城市軌道交通沿線居民小區(qū)噪聲控制技術(shù)研究

李曉林

摘 要：針對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)中軌道沿線居民小區(qū)的噪聲污染問(wèn)題，提出了抑制噪聲發(fā)射源和切斷噪聲的傳輸途徑兩大問(wèn)題解決的思路，并具體化了噪聲控制工程設(shè)計(jì)流程。重點(diǎn)研究了城市軌道交通噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理及城市軌道交通噪聲的控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：軌道交通 振動(dòng) 傳輸途徑 噪聲控制

中圖分類號(hào)：TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（a）-0017-02

Abstract： Aiming at the problem of noise pollution in the residential area along the track in the urban rail transit system， this paper puts forward two ideas to solve the problem of noise transmission and cutting noise. And specificized the noise control engineering design process. This paper focuses on the mechanism of the noise source of urban rail transit and the control technology of urban rail transit noise.

Key Words：Rail transit；Vibration；Transmission path；Noise control

1 城市軌道交通噪聲概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)形勢(shì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的城市化進(jìn)程進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，城市的市區(qū)面積不斷擴(kuò)大，人口快速增加，百萬(wàn)以上人口的城市目前已經(jīng)超過(guò)140座，在有限的空間內(nèi)容納如此多的人口，必然導(dǎo)致城市交通形勢(shì)的嚴(yán)峻化。城市軌道交通是我國(guó)城市交通體系中必不可少的重要環(huán)節(jié)，發(fā)展完善的城市軌道交通系統(tǒng)有助于城市形成多層次、立體化、智能化的現(xiàn)代交通體系，促進(jìn)土地開(kāi)發(fā)利用的有效化。但城市軌道交通的發(fā)展過(guò)程中也伴隨了許多的問(wèn)題，其中城市軌道交通系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲污染影響了城市軌道交通沿線居民住宅區(qū)中居民的正常生活，由此導(dǎo)致的投訴等活動(dòng)在部分程度上抑制了城軌交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性。因此，研究城市軌道交通沿線居民住宅區(qū)噪聲控制技術(shù)對(duì)城市軌道交通的現(xiàn)代化和諧發(fā)展具有重要意義。

城市軌道交通噪聲由多方面因源產(chǎn)生，相應(yīng)其處理及抑制措施也是多方面的。總體上，城市軌道交通系統(tǒng)的噪聲傳播由三大要素組成，分別為噪聲發(fā)生源、噪聲的傳輸途徑和噪聲的敏感對(duì)象。城市軌道交通沿線居民小區(qū)的人群為典型的噪聲敏感對(duì)象，但顯然不能要求居民小區(qū)的人群提高噪聲承受能力，因此研究城市軌道交通沿線居民小區(qū)的噪聲控制應(yīng)當(dāng)從兩個(gè)方面考慮，即噪聲發(fā)生源的抑制及噪聲傳輸途徑的切斷。

2 城市軌道交通噪聲發(fā)生源的產(chǎn)生機(jī)理

分析城市軌道交通噪聲發(fā)生源產(chǎn)生的機(jī)理，是研究噪聲發(fā)生源的抑制及噪聲傳輸途徑切斷方法的前提條件。城市軌道交通系統(tǒng)的典型噪聲發(fā)生源包括：輪軌噪聲、動(dòng)力系統(tǒng)噪聲、制動(dòng)系統(tǒng)噪聲、特定結(jié)構(gòu)噪聲、氣動(dòng)噪聲及接觸網(wǎng)噪聲等。

2.1 輪軌噪聲

主要由車輪踏面和鋼軌表面間的結(jié)構(gòu)不平衡引發(fā)。這是因?yàn)檐囕喬っ婕颁撥壉砻婢皇墙^對(duì)平滑，而是存在粗糙、凸凹不平等原生性加工不平，并且在長(zhǎng)期運(yùn)行中存在表面?zhèn)邸Ｓ纱藢?dǎo)致列車在鋼軌上的運(yùn)行軌跡不是單純的滾動(dòng)，而在滾動(dòng)的同時(shí)在微小范圍內(nèi)產(chǎn)生跳動(dòng)，造成輪間出現(xiàn)一定強(qiáng)度的沖擊，進(jìn)而使鋼軌和車輪產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)而發(fā)出噪聲，通過(guò)空氣等介質(zhì)向外界輻射聲波。輪軌噪聲是城市軌道交通系統(tǒng)的主要噪聲源之一。

