城市軌道交通噪聲與振動問題的研究

□文 /楊振丹

近年來，我國城市軌道交通建設(shè)呈快速發(fā)展的態(tài)勢，截至2015年共規(guī)劃93條線路，總里程約2 600 km。隨著大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展、地鐵運(yùn)力的不斷提升，交通運(yùn)輸產(chǎn)生的環(huán)境振動及噪聲問題目前已被列為世界七大環(huán)境公害之一，引起了社會各界的普遍關(guān)注。

1 噪聲與振動評價標(biāo)準(zhǔn)

目前國際上還沒有一套標(biāo)準(zhǔn)的城市軌道交通噪聲評價方法和指標(biāo)，各國對噪聲和振動的控制情況也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其控制原則是根據(jù)本國國情采取各種手段使危害減少到附近沿線居民和建筑物能夠承受的程度?？晒┙梃b的軌道交通噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)主要有國際鐵路標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的ISO 3381—1976(E)《聲學(xué)-軌道車輛內(nèi)部噪聲測量》、我國GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 15190—94《城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》。

上海市DB31/T 470—2009《城市軌道交通（地下段）列車運(yùn)行引起的住宅建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)振動與結(jié)構(gòu)噪聲限值及測量方法》推薦性地方環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)2010年3月開始施行，這是我國首部控制地鐵振動和噪聲的地方標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格規(guī)定了列車運(yùn)行引起的沿線住宅室內(nèi)振動與結(jié)構(gòu)噪聲的限值及其測量方法，對城市結(jié)構(gòu)振動和噪聲限值做出了明確規(guī)定[1]。其中，城市軌道交通（地下段）沿線，位于《上海市環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)適用區(qū)劃》中的1類、2類、3類和4類聲功能區(qū)內(nèi)的住宅，分別適用表1中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)振動限值和表2中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)噪聲限值，城市軌道交通（地下段）應(yīng)同時滿足時段等效聲級與最大聲級的控制要求。

表1 城市軌道交通（地下段）列車運(yùn)行引起的住宅室內(nèi)振動限值 dB

表2 城市軌道交通（地下段）列車運(yùn)行引起的住宅室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲限值 dB

北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《地鐵噪聲與振動控制措施應(yīng)用規(guī)范》（征求意見稿）中對北京市地鐵噪聲和振動的控制措施進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定，提出地鐵噪聲與振動控制措施應(yīng)與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投入使用并應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗收的要求。

國內(nèi)其他城市對于地鐵噪音和振動的測量和控制尚沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，但各地每年因軌道交通振動噪聲引發(fā)的投訴事件總體呈上升趨勢。因此，如何采取切實可行的防治措施，將地鐵所產(chǎn)生的噪聲和振動對環(huán)境的影響降低到最低程度顯得尤為重要。

2 地鐵振動的防治措施

2.1 建筑物對地鐵振動的響應(yīng)

地鐵列車運(yùn)行時引起車輛對軌道產(chǎn)生沖擊，傳遞到軌道結(jié)構(gòu)，再通過隧道結(jié)構(gòu)傳遞到周圍土層，進(jìn)而激發(fā)臨近建筑物或構(gòu)筑物（地面和地下）產(chǎn)生振動，這種振動可能誘發(fā)室內(nèi)結(jié)構(gòu)的振動，產(chǎn)生噪聲。根據(jù)地鐵振動的產(chǎn)生、傳播和作用特點(diǎn)，其對周圍環(huán)境的影響可以分為3個階段。振動產(chǎn)生階段，即列車車輪對軌道的沖擊產(chǎn)生激勵；振動傳播階段，即振動通過軌道基礎(chǔ)和襯砌結(jié)構(gòu)向周圍土介質(zhì)和地面?zhèn)鞑?；振動作用階段，即振動作用在沿線地面建筑上，進(jìn)而誘發(fā)建筑結(jié)構(gòu)的振動和噪聲[2]。

