城市軌道交通噪聲控制的探討
摘 要:分析了城市軌道交通中噪聲產(chǎn)生的原因,并從控制噪聲源、隔離傳播途徑等方面,提出了在城市軌道交通中降低
噪聲的措施,以治理城市軌道交通中的噪聲問題。關(guān)鍵詞:城市軌道交通,噪聲,原因,控制
1 概述
城市軌道交通以其運(yùn)量大、速度快、安全可靠、時(shí)間準(zhǔn)確等諸多優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在大城市公共交通中得到人們的認(rèn)可,但其產(chǎn)生的噪聲問題亦不容忽視。城市軌道交通要走可持續(xù)發(fā)展的道路,在解決好交通的同時(shí)也要確保良好的生活環(huán)境。
2 城市軌道交通噪聲產(chǎn)生的機(jī)理
城市軌道交通引起的噪聲可分為:輪軌噪聲、動(dòng)力系統(tǒng)噪聲、特定結(jié)構(gòu)噪聲及氣動(dòng)噪聲等。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明,在城市軌道交通中噪聲的主要來源是輪軌作用而產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)列車通過軌道結(jié)構(gòu)時(shí),由于軌面和車輪踏面都存在各種不平順,軌道結(jié)構(gòu)和車輛都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),輪軌表面越不平順,振動(dòng)越強(qiáng)烈,同時(shí)噪聲也越大。
1) 輪軌噪聲。當(dāng)列車以一定的速度通過軌道時(shí),車輛和軌道將產(chǎn)生振動(dòng),從而向外界輻射聲波。這種噪聲,一是列車行駛在成洪水危害的集水區(qū)進(jìn)行綜合治理,減少災(zāi)害性洪水的發(fā)生,并修筑排洪渠、跌水等工程以疏導(dǎo)可能發(fā)生的洪水,避免洪水對(duì)路基的沖刷。半徑很小的曲線上所發(fā)出的“尖嘯聲”;二是車輪滾過鋼軌接頭時(shí)所發(fā)出的“撞擊聲”;三是車輪與鋼軌接觸面之間的微小不平造成有節(jié)奏的“轟隆聲”亦稱滾動(dòng)噪聲。
2) 動(dòng)力系統(tǒng)噪聲。主要來自牽引電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱及空調(diào)器等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲,此類噪聲的大小取決于車輛的性能優(yōu)劣。它是城市軌道交通的主要噪聲來源之一。
3) 特定結(jié)構(gòu)噪聲。在地下行駛的列車會(huì)引起車體和軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng),而后者又會(huì)激起地鐵隧道的振動(dòng),并引起靠近隧道或直接建在隧道上的建筑物振動(dòng),從而導(dǎo)致噪聲向建筑物內(nèi)的第二次輻射。而且列車在封閉狹長的隧道內(nèi)高速行駛,會(huì)形成強(qiáng)大的活塞風(fēng)噪聲。當(dāng)?shù)罔F內(nèi)的通風(fēng)機(jī)開動(dòng)時(shí),還會(huì)產(chǎn)生一定的機(jī)械和氣流噪聲。當(dāng)列車行駛在高架結(jié)構(gòu)上時(shí),還會(huì)激發(fā)高架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)從而向鄰近建筑物輻射噪聲。
4) 氣動(dòng)噪聲。它是車輛與空氣相互作用產(chǎn)生的,它與速度和車輛的外輪廓有關(guān)。
5) 接觸網(wǎng)與集電弓之間產(chǎn)生的摩擦聲。
城市軌道交通產(chǎn)生的噪聲是上述噪聲的綜合效果,并且受列車運(yùn)行狀態(tài)和軌道設(shè)備狀態(tài)的影響。
3 城市軌道交通噪聲的控制
降低噪聲、減小振動(dòng)主要是通過衰減振源、避免結(jié)構(gòu)共振、隔離傳播途徑、吸聲等方法進(jìn)行,應(yīng)根據(jù)不同的防治目標(biāo)確定最佳的防治措施。
3. 1 控制噪聲源城市軌道交通中噪聲的主要來源是輪軌噪聲、車輛設(shè)備產(chǎn)生的噪聲和架空接觸網(wǎng)與集電弓之間的摩擦聲,活塞風(fēng)和通風(fēng)系統(tǒng)引起的噪聲只存在于地鐵中,由高架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)而輻射的噪聲只產(chǎn)生于高架結(jié)構(gòu)中。
