道床結構對地鐵車輛車內噪聲的影響分析

黃興虎 劉宗財 郭建強

摘要：通過對國內某地鐵線路，在實際運行線路下地鐵車內噪聲進行測試，對比不同道床結構對應的車內噪聲的差異性，研究車內噪聲與道床類型之間的關系。結果表明，一般減振道床對應車內噪聲比中等減振道床對應車內噪聲高出2-3dB（A），并在630Hz出現突出的峰值，對車內噪聲影響較為明顯。

關鍵詞：道床結構;地鐵車輛;車內噪聲

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.05.090

0引言

隨著城市規模的不斷擴大，城市內的交通運輸壓力越來越成為凸顯的問題，而地鐵車輛具有快速起停、旅客承載量大、安全準時、能耗低等諸多優勢，為有效解決該問題提供了可行方法。因此，越來越多的城市選擇建設城市地下交通系統來緩解城市的擁堵。但是，地鐵運營在給人們帶來出行便利的同時，也帶來了一定程度的噪聲污染、振動污染等問題，為減少振動對周圍環境的影響，尤其是對醫院、學校、居民住宅、古建筑等重要地段，在道路的設計施工時會選擇采用多種形式的道床結構分段鋪設來減少車輛運行時產生的振動對周圍環境的影響。研究表明，地鐵車輛的噪聲主要來自輪軌噪聲，輪軌噪聲受到車輛運行速度、道床類型影響較為明顯，而輪軌噪聲的大小與速度的3次方成正比。車輛與道床的不同結構的噪聲對輪軌噪聲的貢獻頻率也各不相同，其中軌枕產生的噪聲主要在400Hz以下，鋼軌產生的噪聲主要在500Hz～1000Hz頻段范圍內，而車輪噪聲主要分布在1250Hz以上;由于地鐵車輛車內噪聲主要集中在1000Hz以下頻段峰值相對突出，因此加強道床結構對車輛噪聲的影響十分必要，有助于控制中、低頻噪聲對車內噪聲的影響。本文以國內某地鐵為研究對象，測試分析車輛經過不同道床時車內噪聲的變化情況，研究車內噪聲與道床類型之間的關系，為車輛結構的設計與優化提供參考。

1常見的軌道結構

國內的城市軌道交通系統大多在地下建設，因此較多采用無砟形式的道床結構。目前，國內外針對無砟軌道道床結構的減振措施主要采用彈性扣件減振軌道結構、彈性支撐塊軌道結構、浮置型梯子式軌道以及浮置板軌道結構等。

彈性扣件連接鋼軌和軌下結構，可以有效的減少振動，常見的彈性扣件有：WJ-2型扣件，最大承載橫向力40KN，上海軌道1號線、3號線、9號線等部分區段采用了這種扣減;軌道減振器扣件，由德國研制，外形呈蛋型且最早應用于克隆地鐵，又稱為科隆蛋扣件，上海、廣州地鐵部分線路采用了該類型扣件，效果較為顯著;粘結型板式扣件，由彈性材料將不同部件粘結在一起，通過壓縮變形匹配剛度，可設計不同剛度范圍;高彈性墊板扣件，扣件內采用彈性墊板，結構方便安裝;另外還要雙層墊板彈性扣件以及vanguard扣件。

彈性支撐塊軌道結構，由彈性支撐塊、道床板、混凝土底座以及相關扣件組成，具有雙層彈性橡膠墊板，可以根據設計要求，對不同墊板的剛度進行調整和匹配，保證軌道在不同方向的彈性變形和剛度要求，因此可以有效的減振車輛振動對周圍環境的影響，上海、北京、廣州地鐵等線路已經廣泛應用。

浮置型梯子式軌道結構，由混凝土縱梁和左右縱梁之間的鋼制橫向彈性連接件組成“梯子式”的一體化結構，并在縱向輕軌之間進行減振支撐，該軌道結構由于重量小，維護方便等特點主要用于在城市軌道的高架橋。

浮置板軌道結構，主要由鋼筋混凝土浮置板、彈性支座、混凝土底座以及相關扣件組成的質量-彈性隔振整體結構，通過扣件將鋼軌和鋼筋混凝土浮置板連接，將浮置板安置在彈性支座上并在兩側用彈性材料連接固定的結構形式，可用于有砟、無砟軌道，具有高降噪性能、過程造價低等優點，在上海1號線、9號線得到應用。

不同的道床結構具有各自的特點，為對比分析不同道床結構對車內噪聲的影響，選取國內某地鐵線路，測試運行狀態下車內噪聲，研究車內噪聲與道床類型之間的關系。

2線路試驗測試

選取1車位研究對象，測試運行狀態下的車內噪聲，按照標準《GB 14892-2006 城市軌道交通列車噪聲限值和測量方法》的要求，沿著1車車體中軸線，分別在1車的客室前部、中部、后部布置噪聲測點，測點高度距離地板1.2m，方向朝上。