影響地鐵列車振動傳播的因素很多，主要包括地鐵列車質(zhì)量和運(yùn)行速度、輪軌類型、軌道狀況、隧道結(jié)構(gòu)、地層（巖石）條件、建筑物類型和材料性能等。相關(guān)研究表明，軌道交通振源強(qiáng)度較大，在沒有實施有效隔振措施的情況下，地鐵的影響范圍可達(dá)其中心線的100 m以外，而中心線對應(yīng)的地面附近可測得的最大值達(dá)到85 dB，嚴(yán)重影響沿線人們的正常生活和工作。在采取有效隔振措施的情況下，地鐵的影響范圍大為減少，中心線對應(yīng)的地面附近可降至70 dB以下。人們感覺到受干擾的振動級大約在72 dB，低于62 dB時，振動對人們的影響可以忽略。

2.2 防治措施

根據(jù)上述建筑物對地鐵振動的響應(yīng)分析，目前針對地鐵減振措施的研究主要從3方面出發(fā)：降低振源的激振強(qiáng)度、切斷或削弱傳播途徑上的振動、對需要減振的對象進(jìn)行被動隔振等。

1）振源控制。地鐵列車的振源強(qiáng)度主要由列車和鋼軌以及兩者之間的接觸關(guān)系確定，試驗證明，車輛載重的減小可使得受影響建筑振動幅度有所降低；徑向轉(zhuǎn)向架的使用則使輪軸始終處于曲線的徑向位置，使車輪能夠順利通過曲線，從而減少輪軌的磨耗并且減小噪聲；采用彈性車輪、阻尼車輪和車輪踏面打磨等車輪平滑措施，可有效降低車輛振動強(qiáng)度。另外，根據(jù)現(xiàn)有地鐵的運(yùn)營維護(hù)經(jīng)驗，設(shè)備選型和招標(biāo)時選擇合理的軌道結(jié)構(gòu)類型，盡量采用阻尼鋼軌、重型鋼軌和無縫焊接長鋼軌，運(yùn)營期間對鋼軌表面進(jìn)行定期打磨，鋼軌接縫處加強(qiáng)保養(yǎng)等措施，均可以有效緩解地鐵振動影響。

2）振動傳播途徑控制。根據(jù)日本鐵路的研究經(jīng)驗，軌道結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）所產(chǎn)生的振動能量占全部振動的35%左右。軌道結(jié)構(gòu)既作為振源，又是傳播途徑中的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響最終的振動效應(yīng)。地鐵一般都采用整體道床，其中有包套式短枕整體道床、塑料短枕整體道床、浮置板式整體道床等。這幾種道床型式都可以有效改善軌道的不平順狀況，減輕列車的振動，降低線路的噪聲。一般來說，從減振效果來說碎石道床優(yōu)于整體道床，但碎石道床穩(wěn)定性差、養(yǎng)護(hù)工作量大、自重大、軌道建筑高度較大且道床易污染，因此宜采用整體道床。其彈性不足的問題可以利用減振效果好的彈性扣件或其它減振措施彌補(bǔ)。整體道床中浮置板式整體道床減振效果顯著，尤其是低頻減振效果更好。值得指出的是，無論是碎石道床還是整體道床，都可在碎石或混凝土板底面設(shè)置橡膠減振墊，減振效果可達(dá)10～15dB[3]。

屏障隔振也是一種常見的隔振方法，用來阻礙或改變振動波向屏蔽區(qū)域的傳播，目前有2種隔離模式：彈性基礎(chǔ)、減振溝和減振墻。一般來說，減振溝越深，其有效隔振頻率的下限就越低，減振效果就越好，它們可以完全切斷振動波的傳播，只要溝的深度足夠，就可以獲得理想的隔振效果。減振墻主要是指在地層下打入柱樁，形成柱列和柱陣，減振效果十分顯著。采用這種措施防止地鐵振動對沿線建筑的干擾，在國外已有成功案例。

3 地鐵噪聲的防治措施

城市軌道交通噪聲的防治，應(yīng)從控制噪聲源和噪聲的傳播途徑2方面考慮，盡量減少噪聲對沿線居民的干擾。

3.1 噪聲源控制

相關(guān)理論分析和試驗研究表明，噪聲最主要的來源是輪軌。與鐵路干線車輛不同，現(xiàn)代城市軌道交通車輛減振和懸掛系統(tǒng)得到了很大改善并采用了彈性車輪和降噪車輪，所以輪軌噪聲的控制主要是控制軌道結(jié)構(gòu)，這也是城市軌道交通最主要的噪聲源。結(jié)合目前國內(nèi)地鐵設(shè)計和運(yùn)營現(xiàn)狀，應(yīng)用最多的主要是下列幾種控制措施。