1) 輪軌噪聲的控制。一方面,通過優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu),減少激振源達(dá)到減振降噪的目的;另一方面,還可以通過改變軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)參數(shù)來控制振動(dòng),從而起到抑制噪聲的作用。影響軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的主要參數(shù)是質(zhì)量、阻尼和剛度。其振動(dòng)微分方程可以表示為: [M]v + [C]v + [ K]v = F(t) , 式中[M] 、[C] 、[ K] 分別為質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣。具體的方法如下: 在涉及到曲線時(shí),盡量少用小半徑曲線。這是由于小半徑曲線會(huì)增大輪軌作用力,加速鋼軌磨耗,也因此產(chǎn)生較大的噪聲。鋪設(shè)無縫線路。減少鋼軌接頭數(shù)量,從而減少列車與鋼軌接頭的撞擊聲。采用重型鋼軌。重型鋼軌的垂向剛度大可以有效降低列車沖擊而引起的鋼軌垂向振動(dòng),從而減少噪聲。另外增加鋼軌質(zhì)量提高了軌道框架剛度,可以減小受載后軌道的變形,為車輪運(yùn)行提供一個(gè)較為平順的軌面,從而減小列車運(yùn)行時(shí)的輪軌轟鳴聲。選用合適的道床形式。增加道床參與振動(dòng)的質(zhì)量,增加軌下基礎(chǔ)彈性,提高軌下結(jié)構(gòu)的阻尼參數(shù),從而降低軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng), 減少噪聲。道床有碎石道床和整體道床,在地面線部分宜采用碎石道床,地下線和高架線宜采用整體道床。碎石道床分為彈性軌枕道床和道碴墊道床,前者是在枕下加設(shè)橡膠墊,后者是在道碴底下加設(shè)橡膠墊,兩者都能有效地降低振動(dòng)。整體道床分為無枕式和軌枕式,無枕式整體性好,剛度大,因此沖擊振動(dòng)比軌枕式大得多。軌枕式整體道床包括短枕式和長枕式。上海地鐵選用了長枕式,效果良好。另外彈性支承塊式整體道床和浮置板式整體道床的減振效果十分顯著。彈性支承塊式軌道結(jié)構(gòu)由彈性支承塊、道床板和混凝土底座及配套扣件構(gòu)成。彈性支承塊是由橡膠靴套包裹的鋼筋混凝土支承塊及塊下大橡膠墊板組成。浮置板式軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用三層水平墊板(鋼軌下橡膠墊板,鐵墊板下橡膠墊板,板下橡膠墊板) 和在浮置板兩側(cè)設(shè)置的橡膠墊組成。定期打磨鋼軌頂面,消除軌頂面不平順,從而減小列車運(yùn)行時(shí)的轟鳴聲。采用減振扣件和鋪設(shè)軌道減振器。在我國城市軌道交通中使用的主要扣件有: D T 系列的D T Ⅱ 至D T Ⅵ 型和WJ 系列的WJ21 至WJ24 型,他們能滿足一般地段的減振要求。軌道減振器俗稱“科隆蛋”,能有效減少振動(dòng)和噪聲,主要用于減振要求較高的地段。
2) 車輛設(shè)備產(chǎn)生的噪聲控制。進(jìn)行車輛輕量化設(shè)計(jì)。減少自重,從而減小輪軌間的相互作用力,降低噪聲。
采用彈性車輪和充氣橡膠輪胎。在車輪上加設(shè)橡膠件能有效吸收和衰減一部分由車輪產(chǎn)生的噪聲,改善噪聲的頻譜特性。
采用直線電機(jī)牽引。使動(dòng)力系統(tǒng)不需要從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),省去齒輪箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu),從而減少噪聲源。
采用徑向轉(zhuǎn)向架。以消除列車在曲線上運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生蠕滑,從而消除列車通過曲線時(shí)的“尖嘯聲”。
3) 隧道和高架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)而輻射的噪聲的控制。地鐵隧道上方建筑物的基礎(chǔ)可設(shè)置彈性裝置(如橡膠墊塊等) 能有效地降低振動(dòng)。對(duì)于那些防振要求很高的建筑物,如精密儀器實(shí)驗(yàn)室, 軌道交通線路應(yīng)盡可能繞避,或遷移建筑物。高架橋宜采用混凝土梁,盡量少用鋼梁,橋梁支座采用橡膠支座,橋梁兩側(cè)設(shè)置隔音板。
4) 集電系統(tǒng)的噪聲控制。盡量減少集電弓的數(shù)量,安裝集電弓外罩,提高接觸網(wǎng)的拉力。
3. 2 控制噪聲傳播途徑城市軌道交通噪聲傳播的主要媒介是空氣。控制噪聲傳播途徑的基本原理是在噪聲傳播過程中,在聲源和接受點(diǎn)之間設(shè)置障礙物,避免直達(dá)聲,使受聲點(diǎn)只接受透射聲和繞射聲,并可利用屏障本身所具有的吸音性能在傳播途徑中消耗聲能量,以降低接受點(diǎn)的聲能強(qiáng)度。
