随着我国经济的发展和缄市化进程的加快,我国越来越多的缄市,尤其是百万人口以上的大城市,交通需求迅速增长。尽管近年来城市道路及车辆拥有量都有了大幅度的提高,但交通问题依然日益突出,表现为交通阻塞、车速降低、停车困难、废气和噪声危害严重。城市交通问题已经严重制约和影响了城市的发展。城市交通学者通过总结国内外城市交通发展的经验教训,已经形成了共识:即解决大城市交通问题的根本出路在于建立一个以轨道交通系统为骨干,以公共交通为主体,多种交通方式相互协调的综合交通系统。城市轨道交通系统在给人们出行带来便捷的同时,也不可避免对周围环境造成一定的影响。目前,主要集中在对周围环境造成的噪声污染。
一、城市轨道交通系统噪声的形成
城市轨道交通按产生噪声的声源可分为:轮轨噪声、车辆非动力噪声、牵引动力系统噪声、高架轨道噪声、地下铁道的地面承载噪声等。
1. 轮轨噪声
钢轨与车轮之间相互作用而产生的声响。这种相互作用在车轮和轨道相接触处产生力的作用,造成车轮和轨道的振动而向外辐射声波。其产生的主要原因有:
①当车辆在一条较小半径曲线线路上运行时,车轮沿曲线钢轨并非纯滚动运行,要产生局部的横向滑动,即所谓“卡滞一滑动效应”。正是这种在曲线上车轮对轨道的不完善的导向造成“卡滞一滑动效应”,结合车轮和轨道的振动响应,形成一种高音调的尖啸声(摩擦噪声)。
②由车轮或钢轨表面的局部不连续性所产生的撞击噪声。
③由于车轮和钢轨接触表面局部小面积粗糙所造成的轰鸣噪声。
2. 车辆非动力噪声
主要指制动系统中在实施制动时闸瓦与制动盘之间摩擦振动,它激发制动闸瓦片、闸瓦托架以及制动盘等产生自激振动形成噪声,此外还有车辆的辅助系统(空调装置、空压机等)所辐射的噪声。
3. 牵引动力系统噪声
牵引系统设备运转所产生的噪声,包括牵引电机及其冷却风扇、齿轮箱以及空气压缩机的噪声,它是城市轨道交通主要的噪声。牵引系统的噪声,特别是电机冷却风扇的噪声,随列车运行速度的提高而增长,其程度往往要大于轮轨噪声。
4.高架轨道噪声
当列车行驶于高架铁路上时,轮轨相互作用所产生的振动通过轨道传递给支承结构,支承结构将噪声向周边地区进行传播,它比之列车行驶于一般的路堤带坡度道床时所产生的噪声级要高得多,一般要高20dB(A)。
5.地下铁道的地面承载噪声
地下铁道轮轨间相互作用而产生的振动被传递给隧道结构,继而又传向周围的土壤。振动通过土壤再向邻近的建筑物传播,从而导致地下及墙壁的振动和噪声向建筑物内房间的第二次辐射,它是一种低频声响,就如同外界振动使房间中的窗户所发出的“喀喀”声响。地面承载噪声和振动是一个相当严重的干扰源,它也是公众向交通部门抱怨的一个主要对象。
二、线路环境噪声的组成及列车辐射噪声特征
轨道交通沿线的环境噪声主要由以下两部分组成:
1. 列车辐射的稳态噪声
包括列车运行时轮轨相互作用产生的轮轨噪声、车辆动力装置和辅助系统辐射的噪声以及高速运行时的空气动力噪声等。
2. 与行车有关的间歇噪声
包括通过曲线、道岔、制动、鸣笛、交会和调车连挂所引起的噪声。
(1)列车运行辐射噪声频谱呈低、中频特性,峰值频率在63Hz～500Hz范围,该频谱主要是由轮轨噪声、动力装置噪声和列车声学特性所决定。当车速超过50km/h～60km儿时,轮轨噪声对列车辐射通过对列车运行辐射噪声的测试与分析研究,可知列车辐射噪声具有如下特征:噪声起主导作用。
