噪的主要部分,也是影响使用寿命的关键部分。以少量具有纳米片层结构的有机改性蒙脱土与橡胶进行插层纳米复合,可显著降低材料的疲劳生热,延缓疲劳破坏过程,从而

改善橡胶的强度、耐蠕变、耐疲劳和耐老化等综合性能,使减振器的质量和机车车辆的舒适性、安全性得到较大的提高。除金属- 橡胶复合减振器外,目前国际上开始将自适应(有源/ 半有源) 电/ 磁流变液减振器用于车辆

的悬架系统和转向架系统,以有效地调节系统的阻尼或刚度特性。

（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10 dB(A) 。

（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20 dB(A) 。

（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,通常可减振降噪2～10 dB（A）。像北京地铁13 号线车辆上采用了车轮降噪阻尼器，可以有效消除中高频尖叫声，从而实现控制轮轨噪声的目的。

（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1 kHz 以上的噪声大

约可降低5 dB(A) 。

2. 2 轨道结构的振动和噪声控制

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