城市轨道交通高架线的环境噪音探讨

摘 要：本文分析了城市轨道交通高架线噪声产生根源、传播规律，介绍了噪声评价标准，并从声源、传播途径和受声点保护三方面提出了降噪技术措施及应用实例。

关键词:　城市轨道交通；轮轨噪声；噪声控制

1、前言
城市轨道交通是一种安全舒适、准时快捷、大运量的交通工具，对解决城市人口密度大、交通需求突出、城市环境污染严重等问题，具有无可比拟的优越性。但其噪声影响问题已经成为大家关注的焦点，特别是高架线的噪声影响，这在一定程度上是决定高架线是否能得到人们接受和认可的关键。
2、城市轨道交通高架线的噪声根源与形成分类
城市轨道交通系统产生的噪声主要来自轨行系统、列车牵引系统、辅助设备和高架桥梁结构的辐射噪声及列车运行时空气动力噪声等。
1) 轮轨噪声
主要是列车行驶时车轮和钢轨相互作用引起的噪声，包括车轮撞击轨道不连续部位时的撞击声、轮轨踏面凸凹不平时发出的轰鸣声和列车沿小曲线半径轨道运行时产生的尖叫声。
2) 牵引动力系统噪声
牵引系统设备运转所产生的噪声，包括牵引电机及其冷却风扇、齿轮箱以及空气压缩机的噪声。
3) 辅助设备噪声
主要是指制动系统在实施制动时闸瓦与制动盘之间的摩擦振动，它激发制动闸瓦片、闸瓦托架以及制动盘等产生自激振动形成噪声。WwW.133229.Com此外，还有制动悬挂连接件之间相互撞击产生的噪声和空调装置以及电气设备冷却风扇发出的噪声等。
4) 高架桥的低频噪声
当列车行驶在高架桥上时，轮轨相互作用产生振动通过轨道传递给支撑结构，支撑结构将噪声向周边环境进行传播，形成一种低频噪声。
5) 车辆运行时的空气动力噪声
随着列车速度提高，空气动力噪声明显增大，当列车速度达到200km/h以上时，空气动力噪声急剧上升，并且成为环境噪声的重要组成部分。 但是城市轨道交通的行车速度都在80～120km/h，所以轮轨噪声成为最为突出的问题。
3、城市轨道交通噪声的评价标准
目前我国还未制定城市轨道交通噪声的评价标准，现在普遍采用等效声级laeq: db作为环境噪声标准，并分昼夜两个时间进行评价，评价标准参照下表。城市区域环境噪声标准值（gb3096-93）单位：db（a）
3、 城市轨道交通高架线的噪声传播规律及特性
噪声作为一种声音，是由于噪声源的振动引起的，实际是在介质中传播的机械波，它具有能量特征。根据噪声的传播方式，可分为：空气传播噪声和结构辐射噪声。空气传播噪声是噪声以波的形式并以一定速度在空气中传播，其强度在远离声源的区域逐渐减弱；结构辐射噪声是振动产生的噪声波以不同的速度在固体物质中传播，它主要以折射波的形式传播。高架线噪声传播特性：
1、高架线噪声源的位置高、传播面广。由于高架桥的位置相对较高，噪声传播的面较广。噪声传至受声点的途径一种是直接传播，另一种是通过地面的反射。受声点的噪声强度往往是两者共同作用的结果。
2、轨道交通噪声的规律性、间歇性。列车只有在运营期间才产生噪声影响，而列车的发车间隔是3～5分钟，长度140m的列车以80km/h通过某点的时间约为6.3秒。这样可以看出列车的噪声影响与运营时间、发车间隔相关联，具有间歇性，这相对道路噪声有明显的区别。
3、轨道交通的人均噪声的产生量较小。广州地铁二号线采用6辆编组列车，每列车的标准荷载1800人。这相对于其他运载工具，人均的噪声产生量较小。
4、高架线降噪的工程措施及应用实例
为降低噪声的不利影响，可从噪声源、噪声传播途径和噪声敏感目标防护上着手。从噪声源着手进行控制是主动有效的，但由于现在的技术水平和条件限制，很难达到理想效果，因此还必须在其传播途径、受声点保护上采取适当的措施。
1) 采用特殊的车辆结构设计
高架轨道交通车辆应进行特殊设计,如增加车辆裙板及车底设置吸声结构等，香港西铁就采用这种形式的车辆。采用低噪动力牵引系统，温哥华、底特律、吉隆坡等城市采用了直线电机牵引系统，省去了齿轮箱等一系列传动结构，减少了许多噪声源。另外，采用径向转向架车辆可以顺利通过曲线，减少轮轨噪声和轮轨磨耗。

