南京地鐵1號線珠江路站振動及二次結構噪聲整治研究

佘才高 ，張伯林 ，劉鐵旭 , ，陳 鵬 , ，霍海龍 ,

（1. 南京地鐵集團有限公司，南京 210000；2. 北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037； 3. 北京交通大學土木建筑工程學院，北京 100044；4. 城市軌道交通綠色與安全建造技術國家工程實驗室， 北京 100037；5. 北京市軌道結構工程技術研究中心，北京 100037）

地鐵由于其運量大、速度快、準點率高等優點，已經成為解決城市交通擁堵問題的一種有效措施[1]。近年來隨著城市軌道交通的快速發展和人們生活水平的提高，列車運行引發的環境問題越發引起人們的關注，尤其是振動和噪聲問題[2-3]。列車運行引起的軌道結構振動通過周圍地層向外傳播，會誘發地面建筑物的二次振動和噪聲輻射，對居民生活、工作造成一定影響[4]。

針對城市軌道交通振動噪聲問題，多種減振措施已經在實際運營中得到應用，并取得了較好的效果。高曉剛等[5]通過振動及頻譜響應測試實驗，對比了雙層非線性減振扣件、III型軌道減振器扣件及DTVI2扣件的減振情況。馮光福等[6]通過靜、動態試驗分析了QY-2 型扣件的減振性能。吳建忠[7]通過落錘減振試驗，對比分析了彈性整體道床和軌道減振器扣件的減振效果。涂勤明[8]通過環境振動測試分析了鋼彈簧浮置板軌道的減振性能。郭強等[9]通過現場實驗研究了曲線段不同減振軌道的振動情況。

現針對南京地鐵1號線地鐵列車運行引起的珠江路站附近地鐵大廈振動及二次結構噪聲問題，在現狀調研基礎上，提出了振動噪聲的整治方案，并開展了系統的測試研究，對整治方案實施前后的振動及二次結構噪聲進行了對比分析。

1 現狀調研及整治方案

南京地鐵1號線珠江路站內軌道采用DTVI2型扣件，未采取任何減振降噪措施。經現場調研，發現鋼軌焊接接頭處存在低接頭問題。焊接低接頭是線路常見的病害，列車通過焊接低接頭時會產生較大的沖擊力[10-11]。在不影響既有線運營的前提下，本著減振降噪且方便實施的原則，制定了將DTVI2型扣件替換為減振扣件，同時進行鋼軌低接頭打磨的綜合整治措施。扣件更換措施如圖1所示，鋼軌低接頭的打磨如圖2所示。

圖1 扣件更換措施 Figure 1 Fastener replacement measures

圖2 鋼軌打磨措施 Figure 2 Rail grinding measures

目前，既有的中等減振扣件普遍存在螺栓長度比普通扣件長且無法通用的問題。而且，扣件組裝高度也高于普通扣件10 mm以上，采用此類扣件改造需要對改造段前后的鋼軌進行順坡，會增大改造難度、壓縮限界凈空。分體嵌套式扣件與其他既有的中等減振扣件相比優勢明顯，軌下墊板、彈條、軌距墊、道釘、套管等零部件可與普通扣件通用，尤其是組裝高度能做到和既有普通扣件一致，不改變軌面高程，實現了真正意義上的“原位替換”，也實現了最大限度上的零部件通用。目前，分體嵌套式扣件已在北京、杭州等城市的既有線改造中采用，取得了很好的效果。此外，在合肥、重慶、西安等城市新建線中已開始逐步推廣應用。

2 振動噪聲測試方案

為評估振動噪聲整治措施的效果，對措施實施前后的振動噪聲水平進行了測試，測試內容包括軌行區振動測試、室內振動測試及室內噪聲測試[12-14]。

2.1 測試設備

1)采集儀及分析平臺。隧道振動及室內振動噪聲測試采用INV3062V網絡分布式采集儀進行數據采集，采用動態測試分析平臺軟件DASP進行數據分析。

2)傳感器。軌行區振動測試隧道壁采用LC0161BG壓電加速度傳感器，其頻率響應范圍在0.1～1000 Hz，量程為5 g，測試精度為0.00002 g。室內二次結構噪聲測試采用丹麥B&K4189-1/2英寸自由場傳聲器，其頻率范圍為6.3～20 kHz，量程為14.5～146 dB；室內振動測試采用B&K振動加速度計，測量信號頻率分析范圍為4～200 Hz，量程為0.5 g，橫向靈敏度小于1%。

2.2 測點選擇

南京地鐵1號線珠江路站附近地鐵線路與地形、建筑物的平面位置關系如圖3所示，地鐵大廈1樓會議室中心至左右線線路中心距離分別為20 m和35 m。隧道軌面到地面15 m，DTVI2扣件更換為嵌套式減振扣件的里程范圍(青色線)為上行K9+273～K9+458、下行K9+275～K9+640，隧道內的測點位于站臺范圍內上行K9+375。隧道測試截面的線路特征見表1。地面建筑物內振動及二次結構噪聲測點，位于地鐵大廈室內1層會議室。

圖3 測試位置平面圖 Figure 3 Test location plan

表1 隧道測試截面線路特征Table 1 Line characteristics of the test section of a tunnel

2.3 測點布置

測點布置情況如圖4所示。隧道截面測點布置在遠離站臺一側，包括鋼軌、道床、隧道壁測點。建筑物內振動和二次噪聲測試在地鐵大廈會議室內，房間內布置1個噪聲測點，距地面高度為1.2 m，朝向房屋中間，如圖4(b)中測點1；室內振動布置3個測點，如圖4(b)中測點2～4，測量室內垂向加速度。測試現場布置如圖5所示。

