城市軌道交通的振動和噪聲對環(huán)境的影響及其對策

1、城市軌道交通的振動和噪聲對環(huán)境的影響及其對策摘要分析了通過現(xiàn)場測試的上海軌道交通振動與噪聲的影響程度,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,噪聲控制軌道交通由于輪軌接觸、車輛設(shè)備(受電弓、電機、空調(diào)等)等產(chǎn)生的振動和噪聲對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。隨著人們生活程度的進步,對環(huán)境要求也越來越高。城市軌道交通要走可持續(xù)開展的道路,在解決好交通的同時也要確保良好的生活環(huán)境。本文通過對上海既有軌道交通線路的振動和噪聲進展測試,搜集了國內(nèi)外有關(guān)資料,分析其對環(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軌道交通的振動測試結(jié)果及分析1.1振動的產(chǎn)生與傳播機理城市軌道交通在運營過程中,列車車輪與鋼軌之間產(chǎn)生撞擊振動,經(jīng)過軌枕、道床,傳遞至隧道或橋梁根底,再傳遞給地面,從而對周圍區(qū)域產(chǎn)生振動,并進一步傳播到周圍建筑物。這種振動干擾不僅對地鐵沿線民宅、學校、醫(yī)院等環(huán)境產(chǎn)生不良影響,而且可能對沿線根底較差的建筑物造成損害。振動波在土介質(zhì)中的傳遞過程,其作用機理及傳播特性與地震根本一樣。這些振動波遇到自由界面時,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,同時傳播速度、衰減率也為間隔 的函數(shù)

3、。根據(jù)振動傳播理論,振動從地面進入建筑物,不同構(gòu)造建筑物其振動衰減也不同。1.2振動測試結(jié)果表1上海地鐵1號線的振動測試結(jié)果。1.3測試結(jié)果分析結(jié)合振動的產(chǎn)生和傳播機理來分析上述振動測試結(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在7580db表1北京地鐵沿線地面建筑物的振動測試資料1(2)矩形隧道構(gòu)造dt扣件道床振動加速度程度(94.96db)遠小于盾構(gòu)隧道構(gòu)造dt扣件道床振動加速度程度(105.11db)(3)扣件類型對地面建筑物振動影響明顯,減振型鋼軌扣件的減振效果比擬明顯。(4)建筑物的振級(地面垂向z振級(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,其振級與土壤接近,振動衰減校將上述測試結(jié)果與現(xiàn)行環(huán)保標準對照可以看出:在上海飽和軟土地層中,對于一般埋深(10左右)的地下線,其中心線處地表振動超標510db;當線路埋深超過30時,混凝土根底的建筑物的振動大大降低。2軌道交通的噪聲測試結(jié)果及分析2.1噪聲的產(chǎn)生與傳播機理軌道交通噪聲主要來源于高架線路列車運行時輪軌的接觸噪聲、車輛非動力系統(tǒng)噪聲(車輛的空壓機、空調(diào)機、電動機等),以及橋梁構(gòu)造的二次振動引起的輻射噪聲、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噪聲測試結(jié)果在測試高架線路噪

5、聲時,橋面以上部分的噪聲峰值大于橋面以下的噪聲峰值。當列車以6080k/h速度行駛在高架線路上時,其噪聲連續(xù)等效聲級可達8590db(a)(單列車通過)。其噪聲特點是聲級高,作用時間長,且以中低頻為主。2.3測試結(jié)果分析結(jié)合噪聲的產(chǎn)生和傳播機理分析上述噪聲測試結(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80db(a)以上,說明鋼軌扣件和軌下根底減振效果差,輪軌動力作用直接傳遞到梁體,引起