2) 减少轮轨作用面的摩擦与不平顺
轮轨噪声是轨道交通噪声的主要来源。定期打磨钢轨、镟车轮，可以保证轮轨表面的光滑，减少振动辐射噪声。在韩国等地使用了kelsan的产品，列车通过时它可以在轮轨作用面形成薄膜，来改善轮轨接触面的摩擦，减少尖叫声。在使用了此产品的汉城地铁通过测量比较，10辆编组列车在通过同一曲线可以降低噪声19db(a)。
3) 采用减振降噪钢轨
通过增加钢轨阻尼、增加钢轨吸振性能、埋入式钢轨等措施降低钢轨辐射噪声。在噪声敏感地段, 采用轨腰粘贴夹层结构，外面是5mm钢板通过一种特殊的弹性的黏合剂连接到高吸振层上。这样可以增加振动沿钢轨的衰减率，从而达到降噪的目的。日本的高架铁道采用了这种形式,经测试可降低噪声3～5db(a)。采用埋入式钢轨是将钢轨埋入混凝土槽中并用阻尼材料填充轨底及轨腰，钢轨的振动水平降低，噪声随之降低。在葡萄牙波尔图市stcp高架线，使用了荷兰edilon公司的埋入式钢轨产品，最终很好的控制高架线的噪声。
4) 高架结构形式的选择
采用合理的高架结构也能减少结构的辐射噪声。加拿大的斯卡波罗轻轨高架桥结构采用槽型梁也有利于降低噪声；为了降低结构辐射的噪声，香港西铁采用双箱单室梁结构。
5)采用减振轨道结构，降低噪声源的振动水平
减振轨道结构包括减振扣件和减振轨下基础。减振轨下基础是在产生振源的轨道结构下部加装阻尼结构达到减振目的，降低噪声辐射。其中国内外广泛使用的有浮置板道床、弹性短轨枕结构。减振扣件是用一些弹性元件隔断部分振波或声波，其中广泛采用的主要有科隆蛋”减振扣件。pandrol公司的vanguard扣件在英国的维多利亚线取得了较好的减振降噪效果。vanguard扣件可以降低结构振动，控制结构低频噪音。
6)合理的线路设计
线路宜采用无缝线路，减少车轮对钢轨接头的冲击噪声。线路设计应尽量避免使用小半径曲线,以降低轮轨冲击摩擦的尖叫噪声。同时还可结合自然地质特性,采用相应的敷设型式。如德国柏林的一条地铁在穿越高档别墅区时就采用了深路堑的方式来降低噪声的影响。
7)设置声屏障或隔音罩是降低轨道交通噪声的一种有效措施。声屏障可将波长短的高频噪声反射回去，使屏障后面形成“声影区”，在声影区内噪音明显下降。九广铁路太和火车站设置的强化玻璃纤维混凝土隔音罩后可以降低15-20db(a)列车噪音。香港轻轨位于屯门官立小学高架线采用1.9m透明板块声屏障可以降低噪声5-8db(a)。
6、结语
虽然轨道交通高架线的噪声影响是人们十分关注的问题，但是国内外的大量工程都已经很好的解决了这个问题。在有世界上最严格环保要求的香港，西铁高架线采取综合措施：梁形为双箱单室梁，列车安装吸音内衬和防声裙，高架桥两侧安装声屏障；轨道两侧的人行道安装了吸音材料，采用浮置板轨道结构、科隆蛋减振扣件等（如下图所示），最终列车通过的瞬时噪声仅为61db(a)，完全满足环保要求。可见，只要采用合理的工程措施，高架线的噪声影响是可以解决的，并可以充分发挥高架线占地少、造价低、工期短、利于穿越地质情况复杂地段等特点，这十分有利于城市轨道交通的健康发展。

参考文献：
1. 范俊杰，现代铁路轨道，中国铁道出版社，2001
2. 赵惠祥等，城市轨道交通土建工程，中国铁道出版社，2000
3. 张振淼，城市轨道交通环境噪声的评价与控制以及衰减噪声的途径，地铁与轻轨，2001，（2）
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