1）線路設(shè)計盡量不采用小半徑曲線，對運(yùn)營的小半徑曲線應(yīng)加強(qiáng)其維修養(yǎng)護(hù)，定期進(jìn)行鋼軌涂油工作，以減少輪軌摩擦產(chǎn)生的尖叫聲。

2）軌道設(shè)計采用重型軌道結(jié)構(gòu)并采取減噪措施，如采用普通碎石道床，比混凝土整體道床減少2～3 dB[3]；全線通長鋪設(shè)無縫線路能有效減少噪聲；在鋼軌與軌枕、軌枕與道床之間增加彈性墊層、在軌腰處涂防噪層；定期打磨鋼軌頂面，消除軌頂不平順。

3）鋪設(shè)超長無縫線路、減振扣件等都能有效減少噪聲。據(jù)國外測試資料統(tǒng)計，鋪設(shè)無縫線路后輪軌噪聲平均降低7 dB；如法國的輕軌車輪中鑲有一層彈性硬橡膠，軌道下設(shè)有彈性墊層，因而車輛運(yùn)行平穩(wěn)，當(dāng)列車以70 km/h速度行駛時，車廂內(nèi)噪聲只有68 dB[3]。

4）在軌腰處涂防噪層并定期打磨鋼軌頂面，消除軌頂不平順。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)鋼軌出現(xiàn)深達(dá)0.5mm以上的波形磨耗時，輪軌噪聲迅速增大，打磨后噪聲可降低10dB左右[3]。

3.2 噪聲傳播途徑控制

有條件的地帶可設(shè)樹障。應(yīng)在軌道邊側(cè)種喬木，再種灌木，一般它的容聲量為0.3 dB/m。在聲源和受聲點(diǎn)之間設(shè)計聲屏障，使聲波碰到屏障折射，不直接傳到收聲點(diǎn)，一般在靠聲源一側(cè)，貼有吸聲材料，以減少反射，設(shè)計好的聲屏障能降低噪聲10 dB[4]。

除了從減振降噪方面考慮軌道交通噪聲的防治措施外，還可以在條件允許的情況下，改變臨路第一排受軌道噪聲影響明顯的環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的使用功能。例如可將幼兒園、學(xué)校等噪聲敏感建筑更改為商用建筑等。另外，可考慮將面向噪聲源的敏感建筑改裝隔聲窗并加設(shè)通風(fēng)空調(diào)裝置，從而減少噪聲對這些建筑的影響。同時，在城市規(guī)劃時，尤其是建設(shè)對噪聲敏感的幼兒園、學(xué)校、住宅、醫(yī)院等建筑時，規(guī)劃、環(huán)保、交通等管理部門應(yīng)通力合作，科學(xué)布局、合理規(guī)劃，避免產(chǎn)生新的噪聲敏感點(diǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過振源與聲源控制、振動傳播與聲傳播的傳播途徑控制以及承受物防護(hù)控制3方面措施，參考國家標(biāo)準(zhǔn)和北京、上海等城市的地方標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合各地軌道交通的建設(shè)情況，因地制宜，綜合治理，能夠有效控制軌道交通的振動和噪聲影響。

[1]DB31/T 470—2009，城市軌道交通（地下段）列車運(yùn)行引起的住宅室內(nèi)振動與結(jié)構(gòu)噪聲限值及測量方法[S]．

[2]賈旭鵬.地鐵運(yùn)行振動的傳播規(guī)律和對地面建筑的影響[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[3]周裕德，儲益萍，祝文英，等.城市地鐵振動控制技術(shù)概述[C].2007年全國環(huán)境聲學(xué)學(xué)術(shù)討論會論文匯編.寧波．

[4]王德利.利用聲屏障降低鐵路噪聲對居民環(huán)境的影響[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，25（3）：381-383．