地鐵車輛段上蓋開發中減振降噪措施應用綜述

徐會　唐揚

摘要：基于國內外對于地鐵上蓋物業減振降噪措施的研究進展，從振動和噪聲影響展開分析，以滿足國家環保標準及上蓋開發要求為目標，同時針對各種減振降噪措施進行對比分析，并通過已建成的應用實例對發展趨勢進行討論，可供類似工程參考和借鑒。

關鍵詞：地鐵車輛段；上蓋物業；噪聲；振動

中圖分類號：X593 文獻標識碼：A 文章編號：2095—672X（2016）06—0006—05

DOI：10.16647/j.cnki.en15-1369/X.2016.06.002

引言

2016年以來，我國迎來了城軌交通的告訴發展時期，各大城市紛紛加快了地鐵建設進程，而地鐵車輛段作為地鐵建設中集中使用土地面積最大的地塊，是具有配屬車輛的基本單位，并承擔了車輛的管理、保養、檢查等工作。對于土地資源日益緊缺的大中型城市而言，其占地面積較大，具有較大的上蓋物業開發利用價值。

目前已開發的地鐵車輛段的上蓋物業大致分為三種模式，分別為地毯模式、高架模式以及地下掩土模式。這三種模式主要由車輛段所處的空間位置決定，其中地毯模式中車輛段是位于地面，地下掩土模式中車輛段是位于地面以下，而在高架模式中車輛段則位于地面以上。目前在我國地鐵車輛段的上蓋物業開發中，地毯模式占據了主流地位，如香港將軍澳地鐵車輛基地上蓋物業、北京四惠車輛基地上蓋物業、杭州蜀山車輛段等。高架模式則應用較少，目前國內僅有南京地鐵大學城停車庫采取此模式，其將高架停車庫與周邊用地進行統一規劃與建設，成為我國高架開發模式的第一個建成案例。而地下掩土模式在國內尚無建成實例，其在國外具有一定應用，如英國的懷特鎮車輛段、日本光丘車輛段、新加坡的金泉車輛段等。

在車輛段周邊空間進行物業開發，挖掘其商業價值，可以為地鐵建設與運營提供充足的資金保障，也可以提高土地使用率以及社會效益。而車輛段內噪聲與振動對周邊產生的不利環境影響，已成為上蓋物業開發的重要制約因素。為了保證上蓋開發的環境質量，必須采取一定的減振降噪措施。因此，在我國大力發展城市軌道交通的形勢下，結合已建成鐵路交通建設的經驗，根據振動和噪聲的污染特性，因地制宜地尋求減振降噪效果較好、成本較為合理的措施，是當前亟待解決的問題。

1上蓋開發中車輛段振動與噪聲影響簡析

1.1振動影響

列車運行引起建筑物的振動屬于弱振，弱振不會引發結構安全問題，但會降低建筑物內人的居住舒適度，削弱建筑的適用屬性。地鐵車輛段對上蓋物業的振動影響相比一般軌道交通而言，其振動傳播存在一定差異，這些振動經道床、立柱等介質，傳輸至平臺上地面后引起了結構振動。總的來看，車輛段振動源主要有車輛動力系統振動、車輛與軌道結構動態作用、輪軌不平順等因素引起的軌道振動，這些振動主要通過軌道接觸傳遞到道床，然后通過道床傳遞到地基或隧道壁，再通過土壤傳播到建筑結構內部，在建筑物內產生振動和二次噪聲（固體傳聲），形成干擾。

近年來，國內外學者對于軌道交通引發的振動研究得到了一定突破。國外對這個問題研究較早，其中Fuiikake研究了由運行車輛引起的建筑物振動的發生原理、傳播規律以及其對周圍環境的影響。Anderson選擇在受到地鐵振動影響的兩幢建筑內部進行振動實測，發現較大的振動主要分布在5～50Hz頻域。Metrikine基于數值模擬，將地鐵隧道和土層分別概化為歐拉伯努利梁和彈性層狀介質，重點闡述了振動波在建筑體內部的傳播規律。與列車在地下軌道運行不同，地鐵列車進出車輛段時，上蓋物業位于其上方，地鐵運行引起的振動波缺少了在土層中傳播的衰減過程，其通過道床、立柱和平臺直接傳播至上方構筑，此時上蓋建筑物振動特性與地鐵列車在地下軌道運行引起周邊建筑物振動特性差異很大。

在國內研究中，大多集中在列車運行對周邊建筑物振動影響分析，在此基礎上，謝偉平等人基于弱振情況，改善有限元模型構建和荷載輸入方法，發現地鐵列車進出車輛段時，高頻占據了引起上蓋建筑物的振動的主要頻域，列車振動的荷載屬性也在一定程度上影響建筑內振動的頻域分布；同時，建筑內樓板跨中各方向振級沿高度方向的變化存在一定差異，整體看來，在水平方向振級隨樓層的增大而增加，而鉛垂向Z振級隨著樓層的上升先減小后增大。