1) 在線路兩側(cè)設(shè)置聲屏障。可利用沿線的土堤、路塹和其他建筑物作為聲屏障,根據(jù)情況也可專門設(shè)計(jì)隔音墻,為有效控制聲透射和聲繞射,隔音墻的材料選用、墻的厚度和高度設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。
2) 線路兩側(cè)大密度種植樹木,形成樹障。
3) 設(shè)置車輪隔音罩和在車輛兩側(cè)設(shè)置下裙邊。
4) 采用密封車體設(shè)計(jì),減小噪聲進(jìn)入車內(nèi)。
5) 在隧道內(nèi)、車內(nèi)以及聲屏障靠近聲源的一側(cè)應(yīng)采用吸音涂層,以減少聲反射。
3. 3 運(yùn)營階段產(chǎn)生的環(huán)境影響需經(jīng)過各種治理設(shè)施治理,并達(dá)到國家和地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)(濃度標(biāo)準(zhǔn)和總量標(biāo)準(zhǔn)) 后,才能消除。因此,按照“三同時(shí)”原則,所有污染治理設(shè)施均要精心設(shè)計(jì), 同時(shí)按照“清潔生產(chǎn)”的原則,尚需選用低污染設(shè)備,嚴(yán)禁選用國家已公布淘汰的污染環(huán)境的工藝和設(shè)備。
3. 4 鐵路工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)解決鐵路工程建設(shè)運(yùn)營中產(chǎn)生的環(huán)境影響,而鐵路產(chǎn)生的環(huán)境影響隨著鐵路技術(shù)的進(jìn)步、管理手段的提高而變化。總之,鐵路技術(shù)進(jìn)步的同時(shí),也減緩了對(duì)環(huán)境的影響,如鐵路電氣化改善了鐵路沿線的大氣環(huán)境質(zhì)量。與環(huán)境保護(hù)關(guān)系密切的未來鐵路發(fā)展方向有:鐵路高速化產(chǎn)生的噪聲干擾較目前大;鐵路電氣化產(chǎn)生的電磁干擾,主要是對(duì)居民收看電視質(zhì)量有所影響,同時(shí)也消除了大部分廢氣排放;鐵路密集化,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,未來同一條線路上列車對(duì)數(shù)遠(yuǎn)較現(xiàn)在密集,且高速,其產(chǎn)生的噪聲干擾較目前大;車站卸放的旅客列車?yán)h(yuǎn)較目前多,站車?yán)氖占⒒厥铡⑻幹脤⒊蔀橹匾獑栴};機(jī)車車輛檢修模塊化,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全程監(jiān)控,較小的技術(shù)故障在列車運(yùn)行中即能解決,大大提高列車的途運(yùn)時(shí)間,檢修時(shí)拆下舊模塊,換上新模塊,模塊集中檢修, 這樣就使目前的檢修設(shè)施大為減少且集中,對(duì)于解決污水處理、廢氣治理將大有好處。
3. 5 隨著鐵路技術(shù)的進(jìn)步和管理的現(xiàn)代化,未來鐵路環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)著重解決以下幾方面的問題:加強(qiáng)鐵路沿線生態(tài)環(huán)境保護(hù),建設(shè)鐵路綠色長廊;加強(qiáng)鐵路噪聲防護(hù),建設(shè)鐵路清靜長廊; 加強(qiáng)鐵路站車?yán)占⒒厥铡⑻幹?建設(shè)鐵路衛(wèi)生車站;加強(qiáng)鐵路電磁防護(hù),清新千家萬戶。
3. 6 為了更好地貫徹環(huán)規(guī),建議鐵道部適時(shí)出臺(tái)以下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范:鐵路工程環(huán)境保護(hù)設(shè)施劃分標(biāo)準(zhǔn)、鐵路噪聲治理工程設(shè)計(jì)規(guī)范、鐵路站車?yán)幹霉こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范。
4 結(jié)語
鐵路要發(fā)展,環(huán)境要保護(hù),這是人類永久一致的目標(biāo)。但是這既是一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)工作,又是一項(xiàng)科學(xué)的管理和組織宣傳工作。所以,應(yīng)該共同努力并行動(dòng)起來保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境。
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