道床結(jié)構(gòu)對(duì)地鐵車輛車內(nèi)噪聲的影響分析

黃興虎 劉宗財(cái) 郭建強(qiáng)

摘要：通過對(duì)國(guó)內(nèi)某地鐵線路，在實(shí)際運(yùn)行線路下地鐵車內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比不同道床結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲的差異性，研究車內(nèi)噪聲與道床類型之間的關(guān)系。結(jié)果表明，一般減振道床對(duì)應(yīng)車內(nèi)噪聲比中等減振道床對(duì)應(yīng)車內(nèi)噪聲高出2-3dB（A），并在630Hz出現(xiàn)突出的峰值，對(duì)車內(nèi)噪聲影響較為明顯。

關(guān)鍵詞：道床結(jié)構(gòu);地鐵車輛;車內(nèi)噪聲

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.05.090

0引言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市內(nèi)的交通運(yùn)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(zhǔn)時(shí)、能耗低等諸多優(yōu)勢(shì)，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(shè)城市地下交通系統(tǒng)來緩解城市的擁堵。但是，地鐵運(yùn)營(yíng)在給人們帶來出行便利的同時(shí)，也帶來了一定程度的噪聲污染、振動(dòng)污染等問題，為減少振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響，尤其是對(duì)醫(yī)院、學(xué)校、居民住宅、古建筑等重要地段，在道路的設(shè)計(jì)施工時(shí)會(huì)選擇采用多種形式的道床結(jié)構(gòu)分段鋪設(shè)來減少車輛運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)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(yùn)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(jié)構(gòu)的噪聲對(duì)輪軌噪聲的貢獻(xiàn)頻率也各不相同，其中軌枕產(chǎn)生的噪聲主要在400Hz以下，鋼軌產(chǎn)生的噪聲主要在500Hz～1000Hz頻段范圍內(nèi)，而車輪噪聲主要分布在1250Hz以上;由于地鐵車輛車內(nèi)噪聲主要集中在1000Hz以下頻段峰值相對(duì)突出，因此加強(qiáng)道床結(jié)構(gòu)對(duì)車輛噪聲的影響十分必要，有助于控制中、低頻噪聲對(duì)車內(nèi)噪聲的影響。本文以國(guó)內(nèi)某地鐵為研究對(duì)象，測(cè)試分析車輛經(jīng)過不同道床時(shí)車內(nèi)噪聲的變化情況，研究車內(nèi)噪聲與道床類型之間的關(guān)系，為車輛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。

1常見的軌道結(jié)構(gòu)

國(guó)內(nèi)的城市軌道交通系統(tǒng)大多在地下建設(shè)，因此較多采用無砟形式的道床結(jié)構(gòu)。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)無砟軌道道床結(jié)構(gòu)的減振措施主要采用彈性扣件減振軌道結(jié)構(gòu)、彈性支撐塊軌道結(jié)構(gòu)、浮置型梯子式軌道以及浮置板軌道結(jié)構(gòu)等。

彈性扣件連接鋼軌和軌下結(jié)構(gòu)，可以有效的減少振動(dòng)，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(hào)線、3號(hào)線、9號(hào)線等部分區(qū)段采用了這種扣減;軌道減振器扣件，由德國(guó)研制，外形呈蛋型且最早應(yīng)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(jié)型板式扣件，由彈性材料將不同部件粘結(jié)在一起，通過壓縮變形匹配剛度，可設(shè)計(jì)不同剛度范圍;高彈性墊板扣件，扣件內(nèi)采用彈性墊板，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，由彈性支撐塊、道床板、混凝土底座以及相關(guān)扣件組成，具有雙層彈性橡膠墊板，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)不同墊板的剛度進(jìn)行調(diào)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(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響，上海、北京、廣州地鐵等線路已經(jīng)廣泛應(yīng)用。

浮置型梯子式軌道結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，并在縱向輕軌之間進(jìn)行減振支撐，該軌道結(jié)構(gòu)由于重量小，維護(hù)方便等特點(diǎn)主要用于在城市軌道的高架橋。

浮置板軌道結(jié)構(gòu)，主要由鋼筋混凝土浮置板、彈性支座、混凝土底座以及相關(guān)扣件組成的質(zhì)量-彈性隔振整體結(jié)構(gòu)，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(cè)用彈性材料連接固定的結(jié)構(gòu)形式，可用于有砟、無砟軌道，具有高降噪性能、過程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在上海1號(hào)線、9號(hào)線得到應(yīng)用。

不同的道床結(jié)構(gòu)具有各自的特點(diǎn)，為對(duì)比分析不同道床結(jié)構(gòu)對(duì)車內(nèi)噪聲的影響，選取國(guó)內(nèi)某地鐵線路，測(cè)試運(yùn)行狀態(tài)下車內(nèi)噪聲，研究車內(nèi)噪聲與道床類型之間的關(guān)系。