試驗測試設備選用B&K的數據采集系統，包括數據采集板卡、B&K麥克風傳感器以及專用的傳感器連接線，所用設備均在鑒定校準周期范圍內，可以保證試驗數據的真實有效。

實驗測試在正常運行的線路上進行，車輛狀態及線路條件均滿足標準相關要求。實驗測試過程中，測試車廂內處測試人員外，無其他人員，同時車輛的設備均處于正常開啟狀態，所有車門均處于關緊狀態。數據采集過程中，避免鳴笛、制動以及通話等異常因素的影響。分別測試70km/h、90km/h、100km/h車內噪聲。試驗現場照片如圖1所示 。

3試驗結果分析

實際運行線路由于受到線路條件的影響，運行速度存在一定的波動，車內外噪聲也存在一定的變化，為更有效的研究車內噪聲與軌道條件之間的相關性，結合線路軌道的道床類型，選取一般減振道床和中等減振道床兩種類型對應的不同速度下車內噪聲為研究對象，結果如表1所示。

由表1中的數據可以看出，相同速度下，同一測點的車內噪聲，一般減振道床對應的車內噪聲明顯高出中等減振道床，約2-3dB（A）。客室中部的測點相對客室端部的噪聲聲壓級較小，約3～4dB（A）。隨著速度的增加，車內噪聲逐漸增大;一般減振道床和中等減振道床兩者的變化趨勢基本一致，且車內噪聲的變化值與速度的變化值之間基本滿足輪軌噪聲與速度之間的變化關系的計算公式，即：Lp1-Lp2=33log（V1/V2）的變化規律，其中，Lp1為速度為V1時的聲壓級，Lp2為速度為V2時的聲壓級。分析其原因，由于地鐵車輛在明線運行，且速度較低（200km/h以下），氣動噪聲對車內噪聲影響較小，車內噪聲主要受輪軌噪聲的影響。

對比分析相同速度下車內不同測點的噪聲頻譜曲線，如圖2所示，可以看出車內不同測點的噪聲，測點2的噪聲相對測點1和測點3聲壓級要小，而且3個測點的噪聲頻譜均在500～1000Hz的頻段內出現峰值，噪聲能量相對突出，分析其主要原因，由于測點1和測點3在轉向架正上方，受輪軌噪聲影響較為明顯。

為進一步分析一般減振道床和中等減振道床對應車內噪聲的差異性，選取相同速度下測點2 在不同類型道床下運行時的車內噪聲，對比分析其頻譜曲線，如圖3所示，從圖中可以看出，相同速度下，一般減振道床對應的車內噪聲與中等減振道床對應的車內噪聲相比，在500-1000Hz的頻段范圍內幅值更加突出，并且在630Hz出現峰值頻率，對應的幅值比中等減振道床的車內噪聲高出8dB（A）。分析圖4中的頻譜曲線，對比不同速度下一般減振道床對應的車內噪聲變化規律可以看出，隨著速度的提高，一般減振道床對應的車內噪聲主要在500Hz以上的頻段呈現明顯的增大趨勢，不同頻段聲壓級增大的幅值基本為3-5dB（A）;而對比中等減振道床對應的車內噪聲的頻譜曲線，隨著速度的增加，車內噪聲的頻譜曲線整體上呈現向上 “平移”的變化趨勢，各個頻段內的噪聲幅值均有所增加。

分析其原因，主要由于車輛在不同的減振道床上運行時，由于道床的減振效率和作用頻段不同，對噪聲的降噪效果也有所差異，中等減振道床相對一般減振道床，對500-1000Hz頻段的噪聲尤其是630Hz頻段內的噪聲降噪效果明顯，而一般減振道床對低頻段的噪聲具有一定的抑制作用，具體的原因需要結合軌道的振動衰減測試再做進一步的分析。

4結論

本文通過對不同類型的道床結構的車內噪聲進行測試分析，研究車內噪聲與道床類型之間的關系，得到主要結論如下：

（1）對比噪聲聲壓級總值，相同速度下，一般減振道床對應的車內噪聲比中等減振道床的車內噪聲高出2-3dB（A）。

（2）對比噪聲頻率特性，一般減振道床的車內噪聲在500-1000Hz頻段范圍內較中等減振道床高，峰值相對突出，在630Hz出現突出峰值。

（3）不同類型的道床對不同頻段的聲音的衰減效果各不相同，需要根據線路特點，合理的設計道床的類型。

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