關(guān)于對廣州地鐵一號線地面正線采取減振降噪措施

郭峰

摘 要：本文對廣州地鐵一號線地面正線站場上蓋物業(yè)存在的振動和噪聲影響進行分析，結(jié)合既有線實際情況，提出了一些有針對性的措施和建議。

關(guān)鍵詞：振動噪聲；影響分析；措施建議

中圖分類號：U239.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0095-03

隨著城市的發(fā)展，可用建設(shè)用地愈發(fā)緊張，土地資源變得越來越寶貴，“軌道+物業(yè)”逐漸成為國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的主要發(fā)展模式。這種模式在保證站場基本功能正常發(fā)揮的前提下，通過對站點和車輛段土地進行多功能、多層次、立體化、高強度的綜合開發(fā)，獲取沿線站場土地和物業(yè)的增值收益，既可實現(xiàn)土地資源的高效集約利用，又能反哺地鐵建設(shè)和運營成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益。廣州地鐵的“軌道+物業(yè)”模式正處于快速發(fā)展階段，未來將有33個站場綜合體及7個綜合開發(fā)車輛段共計超過450公頃的建設(shè)用地用于物業(yè)開發(fā)。地鐵站場上蓋物業(yè)和沿線物業(yè)與地鐵線路相毗鄰的位置關(guān)系，決定了該類型物業(yè)天然地存在著振動和噪聲干擾問題。目前國家對環(huán)境保護工作越來越重視，同時隨著生活水平的不斷提高人們對環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高，如何采取有效的減振降噪技術(shù)措施，降低地鐵振動和噪聲對上蓋物業(yè)的不利影響，是決定“軌道+物業(yè)”發(fā)展模式能否順利實施的關(guān)鍵[1-2]。

本文對廣州地鐵一號線地面正線運營對坑口站上蓋物業(yè)和計劃實施的西朗車輛段上蓋物業(yè)產(chǎn)生的振動和噪聲影響進行分析，結(jié)合既有線實際情況，提出了一些有針對性的措施和建議。

1 地面正線運營情況和沿線物業(yè)發(fā)展情況介紹

1.1 地面正線運營情況介紹

廣州地鐵一號線地面正線線路長2.04km，設(shè)兩座地面車站（西朗和坑口站），線路從西朗起點向北，經(jīng)過坑口站，在開往花地灣站的途中轉(zhuǎn)入地下，設(shè)一座西朗車輛段（位于西朗至坑口站區(qū)間地面正線旁），于1997年6月28日開通運營。地面正線采用無縫線路，P60鋼軌，扣件采用TB1495-84彈條I型扣件，S-2型鋼筋混凝土長枕，道床采用厚度為400mm的雙層碎石道碴道床。地面正線在坑口站南側(cè)設(shè)4組道岔，均采用P60、9#、木枕單開道岔，其中3組為正線道岔，1組為非正線道岔。一號線采用A型車6節(jié)編組，最高速度80km/h，列車長約140m，日常運營時間：6：00-24：00，高峰期行車間隔為3分鐘左右。

1.2 沿線物業(yè)發(fā)展情況

在上世紀(jì)90年代初，地面正線周邊區(qū)域處于廣州市尚未開發(fā)的城市邊緣地區(qū)，但經(jīng)過二十多年的發(fā)展，沿線物業(yè)發(fā)展迅速；目前位于坑口站至洞口地面段沿線相繼建成了康乃馨苑、小康人家、盛大藍庭等多個住宅小區(qū)；在坑口站于2017年建成了上蓋綜合體荔勝廣場，下一步還計劃在西朗車輛段進行上蓋綜合開發(fā)改造。一號線地面正線沿線物業(yè)發(fā)展?fàn)顩r見圖1所示，一號線地面軌道與物業(yè)位置關(guān)系見圖2所示。

