軌道吸音板在北京地鐵工程中的設計與應用

劉　瑋

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

Application and Test of Track Acoustical Slab in Beijing Subway Engineering

LIU Wei

軌道吸音板在北京地鐵工程中的設計與應用

劉瑋

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055)

Application and Test of Track Acoustical Slab in Beijing Subway Engineering

LIU Wei

摘要軌道吸音板由優質低堿普通硅酸鹽水泥、吸聲陶粒等固結而成，一般放置于軌枕或整體道床上，直接吸收輪軌一次噪聲。結合北京地鐵工程情況，介紹軌道吸音板的結構特點、降噪機理，并對降噪值進行理論預測分析。通車后隧道內現場測試表明，降噪效果可達3 dB(A)以上。

關鍵詞吸音板軌道降噪

近年來，我國大力發展城市軌道交通建設，線路里程不斷延長，客流量不斷增大，地鐵已成為我國各大城市的重要交通方式。由于列車車輪、鋼軌表面傷損及軌道結構不平順的影響，城市軌道交通車輛運行將不可避免地產生振動和噪聲，直接影響旅客乘車的舒適性。創造低噪聲的乘車環境，建立“以人為本”的環境友好型地鐵已成為軌道交通建設發展的必然趨勢。為適應地鐵行車密度大、維修時間短的特點，軌道吸音產品不僅要保證降噪效果，還應具有良好的耐久性。

軌道吸音板作為主型軌道吸音產品，目前已在德國、日本、韓國及香港等城市軌道交通中得到成功應用，降噪效果可達3.9～6.2 dB(A)。與城市軌道交通技術發達國家相比，我國尚無成熟的軌道吸音板產品，大多都在研究試驗階段。上海地鐵3號線雖然引進試鋪過德國吸音板，但并未規模采用。北京地鐵昌八聯絡線地下段約4.3 km梯形軌枕減振地段要求鋪設軌道吸音板，本文以此為工程依托，系統開展軌道吸音板的研制應用及降噪效果測試工作。

1軌道吸音板的結構特點

軌道吸音板是利用優質低堿普通硅酸鹽水泥作為粘接劑，將一定級配的吸聲陶粒固結而成的降噪結構。軌道吸音板不僅應具有較好的降噪效果，還應結合具體工程的特點，滿足使用安全，節能環保，便于實施安裝及拆卸維護的要求。北京地鐵軌道吸音板設計具有以下特點。

1.1　采用門形結構

軌道吸音板呈長方形，鋪設在梯形軌道道床上，沿軌道縱向排成縱列，每塊板長570 mm，板縫為30 mm。研究表明，在吸音材料與剛性壁之間留一定距離的空腔，可有效改善對低頻噪聲的吸聲性能，當腔深為入射聲波的1/4波長時，吸聲系數最大。因此，本次設計的軌道吸音板橫斷面設計為門形，底部采用凹槽結構，可有效提高降噪效果，節省原材料成本。門形結構的空腔也保證了足夠的排水空間(如圖1所示)。

圖1　梯形軌枕地段軌道吸音板的布置

1.2　增加結構強度

軌道吸音板鋪設于道床中間，必須滿足維修人員行走作業及緊急情況下人員疏散的要求。因此，軌道吸音板的設計強度一般不低于8 N/mm2。換軌現場試驗結果表明，軌道吸音板內布置玻璃纖維加強筋可防止換軌時鋼軌沖擊引起軌道吸音板碎裂，甚至折斷的現象。因此，本工程軌道吸音板通過設置玻璃纖維筋等措施對結構強度進行優化，其強度可以滿足運營及養護維修需要。

1.3　增強結構穩定性

為增強吸音板結構安裝后的穩定性，避免列車沖擊振動對結構的可能破壞，軌道吸音板四周設置有緩沖膠墊，可避免吸音板與鄰近結構的剛性接觸。緩沖膠墊填充軌道吸音板與道床間的縫隙，也可避免雜物掉入，有利于保證軌道結構的良好使用狀態。

