地鐵高架車站站廳層低頻結構噪聲的影響及對策

扈慧娜 俞泉瑜 侯建鑫 曾向榮

（1.西安市地下鐵道有限責任公司，710018，西安；2.安境邇（上海）科技有限公司，200030，上海∥第一作者，工程師）

高架地鐵線綜合減振降噪方面的研究已有很多，而地鐵高架車站站廳層的低頻結構噪聲問題目前仍被忽略。既無針對性的規(guī)范標準，也未查到公開的測試或研究成果。為此，通過對不同高架站站廳層的噪聲進行很多測試和分析，在噪聲量值、頻譜及與結構、軌道型式的關系等方面獲得了一些特性和規(guī)律。

1 部分地鐵高架站廳層的噪聲實測

對中國部分城市地鐵高架站廳層噪聲的測試統(tǒng)計見表1，背景噪聲及列車通過時的噪聲頻譜見圖1。無明顯干擾時的背景噪聲范圍約53～64 dB（A），耳感較為安靜；有干擾（乘客、廣播、驗票閘機蜂鳴及電梯語音提示等）時背景噪聲范圍約63～69 dB（A），低頻成份很少，耳感正常可接受。由此可知，人們對站廳層噪聲容忍程度相對較高，故站廳層噪聲之前較少受到關注。

由圖1可見：在軌道未采取減振措施的情況下，站橋一體式車站結構站廳層列車通過時段噪聲約為70～ 75 dB（A），低頻段（50～ 125 Hz）噪聲增量較大，受眾不適感較明顯，并對正常對話與交流產(chǎn)生干擾；站橋分離式車站結構站廳層列車通過時段噪聲約為65～69 dB（A），耳感尚可接受；采取了梯形軌枕等減振措施的站橋一體式車站站廳層的噪聲水平降低較多，主要是對低頻段二次結構噪聲形成了有效的抑制，基本與站橋分離式車站站廳的噪聲水平相當。

2 高架站廳層低頻結構噪聲主要影響因素

（1）車站結構型式。站橋一體式車站的軌道承載結構與車站框架結構為剛性連接，其振動傳遞衰減慢，參與振動的結構構件數(shù)量較多。結構部件振動水平較高，故相應產(chǎn)生的中低頻噪聲量值較大。站橋分離式車站的軌道承載結構為獨立的橋/墩結構，或在走行軌梁與車站框架結構之間設置了支座。這兩種型式都對振動的傳遞形成阻隔效應，使參與振動的構件數(shù)量大大減少，故相應產(chǎn)生的中低頻噪聲量值較小。

表1 中國部分地鐵高架線站廳層噪聲實測結果

圖1 部分高架地鐵車站站廳層背景噪聲及列車進出站噪聲頻譜

（2）軌道減振結構。軌道結構采取減振措施與否對站廳層二次結構噪聲水平影響較大。軌道減振措施，尤其是可提高軌道平順性的質(zhì)量彈簧隔振系統(tǒng)，可有效抑制結構構件的振動，從而對站廳層噪聲起到明顯的控制效果。由測試結果可知：站橋一體結構采用梯形軌枕減振軌道后，站廳層噪聲與站橋分離式車站相近，采用浮置板減振軌道效果更好，但相應需增加軌道結構高度，從而增加整個車站的高度及體量。

（3）車軌狀況及輪軌關系。車輛及軌道的使用狀況以及輪軌關系是否合理，也影響著輪軌振動的大小。從我國內(nèi)地及香港地鐵（較新的線路如馬鐵、西鐵等）的添乘體驗及表觀綜合狀態(tài)等方面的對比來看，我國內(nèi)地很多地鐵的車輛狀況、軌道平順性（軌道幾何狀態(tài)、鋼軌接頭、鋼軌表面質(zhì)量等）及維護保養(yǎng)狀態(tài)等均相對較差，故輪軌振動水平較高，相應引起的站廳層噪聲相對較大。這與我國內(nèi)地地鐵對車軌狀況及輪軌關系的忽視等有較大關系。

（4）特殊線路條件。車站范圍及兩端的小半徑曲線、道岔或鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，將會引起輪軌及車站結構振動水平的提高，從而增大站廳層的噪聲水平。

3 高架站廳層噪聲控制指標及限值

3.1 針對性不足的現(xiàn)行相關標準

目前，國內(nèi)與噪聲控制相關的標準主要包括GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》、JGJ/T 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》及GB 50118—2010《民用建筑隔聲設計規(guī)范》等。

GB 3096—2008主要是針對各類(室外)聲環(huán)境功能區(qū)制訂的噪聲限值標準（見表2），采用晝/夜間等效連續(xù)A聲級作為評價指標，因此并不太適用于地鐵站廳層的環(huán)境及噪聲工況，但其限值可作為站廳層噪聲控制標準的參考。