1.2噪聲影響

車輛段的噪聲特性主要取決于其功能定位。一般情況，車輛段的噪聲主要源自列車出入噪聲、檢修作業噪聲、設備維護噪聲以及試車產生噪聲等。同時，地鐵上蓋受振動影響而產生的二次結構噪聲也是上蓋開發中噪聲影響的主要內容，如列車出入所產生的振動導致的結構噪聲，乃至檢修庫中的吊車運行也會導致較為明顯的結構噪聲。

康波建立了地鐵列車與結構振動噪聲分析模型，預測出列車運行速度對建筑物室內二次結構噪聲影響顯著，其室內聲壓級隨著列車速度提高而顯著增加。英國與法國研究機構將地鐵沿線建筑物內部二次結構噪聲影響預測值與實測值進行交叉驗證，發現建筑物底層的二次結構噪聲與地板振動存在良好的線性相關，但對其他樓層的線性關系并不明顯。Welk-erJG經過分析指出，地鐵的二次結構噪聲頻域主要在20～200Hz，而峰值一般出現在50～80Hz，相應的聲級范圍則為35～45dB；而國際標準化組織則指出建筑物二次結構噪聲的峰值頻域在16～250Hz。北京地鐵復興門至西單區間的列車通過時，周邊建筑內一層地面的二次結構噪聲頻域為5～250Hz，其實測聲級范圍為42～48dB（A）。

2上蓋開發中車輛段減振降噪措施概述

目前我國尚無具體軌道交通減振降噪的國家標準與設計規范，只能通過地鐵建設的相關規范進行設計。根據《地鐵設計規范》（GB50157-2013）要求，減振軌道結構應按《項目環境影響評價報告書》確定減振位置及等級；采取減振工程措施時，應當充分保證軌道結構的強度、光滑與穩定性。

根據已建成的城市軌道交通項目，其減振降噪措施主要有：輪軌接觸表面光滑度控制、車輪噪聲控制、軌道噪聲控制以及屏蔽噪聲源。由于鋼軌是噪聲與振動傳播過程中的主要輻射體，所以針對抑制鋼軌振動、減小鋼軌振動加速度和頻率這幾個方面尋求措施，可有效地減振降噪。本文簡單介紹以下幾種措施。

（1）打磨鋼軌表面。鋼軌頂面的粗糙度直接導致輪軌系統相互干擾，是引起鋼軌振動及產生二次結構噪聲的主因。對鋼軌表面進行打磨，是使得鋼軌表面變得光滑從而達到減振降噪效果的最有效的方法。

（2）采用重型鋼軌。列車運行而產生的振動隨著其垂向剛度的增加而降低，重型鋼軌可以有效抑制鋼軌的垂向振動；同時重型鋼軌壽命周期長，穩定性能和抗振性能均較為良好。

（3）減小鋼軌截面尺寸。降低鋼軌高度可減少鋼軌的垂向振動輻射，降低鋼軌的寬度則能夠減少鋼軌橫向的振動輻射。

（4）采用阻尼鋼軌。由于鋼軌腹板的厚度較薄，阻尼軌可以明顯減輕鋼軌腰部的振動，從而降低了噪聲影響。

（5）采用埋入式軌道。埋軌道是指由軌道上的彈性體進入混凝土軌道槽，并通過隔振阻尼材料將鋼軌和鋼軌的底部部位埋在臥鋪板中。埋深可至軌頭下部，通過彈性變形改善減振降噪效果。其特征是將輪軌的振動能量轉化為熱能，通過吸收此熱能可達到降低輪軌噪聲的目的，此方案處理后的軌道噪聲可有效降低4～5dB。

（6）采用剛度合適的軌道墊板。由于鋼軌的振動傳播相對自由，所以產生的噪聲較大。柔軟的墊板可削弱鋼軌與軌枕的藕合作用，從而降低軌枕產生的噪聲，因此可選擇剛度合適的墊板，使得軌枕的噪聲與鋼軌的噪聲處于相同水平級。

（7）采用軌道減震器扣件或彈性扣件。軌道減振器扣件為三階減振的全彈性分開式扣件，它由金屬承軌板、底座以及橡膠圈經硫化工藝組合而成。柔性扣件將橡膠粘在沖壓成型的鋼軌底與鋼軌之間，并在軌座下的上板與底板之間設置減振器，以削弱上板的橫向運動。