1.3 目前地面正線已經(jīng)采用的主要減振降噪措施

（1）鋪設(shè)P60重型鋼軌，以增大鋼軌質(zhì)量，減少列車振動。同時采用焊接長鋼軌鋪設(shè)無縫線路，盡可能減少鋼軌接頭，提高軌面的平順性；（2）軌道扣件采用TB1495-84彈條I型扣件，減少軌道振動；（3）采用鋼筋混凝土長枕，道床采用厚度為400mm的雙層碎石道碴道床，增強軌道的彈性；（4）采用“不落輪鏇床”，為保證車輪的圓整，減少輪軌表面的粗糙不平滑而產(chǎn)生的輪軌之間的撞擊，從而減小車輛運行振動和噪聲；（5）在西朗至坑口區(qū)間東側(cè)大部分地段安裝了聲屏障，有效地減低了噪聲對外部的影響。

2 地面正線振動和噪聲影響狀況分析

將坑口和西朗站及區(qū)間線路設(shè)計為地面站線，是基于當(dāng)時該區(qū)域所處的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展規(guī)劃等多方面因素綜合考慮的結(jié)果，在設(shè)計上當(dāng)時也對地面正線采取了有效的減振降噪措施，這些措施是可以滿足當(dāng)時的外部環(huán)境要求的。但后期開發(fā)的沿線物業(yè)，對振動和噪聲等環(huán)境方面提出了更高的要求。例如坑口站上蓋物業(yè)荔勝廣場，定位為區(qū)域型優(yōu)質(zhì)購物中心和政企聯(lián)手打造華南新三板暨風(fēng)投創(chuàng)投綜合服務(wù)創(chuàng)新平臺，西朗車輛段上蓋物業(yè)計劃打造成城市大型綜合開發(fā)體；由于這兩處上蓋物業(yè)都離地面正線較近，特別是荔勝廣場距離正線軌道最近為27米，這難免受到振動和噪音的不利影響[3-4]。

2.1 地面正線振動和噪聲的特點

地鐵車輛在軌道上運行時，會對附近地面建筑物產(chǎn)生振動和噪聲影響，振動和噪聲兩者是密切相關(guān)的，不可分開；振動越大，則噪聲也就越大。

2.1.1 振動的產(chǎn)生和特點

在地鐵運營過程中，列車車輪與鋼軌之間產(chǎn)生撞擊振動，車輛在地面段運行，振動通過鋼軌、扣件、軌枕及道床傳到地面，進而引起地面建筑的振動。振動是通過固體介質(zhì)進行傳播，這種振動會對周圍建筑物環(huán)境產(chǎn)生一定影響。影響地鐵振動的因素很多，包括列車速度、車輛條件、軌道結(jié)構(gòu)、線路埋深、環(huán)境地質(zhì)條件、周圍建筑物構(gòu)造及與振源的距離等因素有關(guān)；從建筑物結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)類型方面來說，對于基礎(chǔ)良好、質(zhì)量較大的高層鋼筋混凝土建筑物，由于其固有頻率低，不易被激起較大的振動；相反對于一些基礎(chǔ)較差的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)或淺基礎(chǔ)建筑物，其振級與土壤振級接近，甚至?xí)霈F(xiàn)振動放大的情況。