表2 GB 3096—2008的環(huán)境噪聲限值

JGJ/T 170—2009適用于列車運行引起沿線建筑物室內(nèi)振動及二次輻射噪聲的控制和測量.站廳層噪聲峰值也是由列車運行引起的，但因站廳層與線路的相對位置關系及使用環(huán)境和條件均與沿線建筑物有較大的差異，故站廳層的低頻噪聲水平達不到亦不必達到JGJ/T 170—2009的控制標準（見表3）。

表3 JGJ/T 170室內(nèi)二次輻射噪聲限值(16～200 Hz)

GB 50118—2010適用于新建及改擴建住宅、學校、醫(yī)院、旅館、辦公及商業(yè)等6類建筑主要用房的隔聲、吸聲、減噪設計。該規(guī)范中與站廳層環(huán)境較接近的商場、商店、購物中心、會展中心及走廊室內(nèi)允許噪聲級最大值為60 dB（A）（見表4）。這一限值對站廳層來說，不僅較難達到，也沒有必要。

表4 GB 50118—2010商業(yè)建筑室內(nèi)允許噪聲級

可見，上述標準的適用條件均與高架站廳層情況存在差異，難以直接引用為高架站廳層的噪聲控制標準。

3.2 據(jù)噪聲狀況及容忍度推薦的控制指標及限值

根據(jù)多個不同高架站廳層背景噪聲及列車運行噪聲實測及感受的初步對比，正常使用條件下的站廳層背景噪聲約63～69 dB（A），低頻成份很少，耳感可接受；列車通過時段噪聲若超過70 dB（A），且低頻段50～125 Hz噪聲增量較大，則受眾的不適感較明顯，正常對話與交流亦受干擾。

根據(jù)站廳層的正常工作條件、背景噪聲水平、列車通過時段噪聲特性及乘客和工作人員的接受度，推薦采用“列車通過時段等效A聲級”作為站廳層噪聲控制指標，高要求標準限值為65 dB（A）（或不大于背景噪聲），低限標準限值為70 dB（A）。

上述標準也借鑒了美國城市軌道交通環(huán)境影響評價標準中1/2類區(qū)及3類區(qū)“無影響”等級的噪聲最大值（分別為 65 dB（A）及 70 dB（A））。

4 高架站廳層低頻噪聲控制措施及建議

高架站廳層低頻結構噪聲的控制需針對新建線路和既有線路區(qū)別對待。

4.1 新建線路

根據(jù)前文所分析的高架站廳層結構噪聲的主要影響因素，噪聲控制措施主要從以下幾方面加以考慮。

4.1.1 車站結構降噪措施

盡量避免采用站橋一體式車站結構，盡量采用站橋分離式結構（見圖1a）），或采用減振支座將走行軌梁與車站結構分開（見圖1b）），盡量減少參與振動的結構構件，從而使站廳層的低頻結構噪聲得到有效控制。

4.1.2 軌道減振措施

軌道減振可有效阻隔輪軌振動向軌道下部基礎及周邊構件的傳遞，從而降低站廳層周邊的結構振動及相應產(chǎn)生的低頻結構噪聲。

軌道減振分為中等減振、高等減振及特殊減振3個等級。中等減振一般為扣件類減振，高等減振主要包括梯形軌枕及減振墊浮置板，特殊減振主要為鋼彈簧浮置板。

減振扣件軌道的固有頻率相對較高，對低頻結構噪聲的降噪效果相對較低。圖2為某高架地段減振扣件與普通扣件降噪效果實測對比。減振扣件的降噪效果為2.8 dB（A），有效降噪頻段為60～600 Hz。可見，減振扣件的降噪效果較為有限，故近年來將其用于高架站降噪的案例不多。

圖2 某高架地段減振扣件降噪效果實測對比頻譜曲線

梯形軌枕是國內(nèi)地鐵工程中應用廣泛的減振措施之一。梯形軌枕的減振降噪效果來自三個方面：①預制框架式軌道結構提供更高精度的軌道幾何狀態(tài)及平順性，使產(chǎn)生的振動源較低；②預制預應力縱梁可大幅度分散輪軌作用力并降低其峰值；③質(zhì)量彈簧能有效消減振動水平。

上海地鐵某高架橋梯形軌枕與普通軌道降噪實測效果對比見圖3。梯形軌枕綜合降噪效果可達到6 dB（A），有效降噪頻段為30～2 000 Hz。其中，80 Hz處的降噪效果達到15 dB（A），可見梯形軌枕對低頻結構噪聲具有較好的消減效果。梯形軌枕軌道結構高度及自重恒載與普通軌道一致，工程適應性好，施工速度也快，對降噪要求較高的高架站較為適用。

圖3 某高架橋梯形軌枕降噪效果實測對比頻譜曲線

鋼彈簧浮置板軌道的參振結構質(zhì)量大，固有頻率低，故其減振及降噪效果最好。但浮置板的軌道結構高度為650 mm，高于普通軌道或梯形軌枕軌道的結構高度520 mm。這將增加車站的結構體量和造價，故建議僅在降噪要求高的高架站使用。