2線路試驗(yàn)測(cè)試

選取1車位研究對(duì)象，測(cè)試運(yùn)行狀態(tài)下的車內(nèi)噪聲，按照標(biāo)準(zhǔn)《GB 14892-2006 城市軌道交通列車噪聲限值和測(cè)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(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)高度距離地板1.2m，方向朝上。

試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備選用B&K的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集板卡、B&K麥克風(fēng)傳感器以及專用的傳感器連接線，所用設(shè)備均在鑒定校準(zhǔn)周期范圍內(nèi)，可以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)有效。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試在正常運(yùn)行的線路上進(jìn)行，車輛狀態(tài)及線路條件均滿足標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中，測(cè)試車廂內(nèi)處測(cè)試人員外，無其他人員，同時(shí)車輛的設(shè)備均處于正常開啟狀態(tài)，所有車門均處于關(guān)緊狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集過程中，避免鳴笛、制動(dòng)以及通話等異常因素的影響。分別測(cè)試70km/h、90km/h、100km/h車內(nèi)噪聲。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示 。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)際運(yùn)行線路由于受到線路條件的影響，運(yùn)行速度存在一定的波動(dòng)，車內(nèi)外噪聲也存在一定的變化，為更有效的研究車內(nèi)噪聲與軌道條件之間的相關(guān)性，結(jié)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(duì)應(yīng)的不同速度下車內(nèi)噪聲為研究對(duì)象，結(jié)果如表1所示。

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，相同速度下，同一測(cè)點(diǎn)的車內(nèi)噪聲，一般減振道床對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲明顯高出中等減振道床，約2-3dB（A）。客室中部的測(cè)點(diǎn)相對(duì)客室端部的噪聲聲壓級(jí)較小，約3～4dB（A）。隨著速度的增加，車內(nèi)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(shì)基本一致，且車內(nèi)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(guān)系的計(jì)算公式，即：Lp1-Lp2=33log（V1/V2）的變化規(guī)律，其中，Lp1為速度為V1時(shí)的聲壓級(jí)，Lp2為速度為V2時(shí)的聲壓級(jí)。分析其原因，由于地鐵車輛在明線運(yùn)行，且速度較低（200km/h以下），氣動(dòng)噪聲對(duì)車內(nèi)噪聲影響較小，車內(nèi)噪聲主要受輪軌噪聲的影響。

對(duì)比分析相同速度下車內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)的噪聲頻譜曲線，如圖2所示，可以看出車內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)的噪聲，測(cè)點(diǎn)2的噪聲相對(duì)測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)3聲壓級(jí)要小，而且3個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲頻譜均在500～1000Hz的頻段內(nèi)出現(xiàn)峰值，噪聲能量相對(duì)突出，分析其主要原因，由于測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)3在轉(zhuǎn)向架正上方，受輪軌噪聲影響較為明顯。

為進(jìn)一步分析一般減振道床和中等減振道床對(duì)應(yīng)車內(nèi)噪聲的差異性，選取相同速度下測(cè)點(diǎn)2 在不同類型道床下運(yùn)行時(shí)的車內(nèi)噪聲，對(duì)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(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲與中等減振道床對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲相比，在500-1000Hz的頻段范圍內(nèi)幅值更加突出，并且在630Hz出現(xiàn)峰值頻率，對(duì)應(yīng)的幅值比中等減振道床的車內(nèi)噪聲高出8dB（A）。分析圖4中的頻譜曲線，對(duì)比不同速度下一般減振道床對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲變化規(guī)律可以看出，隨著速度的提高，一般減振道床對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲主要在500Hz以上的頻段呈現(xiàn)明顯的增大趨勢(shì)，不同頻段聲壓級(jí)增大的幅值基本為3-5dB（A）;而對(duì)比中等減振道床對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲的頻譜曲線，隨著速度的增加，車內(nèi)噪聲的頻譜曲線整體上呈現(xiàn)向上 “平移”的變化趨勢(shì)，各個(gè)頻段內(nèi)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(yùn)行時(shí)，由于道床的減振效率和作用頻段不同，對(duì)噪聲的降噪效果也有所差異，中等減振道床相對(duì)一般減振道床，對(duì)500-1000Hz頻段的噪聲尤其是630Hz頻段內(nèi)的噪聲降噪效果明顯，而一般減振道床對(duì)低頻段的噪聲具有一定的抑制作用，具體的原因需要結(jié)合軌道的振動(dòng)衰減測(cè)試再做進(jìn)一步的分析。

4結(jié)論

本文通過對(duì)不同類型的道床結(jié)構(gòu)的車內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試分析，研究車內(nèi)噪聲與道床類型之間的關(guān)系，得到主要結(jié)論如下：

（1）對(duì)比噪聲聲壓級(jí)總值，相同速度下，一般減振道床對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲比中等減振道床的車內(nèi)噪聲高出2-3dB（A）。

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

（3）不同類型的道床對(duì)不同頻段的聲音的衰減效果各不相同，需要根據(jù)線路特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)道床的類型。

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