2.2 動(dòng)力系統(tǒng)噪聲

主要來(lái)自列車上的牽引電（動(dòng)）機(jī)、氣體壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)及齒輪箱等設(shè)備，在上述設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生一定程度的動(dòng)力噪聲，該類噪聲的強(qiáng)弱取決于列車本身的性能好壞。動(dòng)力系統(tǒng)噪聲是城市軌道交通系統(tǒng)的主要噪聲源之一。

2.3 非動(dòng)力系統(tǒng)噪聲

主要由制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生。一方面，制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)施制動(dòng)過(guò)程中，閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間摩擦，產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)將激發(fā)制動(dòng)盤(pán)等各制動(dòng)系統(tǒng)部件產(chǎn)生自激發(fā)振動(dòng)，生成噪聲發(fā)生源；另一方面，列車運(yùn)行過(guò)程中，存在間隙的制動(dòng)懸掛連接件之間相互撞擊產(chǎn)生碰撞噪聲。

2.4 特定結(jié)構(gòu)噪聲

城市軌道交通系統(tǒng)通常運(yùn)行于地下、地面及高架結(jié)構(gòu)三種線路結(jié)構(gòu)。其中運(yùn)行于地下及高架線路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的特定結(jié)構(gòu)噪聲。列車在地下行駛過(guò)程中，列車系統(tǒng)和軌道的振動(dòng)會(huì)激起地下隧道的振動(dòng)，引起地下隧道附近一定范圍內(nèi)的建筑物出現(xiàn)振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致噪聲源對(duì)建筑物內(nèi)部空間的次生輻射問(wèn)題，同時(shí)列車在地下隧道高速行駛過(guò)程中，由于隧道的封閉性及狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，會(huì)生成高強(qiáng)度的活塞風(fēng)噪聲源。列車在高架橋（路）結(jié)構(gòu)上行駛的過(guò)程中，會(huì)激發(fā)該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，向線路周邊的建筑物輻射噪聲。

上述四大噪聲分量構(gòu)成了城市軌道交通噪聲的主要來(lái)源。此外，城市軌道交通系統(tǒng)的噪聲來(lái)源還包括氣動(dòng)噪聲及接觸網(wǎng)噪聲，但這兩個(gè)噪聲分量通常較低。

若已知各噪聲分量的強(qiáng)度，可以采用下式計(jì)算噪聲合成：

式中，L為列車通過(guò)時(shí)的綜合噪聲，LR為輪軌噪聲，LS為動(dòng)力系統(tǒng)噪聲，LP為制動(dòng)系統(tǒng)噪聲，LA為特性結(jié)構(gòu)噪聲。

3 城市軌道交通噪聲的危害及其控制技術(shù)

在城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，針對(duì)城市軌道交通沿線居民小區(qū)的噪聲控制是必須解決的問(wèn)題。這是因?yàn)樵肼暭?jí)越高，對(duì)居民的危害性越大，即便噪聲級(jí)較低，雖然不能直接危害居民的健康，但仍然會(huì)影響和干擾居民的正常活動(dòng)。噪聲對(duì)居民的危害主要表現(xiàn)在：造成居民的聽(tīng)覺(jué)疲勞或聽(tīng)力損傷；影響居民的身體健康；擾亂睡眠；對(duì)兒童學(xué)習(xí)造成不良影響，總之，噪聲極大地影響居民們的工作和正常生活。噪聲控制的基本程序應(yīng)從噪聲源特性調(diào)查入手，通過(guò)傳輸途徑的分析、軌道交通沿線居民調(diào)查、確定降噪量等步驟，確定噪聲控制工程最佳方案并進(jìn)行實(shí)施，工程結(jié)束后對(duì)噪聲控制工程進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果決定是交付工程還是返工。

