城市軌道交通振動與噪聲研究
摘 要：城市軌道交通給人們帶來便捷的同時，也給沿線的居民和建筑物帶來振動與噪聲等環境污染公害。本文從分析城市軌道交通振動與噪聲的來源入手，介紹了振動與噪聲的評價標準和預測方法，提出了相應的控制措施和途徑，以達到減振降噪的目的，為解決好城市軌道交通發展中的環境問題提供參考。
關鍵詞：城市軌道交通，振動，噪聲，減振降噪
1．引言
城市軌道交通以其快速、安全、時間準確、乘坐舒適等優點成為解決城市交通擁堵問題的有效手段，給人們的生活、生產活動帶來了便利，同時也成為了新的振動與噪聲的發生
源。尤其是在密集的居住區、商業中心和工業區，城市軌道交通已經造成了不可忽視的振動與噪聲污染，而且隨著人們對生活質量要求的日益提高，也越來越引起公眾的關注。另外，在高科技生產企業、醫院和科研機構等單位中，其日常使用的高精密儀器對周圍環境振動的敏感程度也日益增加，這也對新的振動污染源的設防提出了更高的要求。因此，控制城市軌道交通的振動與噪聲對環境的污染，已經成為環境保護領域亟待研究和解決的重要問題。
軌道結構既是城市軌道交通的振源，也是振動傳播途徑中的一個重要環節。本文從分析城市軌道交通振動與噪聲的來源入手，介紹了振動與噪聲的評價標準和預測方法，提出了相
應的控制措施和途徑，以達到減振降噪的目的。
2．城市軌道交通振動與噪聲的來源
2.1 振動源
國內外研究表明，城市軌道交通的主要振動源為：機車車輛動力系統的振動，通過車輪與軌道結構的動態相互作用，引起軌道結構的振動。由于車輛和軌道這兩個系統的振動是一
種耦合關系，這種耦合振動最終要通過軌道結構的傳遞形成輸出。對于高架結構，軌道的振動通過橋梁墩臺傳遞到地面；對于地鐵，軌道的振動通過周圍的土介質傳遞到地表。地面的振動又傳會給周圍的建筑物而誘發二次振動。
2.2 噪聲源
城市軌道交通噪聲按主要來源可以分為以下幾類[1, 2]：輪軌系統噪聲；動力系統噪聲；結構系統噪聲；空氣動力噪聲。其中輪軌系統噪聲可以細分為三種主要類型：滾動噪聲、沖擊噪聲和尖叫噪聲。滾動噪聲主要是由列車運行時，由于輪軌表面粗糙不平、鋼軌表面傷痕、馬鞍型磨耗及輪軌尺寸偏差引起車輪和鋼軌相互振動，并通過結構傳遞產生的噪聲。沖擊噪聲主要是車輪通過鋼軌接頭、道岔部分以及車輪踏面擦傷、剝離等輪軌表面的不連續性而引起的垂直激勵而產生的非連續性振動并輻射的噪聲。尖叫噪聲主要是列車通過小半徑曲線時，車軸不能處于曲線的徑向位置，引起車輪沿著鋼軌滾動時橫向滑過軌頭，產生輪軌接觸面的粘著和空轉，引起車輪共振，產生強的窄頻帶的噪聲。研究表明[3]，隨著列車運行速度V 的變化，軌道交通中起主要作用的噪聲源也隨之變化，其大概對應關系如圖1 所示。城市軌道交通列車運行速度一般在60～80km/h，故相應的主噪聲源為輪軌噪聲。因此，有效分析輪軌噪聲產生的機理是找到城市軌道交通減振降噪的關鍵。
3．城市軌道交通振動與噪聲的評價
3.1 振動評價
描述振動的物理量為頻率和振幅。對人體來說，能感知的振動頻率范圍是1～1000Hz。對于環境振動，人們所關心的是人體反應特別敏感的1～80 振動，這主要是由于人體的各種
組織器官的共振頻率集中在這個范圍。振動會對結構、設備及周圍建筑物造成損害，同時對人體身心產生不利影響。評價一種振動對人體的影響，一般與振動的頻率、振動加速度大小、暴露振動下的時間長短和振動方向有關。根據振動強弱對人體的影響，大致有四種情況：（1）振動的“感覺閾”；（2）振動的“不舒適閾”；(3)振動的“疲勞閾”；（4）振動的“危險閾”。1988年，我國根據實際情況制定實施了《城市區域環境振動標準》（GB10070－88）[4]，對城市各類區域鉛垂方向振動允許標準規定如表1 所示。
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