除各類軌道減振措施之外，控制好鋼軌表面質(zhì)量、軌縫焊接質(zhì)量及維護狀態(tài)對降噪也至關重要。此外，若高架站范圍或兩端部位設有道岔，可考慮采用可動心軌道岔；若高架站范圍設有曲線，則曲線半徑宜盡量大。

4.1.3 結構吸聲隔聲措施

在站廳層的頂梁、頂板及側(cè)壁安裝吸聲隔聲板或噴涂吸聲隔聲材料，理論上也有助于吸收或阻隔一定的結構輻射噪聲。香港地鐵采取了類似措施（見圖4），但目前我國內(nèi)地尚缺乏更詳細的理論分析或?qū)崪y數(shù)據(jù)，需作進一步研究、試驗，逐步積累經(jīng)驗。

站廳層頂部及四周安裝吸聲隔聲板或材料需協(xié)調(diào)處理好與管線、設備、裝修等方面的空間位置關系。在新建車站站廳層可預留安裝吸聲隔聲板或材料的條件，運營期間再根據(jù)需要選擇是否安裝。

圖4 香港地鐵高架站廳層頂梁/板的吸聲隔聲板或材料

4.2 既有運營線路減振

部分已運營地鐵線路高架車站的站廳層低頻結構噪聲偏大，對乘客及車站工作人員的舒適性產(chǎn)生一定影響，存在整改需求。

站廳層低頻結構噪聲涉及到輪軌關系、軌道結構及車站結構等因素，在不影響既有線正常運營的前提下，主要通過適當?shù)能壍罍p振改造及輪軌關系維護管理等措施來控制。

4.2.1 軌道減振改造措施

在不停運條件下，無法將普通軌道拆除并更換為梯形軌枕及浮置板等減振軌道，僅可將軌道的普通扣件更換為減振扣件。普通扣件靜剛度一般為30～40 kN/mm，減振扣件靜剛度一般為8～20 kN/mm。根據(jù)實測，降噪效果約為2～4 dB（A）。

減振扣件的結構及尺寸需適應車站軌道結構等的限制，減振扣件的厚度、長度、寬度及安裝螺栓位置也應盡量與原普通扣件一致，零部件亦盡量考慮通用互換。目前國內(nèi)的減振扣件主要有先鋒 (浮軌式)扣件及分體嵌套式減振扣件（見圖5）。

4.2.2 輪軌關系維護管理措施

重點針對車輛走行部及軌道，通過良好的維護管理使輪軌關系達到相對較好的狀態(tài)，從而盡量降低輪軌振動源強，以降低站廳層低頻結構噪聲。具體措施主要有：加強對車輛車輪圓順度及踏面磨耗狀態(tài)的檢查及整修，加強對鋼軌表面質(zhì)量及軌道靜態(tài)及動態(tài)幾何狀態(tài)的檢查及維護，做好鋼軌預防性打磨，及時對不良軌縫及鋼軌傷損進行處理等。

圖5 適用于既有線改造用的兩種減振扣件

5 結語

本文對多個不同結構型式及軌道類型的地鐵高架車站站廳層噪聲進行了實測及調(diào)研。無列車通過時的背景噪聲約為53～69 dB（A），主要來自電梯、閘機、廣播及乘客等干擾因素。未采取任何軌道減振措施或僅采用扣件減振的站橋一體式高架站廳層在列車通過時的噪聲超過70 dB（A），對乘客及車站工作人員影響較大；采取了高等或特殊減振措施的高架站廳層列車通過時段噪聲約為65 dB（A），對乘客及車站工作人員影響不大。

高架站廳層背景噪聲即使超過相關標準限值，也能被乘客和工作人員接受，但列車通過時的噪聲因量值大、低頻成份多，需有所控制。在尚無針對性標準的情況下，推薦采用“列車通過時段等效A聲級”作為站廳層噪聲控制指標，其要求標準限值為65 dB（A）（或不大于背景噪聲），低限標準限值為70 dB（A）。

地鐵高架車站的站廳層低頻結構噪聲控制主要從車站結構、軌道減振、吸聲隔聲及輪軌關系維護管理等方面采取控制措施。

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［3］ 住房和城鄉(xiāng)建設部.JGJT 170—2009城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］ 住房和城鄉(xiāng)建設部.民用建筑隔聲設計規(guī)范：GB 50118—2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［5］ 上海申通軌道交通研究咨詢有限公司.分體嵌套式高彈扣件動力性能現(xiàn)場測試分析報告［R］.上海：上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，2013.

［6］ 上海申通軌道交通檢測認證有限公司.梯形軌枕動力性能現(xiàn)場測試分報告之二梯形軌枕振動測試報告［R］.上海：上海申通軌道交通檢測認證有限公司，2014.