圖4 測點布置示意圖 Figure 4 Schematic diagram of measuring point layout

圖5 測試現場布置圖 Figure 5 Test site layout

3 測試結果分析

3.1 軌行區振動測試

對整治措施實施前后鋼軌、道床和隧道壁垂向振動進行測試，測點在1～200 Hz頻率段范圍內Z計權的1/3倍頻程圖如圖6所示，1～80 Hz范圍內最大Z振級見表2。

表2 Z振級Table 2 Z weighted vibration acceleration levels dB

圖6 Z計權1/3倍頻程圖 Figure 6 Z weighted 1/3 octave chart

1)整治措施實施后道床、隧道壁測點在全頻帶內的振動加速度級均有所降低，其中在1～8 Hz和40～200 Hz內振動加速度級的降低尤為明顯；鋼軌測點除了在12.5～50 Hz頻帶內的振動加速度級略有增加外，在其他頻段內均有所降低。

2)整治措施實施前，鋼軌、道床、隧道壁垂向振動加速度級均在63 Hz附近出現較為明顯的峰值。該頻率與DTVI2扣件固有頻率相關，在更換扣件后頻率變低，三者的垂向振動加速度級峰值頻率均變為40～50 Hz頻段。

3)整治措施實施后鋼軌、道床、隧道壁最大Z振級比整治措施實施前分別降低了4.23 dB、15.54 dB和12.73 dB。

通過鋼軌低接頭打磨，提高了平整度，從源頭上降低了振動。采用嵌套型減振扣件后改變了扣件自振頻率，從傳播途徑減小了振動。從圖7可以看出，兩種措施的采用在中低頻范圍內起到了良好的減振降噪作用。

圖7 鋼軌至軌道板插入損失 Figure 7 Insertion loss between rail and track slab

3.2 室內振動測試

對整治措施實施前后列車經過時室內測點的垂向振動進行測試，在4～200 Hz頻段范圍內的Z計權的1/3倍頻程中心頻率如圖8所示。

圖8 Z計權1/3倍頻程圖 Figure 8 Z weighted 1/3 octave chart

可以看出，整治措施實施前，各測點的垂向振動加速度級均在63 Hz附近出現較為明顯的峰值。整治措施實施后，63 Hz附近峰值已不存在，而是往低頻方向移動，幅值比整治措施實施前有明顯降低。在25～200 Hz頻段內，各測點的垂向振動有明顯降低。

列車高峰時段經過測點時，對室內各振動測點的加速度信號進行頻譜分析，得到各測點加速度分頻最大振級VLmax，見表3。室內振動評估的限值采用晝間65 dB、夜間62 dB。由表3可知，整治措施實施前，各振動測點分頻最大振級雖滿足規范要求，但總體振動水平偏大，平均值為52.21 dB；整治措施實施后，各測點分頻最大振級平均為39.91 dB，降低了12.29 dB。測點2分頻最大振級降低最明顯，降低了18.20 dB。

表3 分頻最大振級VLmaxTable 3 Maximum vibration level of frequency division dB

3.3 室內二次結構噪聲測試

圖9為整治措施實施前后列車經過時噪聲測點1的A計權的倍頻程圖。由圖可見，整治措施實施后峰值對應的頻率往低頻方向移動，且聲壓級明顯降低。聲壓級峰值頻率由措施實施前的63 Hz變為50 Hz，峰值處聲壓級降低了約3 dB(A)。

圖9 A聲級1/3倍頻程圖 Figure 9 A sound level 1/3 octave chart

對列車高峰時段經過測試斷面時采集到的噪聲信號進行頻譜分析，得到噪聲測點1的等效A聲壓級LAeq，見表4。從表4可以看出，整治措施實施前，噪聲測點雖滿足晝間規范要求，但等效A聲壓級均在35 dB(A)附近。整治措施實施后，噪聲水平明顯降低，在30 dB(A)以下，約下降了5 dB(A)。

表4 等效A聲壓級LAeqTable 4 Equivalent A sound pressure level LAeq

4 結論

針對南京地鐵1號線珠江路站地面建筑振動和噪聲問題，開展了隧道振動、地面建筑物的振動和噪聲的現場測試。根據測試數據的分析，主要有以下結論。

1)振動噪聲整治措施實施后，軌行區鋼軌、道床、隧道壁垂向振動測點最大Z振級比實施前分別降低了4.23、15.54和12.73 dB。鋼軌、道床、隧道壁垂向振動加速度級峰值對應頻率均從高頻往低頻方向移動，且頻率對應的峰值有所減小。

2)振動噪聲整治措施實施后，室內各測點的垂向振動明顯降低減小，各測點分頻最大振級的平均值約為40 dB，約降低了12 dB；室內等效A聲壓級小于30 dB(A)，約下降了5 dB(A)。

綜上，鋼軌低接頭增大了輪軌沖擊力，打磨從源頭上減小了振動。采用嵌套型減振扣件降低中低頻振動，從傳播途徑減小了振動。因此，兩種措施的采用起到了減振降噪的作用。整治措施實施后，軌行區振動、室內振動及二次結構噪聲均大幅降低，整治效果顯著。