2.1.2 噪聲的產(chǎn)生和特點

（1）地鐵噪聲的主要特點是間歇性，地鐵列車對應(yīng)不同的運行狀態(tài)和速度等級，引起的噪聲主要包括輪軌噪聲、車輛設(shè)備噪聲、結(jié)構(gòu)二次噪聲、列車運行車體噪聲等。一號線地面線列車運行速度一般為40～80km/h，因此其噪聲主要為列車運行過程中的輪軌噪聲和車輛設(shè)備噪聲。（2）輪軌噪聲是由車輪與鋼軌相互作業(yè)而產(chǎn)生振動向外輻射出聲波；主要有滾動噪聲、沖擊噪聲、滑動噪聲。滾動噪聲是通常沒有擦傷的車輪在直線軌道上運行時，車輪滾動而產(chǎn)生的噪聲，這是由于鋼軌與車輪表面上的小面積粗糙造成的。沖擊噪聲：是車輪通過軌縫、道岔等或車輪扁塌等引起附加的輪軌沖擊力，激發(fā)鋼軌和車輪的振動噪聲。滑動噪聲：是車輛通過小半徑曲線時，由于車輪受到轉(zhuǎn)向架的約束，不能正切于鋼軌運行，也即車軸不能處于曲線的徑向位置，于是引起車輪沿著鋼軌滾動的同時產(chǎn)生橫向滑動，由此產(chǎn)生輪軌接觸表面的粘著和空轉(zhuǎn)，引起車輛共振，產(chǎn)生強的窄頻帶噪聲，也稱為尖叫噪聲。（3）車輛設(shè)備噪聲主要包括牽引電機噪聲、齒輪箱噪聲和空壓機噪聲；同時還伴有空調(diào)制冷設(shè)備噪聲、通風(fēng)設(shè)備噪聲、電氣噪聲、鳴笛噪聲、制動噪聲等。

2.2 地面正線振動和噪聲的影響狀況分析

2.2.1 振動影響分析

一號線地面正線采用P60無縫線路鋼軌、預(yù)應(yīng)力混凝土長枕、彈性扣件和雙層一級石碴道床，軌道具有較好的減振效果，同時沿線已建成物業(yè)和計劃開發(fā)物業(yè)都為鋼筋混凝土建筑物、基礎(chǔ)較好，因此列車通過時對建筑物的振動影響很??；另外沿線物業(yè)也沒有反饋過地鐵運行引起建筑物振動情況的發(fā)生。

2.2.2 噪聲影響分析

一號線地面正線噪聲源可視為位于軌道中心線上方，高出軌面0.25m的由連續(xù)互不相干的偶極子組成的有限長線聲源，其長度為列車長度。目前，在一號線高峰時，列車兩個方向每小時可通過二十至三十對列車，高頻次的列車噪聲會對沿線環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。對于列車行車噪聲，在距列車一定距離的范圍內(nèi)可將列車當(dāng)做線聲源，其傳播規(guī)律為：

Lr=Lr0-10lg（r/r0）

式中r0代表參考點到軌道中線的垂直距離；r代表評價點到軌道中線的垂直距離；Lr代表r處的聲級；Lr0代表處r0的聲級。

地面軌道在沒有障礙物等因素影響下，噪聲隨距離而衰減。北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心曾對北京地鐵13號線地面段軌道進行噪聲距離衰減測試，測試結(jié)果見表1所示，北京地鐵13號線是北京第一條全地面軌道的城市軌道路線，正線采用碎石道床和無縫線路，與廣州地鐵一號線地面正線相似。

3 降低噪聲的措施

隨著一號線沿線區(qū)域經(jīng)濟和社會的發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，需要包括物業(yè)開發(fā)企業(yè)在內(nèi)的各方面，共同采取必要的措施來降低噪聲的影響。下面將根據(jù)一號線地面正線的實際情況，結(jié)合所處的外部環(huán)境，從聲源控制和傳播過程控制兩個方面進行分析，提出一些有針對性的措施和建議[5-6]。

3.1 聲源控制方面

根據(jù)上面的分析，一號線地面正線聲源主要由輪軌噪聲和車輛設(shè)備噪聲兩方面組成，本文主要從輪軌方面進行分析。輪軌噪聲控制要考慮在軌道和車輛走行部兩方面采取措施，軌道方面一般采用減少鋼軌接頭、減少軌道振動、提高軌道平順性等措施；車輛走行部一般采用改善車輛縱橫向動力學(xué)性能和提高車輛的曲線通過性能等措施。具體措施如下：