6、較大的二次噪聲。3城市軌道交通振動控制對策城市軌道交通的振動控制是一項綜合性工作,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 線路的遠近程度等。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)歷,只有根據(jù)詳細線路情況,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振動影響較大,應(yīng)選用動力性能優(yōu)良的軌道車輛,盡量降低車體重量和軸重,減小輪軌動力沖擊,采用先進技術(shù)如徑向轉(zhuǎn)向架或直線電機車輛等。3.2橋隧構(gòu)造的選擇為了降低振動在沿線傳播,針對橋、隧構(gòu)造本身的減振措施,國外進展過大量的研究與理論,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、相對裝配式襯砌構(gòu)造其換算振動加速度可降低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,降低振動波的傳播。(3)采用雙箱梁或多箱梁等。3.3軌道構(gòu)造振動控制措施城市軌道交通軌道構(gòu)造的設(shè)計有別于干線鐵路,其自身特點決定了軌道構(gòu)造的設(shè)計原那么“少維修,高彈性,減振降噪。國內(nèi)外大量研究說明,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營對沿線建筑物的振動影響。上海地鐵1號線的測試結(jié)果說明: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、新加坡、德國科壟法國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,減小了振動向橋梁和沿線建筑物傳遞,同時降低了輪軌噪聲和梁體的二次噪聲。在國外,高架線路廣泛采用了減振型鋼軌扣件。日本高架線路測試結(jié)果說明,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無碴軌道構(gòu)造)浮置板軌道構(gòu)造降低振動程度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)過對防振要求非常高的區(qū)域如音樂廳等。lvt無碴軌道(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,使這種無碴軌道在承載、動力傳遞和振動能量吸收諸方面更接近堅實根底上的碎石道床軌道,從而使這種軌道構(gòu)造的振動和噪聲減少到最低程度。lvt無碴軌道構(gòu)造(構(gòu)造圖見文獻6圖5)被瑞士國營鐵路首次采用。由于其特有的減振、降噪、減磨等優(yōu)越性能,后來被世界上許多國家所采用,如丹

10、麥、英國、法國、葡萄牙等。當線路穿越居民區(qū)及一些對振動很敏感的單位(如醫(yī)院、學校、居住區(qū)等)時采用4。(3)采用重型鋼軌、無縫線路采用重型鋼軌可有效抑制鋼軌的垂向振動。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)生的振動降低10%。采用無縫線路,即將標準軌焊接成長鋼軌,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與噪聲。(4)加強軌道不平順管理在列車運行過程中,軌道不平順引起動荷載明顯增大。動荷載的變化加速了軌道狀態(tài)的惡化,導(dǎo)致輪軌之間振動與噪聲增大。測試結(jié)果說明:鋼軌打磨后,在振動頻率為8100hz范圍內(nèi),振動程度下降48db,站臺上的振動程度下降515

11、db5?？刂栖壍啦黄巾樖墙档洼嗆壷g振動與噪聲的有效措施。為此應(yīng)加強軌道不平順管理,制定嚴格的養(yǎng)護維修方案,確保軌道處于平順狀態(tài),從而減少振動與噪聲對周圍環(huán)境的影響。4噪聲控制措施城市軌道交通噪聲控制的對策除采用上述各項減振措施外,還需在噪聲源(輪軌動力作用)、噪聲傳播途徑的阻截(聲屏障設(shè)置)及振動噪聲敏感目的的防護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)計高架軌道交通車輛應(yīng)進展特殊設(shè)計,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源。由于噪聲和振動在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、減小鋼軌的振動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力作用的根本因素,沒有激擾就不會產(chǎn)生振動和沖擊,也不會輻射出噪聲。因此,必須嚴格控制輪軌系統(tǒng)的振動激擾源。早期一些研究說明,由于輪軌作用面的部分不平順(粗造度)而產(chǎn)生振動,從而引起滾動噪聲。鋼軌頂面的粗糙度是產(chǎn)生滾動噪聲的主要聲源。(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,以減小輪緣對鋼軌內(nèi)側(cè)的沖擊,降低輪軌接觸中的尖叫噪聲。同時還可結(jié)合巖土地質(zhì)特性,采用不同的線路型式。如德國柏林的一條地鐵在穿越高檔別墅區(qū)時就采用了穿越深路塹的方式

13、來降低噪聲對周圍環(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,增加振動沿鋼軌的衰減率。當裝上吸振材料后,鋼軌的聲功率可降低12db。日本的高架鐵道采用了這種形式,測試結(jié)果說明,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1王毅.北京地下鐵道振動對環(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