(2)列车辐射噪声声级随运行速度的提高而增加,列车种类、线路结构、轨枕、轨道等对其均有影响。
(3)列车辐射噪声的分布:
列车辐射噪声垂直于轨道方向的不同距离的衰减,其实测的衰减规律显示,随着垂直于轨道距离的增加,噪声声级逐渐衰减。
列车辐射噪声沿高度的分布。通过传声器在不同高度所测得的列车辐射噪声级。可知,随测点高度的升高,噪声声级增加,开始增加较快,长减缓,直至不增加。
三、防护措施
城市轨道交通系统产生的噪声通过辐射而传播到噪声影响到的区域或个人.为降低噪声或控制噪声的不利影响,可从降低噪声源的激振强度、切断噪声的传播途径或在传播途径上削弱噪声、合理规划设计使建筑物避开噪声影响区等几个方面着手。
从城市轨道交通线路上入手,可采取以下几种措施减少噪声污染:
(1) 采用60kg/m以上的重轨,并应尽量采用无缝线路。重轨具有寿命长,稳定性能和抗振性能良好的特点,无缝线路则可消除车轮对轨道接头的撞击。
(2)钢轨的弹性紧固件。在轨道和路基面之间铺设一层弹性材料,可以起到减弱振动传递的作用。另一种可能更为有效的措施,装设弹性的“浮置板面”的轨道路基,即在钢轨与混凝土轨道基板面之间设置一层弹性垫板。这种结构可以削减被传递到隧道墙壁的振动噪声10dBA～20dBA。
(3)在轨道和路基面之间采用碎石构成的道床,可以起到衰减从钢轨向路基传递的振动和噪声,这种道床还可以降低车内噪声级。
(4)抑制高架轨道噪声的手段为沿轨道侧面设置声屏障,它可以降低钢轨噪声向周围地区的传播,在一条高架铁路的侧面设置围墙也可以封锁噪声自轨道结构向外传播。
(5)选择具有抑制“卡滞一滑动效应”的钢轨材料。由实验室试验研究表明,如果曲线区段的钢轨采用特制的具有摩擦剩磁效应和滑动性的低合金钢15NiCuMoNb5,50Cr-MoV4和14NJCrl4,可降低车辆过曲线时的噪声。
从城市轨道交通车辆上入手,可采取以下几种措施减少振源振动：
(1)在轮辋或辐板上装设一种具有减振阻尼特性的扇形盘式板或环形板,即所谓谐振消声器。当车轮受到激扰,发生振动而辐射噪声时,扇形板或环形板发生共振,板上的阻尼材料将振动的能量转换为热能,达到衰减车轮辐射噪声。
(2)在车轮的轮辋与辐板之间加设橡胶件,使二者之间金属脱离直接接触,利用橡胶元件把轮辋和辐板的振动转化为热能,吸收和衰减一部分噪声。
(3)磨削车轮踏面和钢轨轨面,提高其光洁度,能有效降低的滚动噪声。
(4)在制动组件上添加减振装置,例如在瓦托架装设阻尼装置,可减少制动噪声。
(5)在转向架两侧面设置隔音罩,对于滚动和制动噪声以及次级噪声的降低与衰减均有明显的效果,可降低ldB～4dB。
(6)采用径向转向架能使转向架过曲线时其轮对能处于(或接近)纯滚动的径向位置,从而可最大限度地降低过曲线时钢轨和轮缘的磨耗以及噪声。
四、结束语
我国的城市轨道交通建设经过初始的发展期后,目前,已经进入了集中发展阶段,为保证城市的可持续发展,在设计、规划和建设城市轨道交通系统中,应体现以人为本的思想,充分考虑对环境的影响,采用必要的措施,以降低城市轨道交通系统产生的噪声对周围环境的污染。
参考文献
[1]孙章.城市轨道交通概论[M]中国铁道出版社
[2]叶霞飞.城市轨道交通规划与设计[M]中国铁道出版社
[3]谭复兴.城市轨道交通结构工程[M]中国铁道出版社
文章来源： 《职教论坛》原作者：罗世民