該文重點(diǎn)研究降噪量確定后控制方案的制定。城市軌道交通沿線居民小區(qū)的噪聲控制應(yīng)當(dāng)從兩個(gè)方面考慮，即噪聲源的抑制及切斷噪聲的傳輸途徑。

3.1 噪聲源的抑制

對(duì)于輪軌噪聲源發(fā)生強(qiáng)度的抑制，需要采用優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)的方法，減少受激振動(dòng)源，以降低輪軌噪聲強(qiáng)度。此外，還可以采用振動(dòng)分析的方法預(yù)測(cè)軌道結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)，從而修改軌道結(jié)構(gòu)來(lái)抑制振動(dòng)噪聲源。對(duì)于車輛設(shè)備中的噪聲發(fā)生源，需要降低車輛的總重，從減小車輪與軌道間的作用力的角度來(lái)降低噪聲，另一方面，對(duì)于車輪，可以采用柔性車輪處理技術(shù)進(jìn)行處理，包括彈性車輪等技術(shù)，以便于吸收和衰減車輪噪聲發(fā)生源的強(qiáng)度。對(duì)于列車的動(dòng)力系統(tǒng)，可以采用直線電機(jī)牽引使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，省去部分相關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)而從根源上減少噪聲發(fā)生源的強(qiáng)度。在軌道結(jié)構(gòu)方面，可以利用徑向轉(zhuǎn)向架消除列車運(yùn)行在曲線上時(shí)產(chǎn)生的高頻聲音。

對(duì)于隧道和高架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)生成噪聲發(fā)射源，需要進(jìn)行特殊處理。地下隧道近區(qū)內(nèi)建筑物的地基處可以設(shè)置彈性裝置來(lái)降低振動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)于隔震穩(wěn)定性要求很高的建筑物，如光學(xué)傳遞函數(shù)實(shí)驗(yàn)室等，應(yīng)使軌道交通線路應(yīng)盡可能繞避建筑物，若實(shí)在無(wú)法實(shí)現(xiàn)則需要遷移建筑物。高架橋建立采用混凝土構(gòu)成的梁，盡量少采用金屬材質(zhì)的梁。在集電系統(tǒng)方面，合理評(píng)估需要安裝集電弓的數(shù)量，去除不必要的集電弓并安裝外罩。

3.2 切斷噪聲的傳輸途徑

城市軌道交通噪聲傳輸?shù)闹饕緩绞菤怏w和部分固體，其中主要為空氣。切斷噪聲傳輸途徑的基本原則是在噪聲發(fā)生源和噪聲敏感對(duì)象之間設(shè)置障礙物以屏蔽聲波的直線傳輸，使噪聲敏感對(duì)象只接受透射或繞射而來(lái)的聲波，同時(shí)，固體材料形成屏障本身均具有一定吸音性能，可以使傳輸途徑中聲波消耗能量，進(jìn)而降低噪聲敏感對(duì)象處的聲能強(qiáng)度。具體可采用的措施包括：在城市軌道兩側(cè)設(shè)置聲波隔離屏障。可利用軌道沿線的各種非功能性建筑物作為聲波隔離屏障，也可以專門設(shè)計(jì)隔離音墻來(lái)有效控制聲波的透射和繞射，隔音墻的具體設(shè)計(jì)可以依據(jù)國(guó)家有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，可以在線路兩側(cè)種植高密度林木，形成消聲屏障。

4 結(jié)語(yǔ)

軌道交通具有高運(yùn)力、低污染、低誤時(shí)率、不堵車等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)城市交通體系發(fā)展的重點(diǎn)。但隨著我國(guó)城市軌道交通規(guī)模的高速發(fā)展，軌道交通的噪聲污染問(wèn)題日漸成為城市環(huán)境污染的突出因素之一，由此導(dǎo)致的投訴及法律糾紛甚至?xí)绊懗鞘熊壍澜煌ǖ陌l(fā)展進(jìn)程。該文研究了城市軌道交通沿線居民住宅區(qū)噪聲控制技術(shù)，對(duì)城市軌道交通的綠色現(xiàn)代化和諧發(fā)展具有重要意義。

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