城市轨道交通减振降噪技术研究

    城市轨道交通是城市公共交通的一种便捷工具,是解决城市交通拥挤的一项切实可行的措施。目前,城市轨道交通进入了快速发展阶段“,十五”末,我国有9个城市拥有运营线路,总里程约450公里;经过五年建设“,十一五”末,运营线路的城市达到12个,总里程约1400公里;规划“十二五”末,我国拥有运营线路的城市将达到27个,运营总里程超过3000公里。

    由于城市轨道交通工程结构的特殊性,其产生的振动和噪声问题已引起了社会的广泛关注。美国纽约地铁车站噪声曾高达100～115dB,接近人耳的痛阈[1]地铁1号线西单车站附近的居民,就地铁造成的振动和结构噪声问题进行过投诉,4号线通过北京大学遥感物理楼时因为振动问题引起过不小的争议;我国某城市地铁现场测试表明,当地铁列车仅以15～20km/h的速度通过时,地铁正上方居民住宅的振动高达85dB[2]。目前,对城市轨道交通振动和噪声问题的研究已成为人们日益关注的扰民和公害问题。

    1 振动和噪声的产生与传播机理

    轨道交通噪声产生实质上和振动是密不可分的。振动越大,则噪声也就越大。它们是通过不同介质进行传播的。

    1.1 振动的产生与传播机理

    城市轨道交通在运营过程中,列车车轮与钢轨之间产生撞击振动,经过轨枕、道床,传递至隧道或桥梁基础,再传递给地面,从而对周围区域产生振动,并进一步传播到周围建筑物。这种振动干扰不仅对地铁沿线民宅、学校、医院等环境产生不良影响,而且可能对沿线基础较差的建筑物造成损害。

    振动波在土介质中的传递过程,其作用机理及传播特性与地震基本相同。这些振动波遇到自由界面时,在一定条件下重新组合,形成一种弹性表面波,随着离振源距离的不同,它们之间的能量也在改变,同时传播速度、衰减率也为距离的函数。根据振动传播理论,振动从地面进入建筑物,不同结构建筑物其振动衰减也不同。

    1.2 噪声的产生与传播机理

    大量研究结果表明,列车引起的噪声可分为四个部分:轮轨噪声、集电噪声、车厢的空气动力噪声和桥梁结构的二次振动噪声。随着列车运行速度的变化,轨道交通的主噪声源也随之变化。轨道交通的噪声源图如图1所示。我国城市轨道交通列车运行速度一般在60～80km/h,故相应的主噪声源为轮轨噪声,有效分析轮轨噪声产生的机理是找到城市轨道交通减振降噪的关键。

    城市轨道交通轨道结构的轮轨噪声的振动来源于轨道的不平顺。钢轨与运行中的列车车轮相互作用,激起钢轨和轨下基础的振动,钢轨就向外辐射噪声,振动随轨下基础向周围传递,或引起振动,或造成结构的“二次噪声”。