2軌道吸音板的降噪機理及效果驗證

軌道吸音板放置于軌枕或整體道床上，利用聲學上的空腔共振和孔隙吸聲原理，直接吸收與其最接近的輪軌一次噪聲，達到降低輪軌噪聲的目的。輪軌噪聲聲波入射到采用多孔吸聲材料預制而成的吸音板板面后，沿著孔結構進入吸音板中，激發孔結構內部的空氣振動，空氣與孔壁摩擦產生熱傳導作用后，由于空氣的粘滯性，孔結構內將產生相應的粘滯阻力，使振動能(聲能)不斷轉化為熱能而消耗，從而使聲波衰減，達到降低輪軌噪聲的目的。

2.1　降噪值理論預測

聲波在地下隧道空間內輻射、傳播且不斷反射，由于直接聲源和反射聲源的疊加效應，噪音污染源難以消除。根據室內聲場的研究理論，軌道吸音板降噪值采用統計聲學和幾何聲學的方法進行預測。

設S為表面積，ā為平均吸音系數(比1小得多)，房間系數R按下式計算

設R1、R2分別為輪軌噪音聲源附近放置吸音板前后的房間常數，LW為輪軌噪音聲源的聲功率級，則距聲源r處相應的聲壓級分別為

放置軌道吸音板前后輪軌噪音聲源的聲壓級之差，即各點的吸聲降噪量為

可以看出，當測點不受直射聲影響時降噪量最大，該式可簡化為

設V為體積，混響時間T可按下式計算

代入前式得

根據北京地鐵8號線的實際工程條件，隧道壁吸音系數取0.06，吸音板吸音系數取0.9，吸音板表面積為1.2 m2，圓形盾構直徑為5.4 m，鋪設吸音板前后的混響時間及吸音板理論降噪量分別為

2.2　實測降噪效果

昌八聯絡線運營期間，選取工況相同(圓形盾構，梯形軌枕，車速72 km/h)的兩個斷面進行實車對比測試，測點分別布置于道心、道床表面及隧道壁上。不同位置處的噪聲測試對比結果見表1。

表1　各測點監測結果及插入損失計算　dB(A)

根據測試結果，鋪設軌道吸音板后，道心噪聲降低3.7 dB(A)，道床噪聲降低3.2 dB(A)，隧道洞壁噪聲降低3.9 dB(A)，不同位置處的噪聲插入損失值基本相同。由于理論預測的噪聲降低值僅考慮軌道吸音板上表面的降噪效果，忽略了側表面的降噪功能及軌道吸音板鋪設對噪音直射角度范圍的影響，因此，與理論預測值相比，實測噪聲降低值更大。噪聲插入損失值的1/3倍頻程如圖2～圖4所示。

圖2　道心測點插入損失值1/3倍頻程

圖3　道床測點插入損失值1/3倍頻程

圖4　隧道洞壁測點插入損失值1/3倍頻程

根據噪聲插入損失的1/3倍頻程分析，軌道吸音板的降噪效果在1 000 Hz左右達到最大值，不同位置的降噪頻域范圍略有差異，道心處軌道吸音板在200～315 Hz、630～3 000 Hz范圍降噪效果較為明顯，道床處及洞壁處軌道吸音板在200～400 Hz、630～20 000 Hz范圍有較顯著的降噪效果。總體上看，軌道吸音板降噪效果較好，北京地鐵軌道吸音板的設計應用是合理可靠的。

3結論

利用國際先進技術，并結合我國城市軌道交通的特點，軌道吸音板在北京地鐵工程中首次規模應用，現場使用效果良好，降噪效果可達3 dB(A)以上。軌道吸音板不僅可用于地下段的噪聲治理，也可配合聲屏障、高彈性扣件的使用，進一步降低高架線的噪聲輻射水平，避免噪聲對沿線居民正常生活的影響。隨著我國城市軌道交通建設的不斷發展，軌道吸音板具有良好的推廣前景。

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中圖分類號：U213

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)02-0106-03

作者簡介：劉瑋 (1983—)，2009 年畢業于北京交通大學道路與鐵道工程專業，碩士，工程師。

收稿日期：2015-01-12