李曉林

摘 要：針對城市軌道交通系統(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題解決的思路，并具體化了噪聲控制工程設(shè)計流程。重點研究了城市軌道交通噪聲源的產(chǎn)生機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 傳輸途徑 噪聲控制

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著國民經(jīng)濟增長形勢的迅速發(fā)展，我國的城市化進程進入了高速發(fā)展時期，城市的市區(qū)面積不斷擴大，人口快速增加，百萬以上人口的城市目前已經(jīng)超過140座，在有限的空間內(nèi)容納如此多的人口，必然導(dǎo)致城市交通形勢的嚴峻化。城市軌道交通是我國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，促進土地開發(fā)利用的有效化。但城市軌道交通的發(fā)展過程中也伴隨了許多的問題，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)當從兩個方面考慮，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)生機理

分析城市軌道交通噪聲發(fā)生源產(chǎn)生的機理，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、動力系統(tǒng)噪聲、制動系統(tǒng)噪聲、特定結(jié)構(gòu)噪聲、氣動噪聲及接觸網(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)。這是因為車輪踏面及鋼軌表面均不是絕對平滑，而是存在粗糙、凸凹不平等原生性加工不平，并且在長期運行中存在表面?zhèn)?。由此?dǎo)致列車在鋼軌上的運行軌跡不是單純的滾動，而在滾動的同時在微小范圍內(nèi)產(chǎn)生跳動，造成輪間出現(xiàn)一定強度的沖擊，進而使鋼軌和車輪產(chǎn)生強迫振動而發(fā)出噪聲，通過空氣等介質(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 動力系統(tǒng)噪聲

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

2.3 非動力系統(tǒng)噪聲

主要由制動系統(tǒng)產(chǎn)生。一方面，制動系統(tǒng)在實施制動過程中，閘瓦與制動盤之間摩擦，產(chǎn)生振動，這種振動將激發(fā)制動盤等各制動系統(tǒng)部件產(chǎn)生自激發(fā)振動，生成噪聲發(fā)生源；另一方面，列車運行過程中，存在間隙的制動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)通常運行于地下、地面及高架結(jié)構(gòu)三種線路結(jié)構(gòu)。其中運行于地下及高架線路時，會產(chǎn)生較強的特定結(jié)構(gòu)噪聲。列車在地下行駛過程中，列車系統(tǒng)和軌道的振動會激起地下隧道的振動，引起地下隧道附近一定范圍內(nèi)的建筑物出現(xiàn)振動，進而導(dǎo)致噪聲源對建筑物內(nèi)部空間的次生輻射問題，同時列車在地下隧道高速行駛過程中，由于隧道的封閉性及狹長結(jié)構(gòu)，會生成高強度的活塞風(fēng)噪聲源。列車在高架橋（路）結(jié)構(gòu)上行駛的過程中，會激發(fā)該結(jié)構(gòu)的振動，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源。此外，城市軌道交通系統(tǒng)的噪聲來源還包括氣動噪聲及接觸網(wǎng)噪聲，但這兩個噪聲分量通常較低。

若已知各噪聲分量的強度，可以采用下式計算噪聲合成：

式中，L為列車通過時的綜合噪聲，LR為輪軌噪聲，LS為動力系統(tǒng)噪聲，LP為制動系統(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)展過程中，針對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題。這是因為噪聲級越高，對居民的危害性越大，即便噪聲級較低，雖然不能直接危害居民的健康，但仍然會影響和干擾居民的正?；顒?。噪聲對居民的危害主要表現(xiàn)在：造成居民的聽覺疲勞或聽力損傷；影響居民的身體健康；擾亂睡眠；對兒童學(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行實施，工程結(jié)束后對噪聲控制工程進行評價，依據(jù)評價的結(jié)果決定是交付工程還是返工。

該文重點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)當從兩個方面考慮，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

對于輪軌噪聲源發(fā)生強度的抑制，需要采用優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)的方法，減少受激振動源，以降低輪軌噪聲強度。此外，還可以采用振動分析的方法預(yù)測軌道結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)，從而修改軌道結(jié)構(gòu)來抑制振動噪聲源。對于車輛設(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降低噪聲，另一方面，對于車輪，可以采用柔性車輪處理技術(shù)進行處理，包括彈性車輪等技術(shù)，以便于吸收和衰減車輪噪聲發(fā)生源的強度。對于列車的動力系統(tǒng)，可以采用直線電機牽引使旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，省去部分相關(guān)傳動機構(gòu)進而從根源上減少噪聲發(fā)生源的強度。在軌道結(jié)構(gòu)方面，可以利用徑向轉(zhuǎn)向架消除列車運行在曲線上時產(chǎn)生的高頻聲音。

對于隧道和高架結(jié)構(gòu)的振動生成噪聲發(fā)射源，需要進行特殊處理。地下隧道近區(qū)內(nèi)建筑物的地基處可以設(shè)置彈性裝置來降低振動強度。對于隔震穩(wěn)定性要求很高的建筑物，如光學(xué)傳遞函數(shù)實驗室等，應(yīng)使軌道交通線路應(yīng)盡可能繞避建筑物，若實在無法實現(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，使噪聲敏感對象只接受透射或繞射而來的聲波，同時，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，進而降低噪聲敏感對象處的聲能強度。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)計隔離音墻來有效控制聲波的透射和繞射，隔音墻的具體設(shè)計可以依據(jù)國家有關(guān)設(shè)計標準。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

軌道交通具有高運力、低污染、低誤時率、不堵車等優(yōu)點，是我國城市交通體系發(fā)展的重點。但隨著我國城市軌道交通規(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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