（8）采用彈性支承軌道結構。將彈性優良的膠墊設置在枕下，并在縱向和橫向也提供一定的橡膠墊彈性，此方案對振動與噪聲具有較好的抑制作用。

3應用案例

3.1長沙地鐵黃興車輛段上蓋物業開發軌道減振降噪措施

黃興車輛段配屬于長沙軌道交通2號線工程，位于長沙軌道交通2號線東端，通過出入段線在光達站接軌，承擔2號線車輛的運用、檢修作業及綜合維修任務。針對黃興車輛段上蓋物業開發的軌道減振降噪問題，因地制宜地采用不同減振降噪措施。

對于列車運行產生的振動，庫內線因為速度低，振動小，主要采取扣件底設置熱塑聚酯高彈墊板來進行減振；對于出入線、試車線、庫外線，由于此類項目均為碎石道床，主要通過在道砟下設置減振道砟墊來達到減振目的。對于小半徑地段輪軌摩擦嘯叫聲，采用迷宮式約束阻尼鋼軌降噪，適用于出入線、庫外線曲線地段。對于列車經過鋼軌接頭時產生的振動和“咣當”聲，采用減振接頭夾板來消減振動噪聲，適用于庫內線、庫外線及道岔區不焊接長鋼軌地段。

3.2深圳地鐵塘朗車輛段上蓋物業開發軌道減振降噪措施

塘朗車輛段主要承擔深圳地鐵5號線配屬車輛的停休、檢查、整備工作以及全線配屬車輛檢修和管理任務。基于其軌道振動和噪聲的污染源及模擬預測成果，對塘朗車輛段地提出針對性地車輛段軌道減振降噪措施。

試車線采用道砟墊方案，該道砟墊為產自德國的卡棱貝格質量彈簧系統，由三元異丙膠和氯丁膠等天然橡膠及合成橡膠制成，將其鋪設在碎石道床下可作為軌道的彈性支撐。其優勢是有著良好的采用面支承，耐水、耐磨、耐老化性能，經測試表明，其在30～250Hz頻域范圍內碎石道床減振效果較好，降噪可達10～15dB。對于庫內外整體道床及檢查坑地段，項目采用高彈墊板彈性分開式扣件或高彈性減振扣件方案，減振降噪效果十分明顯。

二次結構噪聲可通過上述減振措施來降低，但以空氣動力、輔助設備噪聲、輪軌系統為主的一次噪聲只能通過降噪措施來解決。依據環評階段的噪聲監測結果，明確了車輛段內一次噪聲敏感地段以及噪聲超標程度，采取全天候道床吸音板、迷宮式約束阻尼鋼軌、以及聲屏障等降噪方案。其中，試車線與道岔區采用全天候道床吸音板方案，急彎地段采用迷宮式約束阻尼鋼軌方案。

4對我國上蓋開發車輛段振降噪技術進一步發展的建議

盡管塘朗車輛段與黃興車輛段在上蓋物業開發中均采取了較為先進的減振降噪措施，但根據社會報道及公眾調查，居民的實際居住體驗并不理想。我國步入城市軌道交通建設較晚，技術和政策方面還需進一步完善，針對國內已建成的車輛段減振降噪措施的應用現狀，筆者有以下幾點建議：

（1）健全減振降噪的控制體制，推進和完善振動與噪聲控制的標準與技術規范的制定工作。

（2）對于有上蓋開發的車輛段，根據減振降噪的要求，比較各類措施的應用效果、措施投資、壽命年限等因素，并對道床及基礎類型進行綜合技術經濟分析，因地制宜地制定減振降噪措施。

（3）加強同類工程的基礎材料采集，建立地鐵上蓋減震降噪的相關數據庫。詳細記錄上蓋物業建設過程中規劃、設計與施工情況，并通過材料與數據累積逐漸形成一體化的系統解決方案。

（4）新建車輛段上蓋物業應從全局出發，充分考慮交通和環境的協調性，做到因地制宜、統籌兼顧，對防振要求較高的建筑，如文物保護建筑、精密儀器實驗室等，線路應盡可能避讓或考慮建筑物整體遷移。

（5）不斷探索減振器、隔聲屏等新技術和新材料的開發，積極借鑒國內外在機械、車輛、船舶、航空等領域運用成熟的減振降噪技術，大力自主開發減振降噪核心技術及周邊產品。

5總結

上蓋開發中的車輛段減振降噪措施是一項綜合性系統課題，涉及環保、建筑、城市規劃、新型材料等多領域成果，國內的上蓋物業建設尚處于初步發展階段，相應的減振降噪措施還處在研究探索、試驗及逐步完善階段。結合國內已建成的工程實例，總結出一些車輛段振動與噪聲的控制技術，以供今后的車輛段上蓋開發項目或類似項目進行參考。今后，我國應當從車輛、軌道結構、振動噪音傳播等角度出發，對上蓋開發中涉及到的車輛段減振降噪技術進行更加深入的研究，并積極創新，使車輛段運營對上蓋物業產生的振動和噪聲影響得到根本解決。