城市轨道交通中的振动和噪声控制

　　发展快速轨道交通不仅能有效改善城市的交通环境,而且还有助于城市建设和经济的发展。但是也应该承认,地铁交通系统在行驶过程中由于轮子与钢轨的撞击,产生冲击波和噪声。冲击波将在地铁轨道结构、隧道、土层和地面建筑物内转播,产生相应的振动,对周围环境可能造成不利影响,尤其是对贴近地铁隧道或直接建在地铁隧道上面的建筑物引起的过大振动将直接影响建筑物的使用性和适应性。因而在已有地铁时设计新建筑物,或在已有建筑物条件下设计地铁就应该考虑这种不利影响,采取有效的控制措施。但遗憾的是,我国现有的《建筑结构设计规范》和《地下铁道设计规范》都没有涉及这方面的内容。本文结合国内外理论研究成果和现场实测情况,分析了地铁振动的原因,初步总结了包括地铁结构和建筑物基础等方面的一些减隔振和降低噪声的技术措施。

　　1 地铁结构振动原因及影响

　　1.1 振动原因

　　当地铁列车以一定速度通过轨道时,车辆和轨道将产生振动,引起振动的原因可归结为[1]:1)机车本身的动力作用;2)机车和车辆以一定速度通过时的动力作用;3)轨道不平顺,以及钢轨顶面不均匀磨耗;4)车轮安装偏心产生的连续不平顺,以及车轮踏面不均匀磨耗引起的单独不平顺。

　　1.2 振动的影响

　　因地铁行驶产生的振动将引起列车振动和轨道结构振动,后者又会激励地铁隧道的振动,并引起贴近地铁隧道、或直接建在地铁隧道上面的建筑物振动。可能造成的不利影响主要有:1)机车和客车的平稳性降低,达不到规定的舒适度要求;2)过大的振动加速度会造成轨道部件,尤其是钢轨和道床的提前损伤,甚至破坏;3)钢轨的高频振动是地铁噪声的主要根源;4)贴近地铁隧道或直接建在地铁隧道上面的建筑物过大的振动影响建筑使用性和适应性。

　　2 振动控制方法

　　前述引起振动原因是多方面的,因此要减小轮轨间的撞击和由此产生的振动就应多因素分析,采取振动综合控制方法来解决问题。所谓振动综合控制,也就是为了达到有效的减隔振目的,在地铁规划、线路平面设计、轨道结构设计、线路施工和维修养护、以及减隔振体系的运用等方面技术措施的有机综合。其中减隔振体系的减隔振效果最为明显。下面以基础隔振体系为例,说明结构隔振的基本原理。图1为基础隔振体系对地面竖向动力作用反应的计算模型。其中:M为上部结构重量;Kv,Cv为隔振装置的刚度和阻尼系数;Xvg为地面竖向运动位移;Xvs为上部结构竖向运动位移。由达朗贝尔原理得到的运动微分方程如下:

式中:ωvn--结构竖向固有频率,