3.1.1 消除軌道普通接頭，降低輪軌沖擊噪聲

由于普通接頭處鋼軌存在軌縫，列車通過時輪軌動力作用大，會產(chǎn)生較大的沖擊噪聲，根據(jù)國內(nèi)大量試驗結(jié)果表明，列車通過鋼軌接頭處的輪軌噪聲比通過非接頭處部位增加5至9dB（A）。因軌道電路隔離和閉塞的需要，坑口站往洞口方向上下行共設(shè)置了4對鋼軌接頭，其中兩對為普通絕緣接頭，兩對為普通接頭，這在一定程度上增加了輪軌噪聲。目前在國內(nèi)鐵路行業(yè)，為了消除軌道接頭，在鐵路正線上已大量推廣使用了膠接絕緣接頭，該類型接頭可完全消除鋼軌接頭縫隙，在絕緣性能、剪切阻力、疲勞強度、抗損傷等方面均優(yōu)于普通絕緣接頭。根據(jù)地面正線的實際情況，可考慮采用廠制膠接絕緣接頭代替普通絕緣接頭，兩側(cè)用鋁熱焊接頭代替普通接頭的方法進行施工，可有效提高軌道平順性，降低輪軌沖擊噪聲。

3.1.2 對有縫道岔進行無縫化改造，降低輪軌沖擊噪聲

坑口站南側(cè)正線鋪有3組道岔，該道岔為P60、9號單開、高錳鋼轍叉道岔（圖號：專線4115），采用木枕石碴道床，均為正線直向通過道岔。該類型道岔直向上設(shè)置了8個普通鋼軌接頭，側(cè)向上設(shè)置了6個普通鋼軌接頭，其中2個為普通絕緣接頭，由于該道岔存在著較多的普通接頭，列車通過時會產(chǎn)生較大的沖擊噪聲。通過對有縫道岔進行無縫化改造，盡可能減少接頭數(shù)量，降低列車通過道岔時的沖擊作用，以達到降低噪聲的目的。目前按照鐵路既有線路無縫化改造的做法，對道岔無縫化改造有接頭焊接和接頭凍結(jié)兩種，從焊連方式來說有兩類，全焊連和半焊連兩種方式。全焊連道岔是對固定型轍叉道岔的鋼軌接頭除絕緣接頭采用膠接絕緣接頭、轍叉前后4個接頭及曲股接頭可采用凍結(jié)接頭外，其余接頭應(yīng)全部焊連。半焊連道岔是對固定型轍叉道岔的直股鋼軌接頭除絕緣接頭采用膠接絕緣接頭、轍叉前后4個接頭可采用凍結(jié)接頭外，直股其余接頭應(yīng)全部焊連。凍結(jié)接頭是采用夾板與高強螺栓聯(lián)結(jié)鋼軌，使軌端密貼或預(yù)留小軌縫，將鋼軌鎖定阻止其伸縮的一種接頭形式。

坑口站道岔側(cè)向行車較少，可考慮采用半焊連（凍結(jié)）方式進行改造，具體見圖3所示：

3.1.3 將Ⅱ型軌枕換鋪Ⅲ型軌枕，提高軌道穩(wěn)定性，降低鋼軌振動引發(fā)的噪聲

目前地面正線鋪設(shè)的軌枕為S-2型屬Ⅱ型軌枕，扣件為鐵路Ⅰ型彈條扣件；該類型軌枕是我國鐵路于上世紀(jì)80年代研制并使用的一種軌枕，隨著我國鐵路提速和運量的增加，該類型軌枕在鐵路正線目前已被淘汰；90年代以后我國又開始研制和推廣使用Ⅲ型枕和改進Ⅱ型枕，目前鐵路正線碎石道床軌道上普遍鋪設(shè)新Ⅱ型枕或Ⅲ型枕。對這三種類型的軌枕進行比較見表2所示。

Ⅲ型軌枕比S-2（Ⅱ型）軌枕軌下和中間截面的承載力分別提高了43%和65%，軌枕軌下截面靜載抗裂強度達到210kN，中間截面可以達到170kN。Ⅲ型軌枕比S-2（Ⅱ型）軌枕相比，加寬了枕底寬度，使之與道床的的支承面積增加17%，端部側(cè)面積增加20%，對于提高道床縱橫向阻力和軌道穩(wěn)定性十分有利。未來一號線地面正線在結(jié)合西朗車輛段上蓋和西朗站改造同步進行改造時，可考慮將既有Ⅱ型軌枕改鋪Ⅲ型軌枕，相應(yīng)扣件進行同步升級，以提高軌道的穩(wěn)定性，降低鋼軌振動引發(fā)的噪聲。

3.1.4 保持車輪踏面技術(shù)狀態(tài)良好

經(jīng)常保持車輪踏面圓整、修正踏面擦傷，提高走形部的動力學(xué)性能；同時可考慮在列車上加裝車載涂油器，保持輪緣和鋼軌接觸部位潤滑，可降低輪軌噪聲。

3.2 傳播過程控制

噪聲傳播過程中會因空氣、障礙物等影響存在能量的衰減，因此如果能在噪聲傳播過程中，增加障礙物引起的附加衰減，則可以使噪聲干擾迅速減少，降低噪聲的影響。

3.2.1 安裝聲屏障

安裝聲屏障是控制地鐵沿線噪聲的重要措施，聲屏障降噪原理就是在聲援和接收點之間，垂直插入一個有足夠面積和密度的密實材料壁板和墻壁，使聲波在傳遞過程中有一個明顯的衰減，其作用是阻止噪聲的直接傳播、隔離滲透聲、并使反射聲有足夠的衰減。聲屏障的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)不同的噪聲敏感點和所處的環(huán)境，采取不同形式，一般有直立式、反射式、全反射式、全封閉式四種。聲屏障的材料主要包括鋼筋混凝土、塑料有機玻璃類、金屬板類等。聲屏障的安裝主要考慮設(shè)置位置、高度、長度、結(jié)構(gòu)形式、選用材料、預(yù)期效果、造價、安全可靠度、外觀效果等因素，總之聲屏障的確定，要根據(jù)具體情況具體分析，不同聲屏障結(jié)構(gòu)類型可能衰減噪聲值見表3所示。

3.2.2 受聲點的直接防護措施

對于一些距離噪聲源較近的建筑物，聲屏障無法滿足其環(huán)境要求時，有必要對受聲點進行防護，減少外界噪聲的干擾。

（1）將面向噪聲源的門、窗等設(shè)計為全封閉式門、窗，并加設(shè)通風(fēng)設(shè)備；（2）應(yīng)加強建筑物自身的吸聲和隔聲能力。例如對靠近地鐵線路的墻體應(yīng)適當(dāng)加厚以提高其隔聲能力，在其外表面增設(shè)吸聲層以提高吸收噪聲的能力。

4 結(jié)語

本文僅對廣州地鐵最早開通的一號線地面正線站場上蓋物業(yè)存在的振動和噪聲問題進行分析，提出了一些有針對性的措施和建議。廣州軌道交通建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，軌道上蓋物業(yè)也正處于加速發(fā)展階段。對于新建線路，建議在進行線路規(guī)劃設(shè)計時，將站場的上蓋開發(fā)及其減振降噪一起進行總體規(guī)劃和統(tǒng)籌考慮。對于已經(jīng)建成的站場進行改造和上蓋開發(fā)，考慮到這些站場有很多在規(guī)劃設(shè)計時，沒有考慮后期的開發(fā)利用，在后期再考慮開發(fā)時，原有的設(shè)計很難再改變，能采取的改善環(huán)境的措施也比較有限，建議后期改造時應(yīng)委托專業(yè)機構(gòu)，根據(jù)既有站場的實際情況、軌道與上蓋物業(yè)的位置關(guān)系、振動和噪聲污染源等影響因素，對振動和噪聲進行測試和評估，確定經(jīng)濟、可行、有效的減振降噪方案，實現(xiàn)軌道上蓋物業(yè)安全、舒適、健康的外部環(huán)境，確?！败壍?物業(yè)”發(fā)展模式能夠順利、平穩(wěn)發(fā)展。

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