城市轨道交通振动与噪声研究
摘 要：城市轨道交通给人们带来便捷的同时，也给沿线的居民和建筑物带来振动与噪声等环境污染公害。本文从分析城市轨道交通振动与噪声的来源入手，介绍了振动与噪声的评价标准和预测方法，提出了相应的控制措施和途径，以达到减振降噪的目的，为解决好城市轨道交通发展中的环境问题提供参考。
关键词：城市轨道交通，振动，噪声，减振降噪
1．引言
城市轨道交通以其快速、安全、时间准确、乘坐舒适等优点成为解决城市交通拥堵问题的有效手段，给人们的生活、生产活动带来了便利，同时也成为了新的振动与噪声的发生
源。尤其是在密集的居住区、商业中心和工业区，城市轨道交通已经造成了不可忽视的振动与噪声污染，而且随着人们对生活质量要求的日益提高，也越来越引起公众的关注。另外，在高科技生产企业、医院和科研机构等单位中，其日常使用的高精密仪器对周围环境振动的敏感程度也日益增加，这也对新的振动污染源的设防提出了更高的要求。因此，控制城市轨道交通的振动与噪声对环境的污染，已经成为环境保护领域亟待研究和解决的重要问题。
轨道结构既是城市轨道交通的振源，也是振动传播途径中的一个重要环节。本文从分析城市轨道交通振动与噪声的来源入手，介绍了振动与噪声的评价标准和预测方法，提出了相
应的控制措施和途径，以达到减振降噪的目的。
2．城市轨道交通振动与噪声的来源
2.1 振动源
国内外研究表明，城市轨道交通的主要振动源为：机车车辆动力系统的振动，通过车轮与轨道结构的动态相互作用，引起轨道结构的振动。由于车辆和轨道这两个系统的振动是一
种耦合关系，这种耦合振动最终要通过轨道结构的传递形成输出。对于高架结构，轨道的振动通过桥梁墩台传递到地面；对于地铁，轨道的振动通过周围的土介质传递到地表。地面的振动又传会给周围的建筑物而诱发二次振动。
2.2 噪声源
城市轨道交通噪声按主要来源可以分为以下几类[1, 2]：轮轨系统噪声；动力系统噪声；结构系统噪声；空气动力噪声。其中轮轨系统噪声可以细分为三种主要类型：滚动噪声、冲击噪声和尖叫噪声。滚动噪声主要是由列车运行时，由于轮轨表面粗糙不平、钢轨表面伤痕、马鞍型磨耗及轮轨尺寸偏差引起车轮和钢轨相互振动，并通过结构传递产生的噪声。冲击噪声主要是车轮通过钢轨接头、道岔部分以及车轮踏面擦伤、剥离等轮轨表面的不连续性而引起的垂直激励而产生的非连续性振动并辐射的噪声。尖叫噪声主要是列车通过小半径曲线时，车轴不能处于曲线的径向位置，引起车轮沿着钢轨滚动时横向滑过轨头，产生轮轨接触面的粘着和空转，引起车轮共振，产生强的窄频带的噪声。研究表明[3]，随着列车运行速度V 的变化，轨道交通中起主要作用的噪声源也随之变化，其大概对应关系如图1 所示。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。因此，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。
3．城市轨道交通振动与噪声的评价
3.1 振动评价
描述振动的物理量为频率和振幅。对人体来说，能感知的振动频率范围是1～1000Hz。对于环境振动，人们所关心的是人体反应特别敏感的1～80 振动，这主要是由于人体的各种
组织器官的共振频率集中在这个范围。振动会对结构、设备及周围建筑物造成损害，同时对人体身心产生不利影响。评价一种振动对人体的影响，一般与振动的频率、振动加速度大小、暴露振动下的时间长短和振动方向有关。根据振动强弱对人体的影响，大致有四种情况：（1）振动的“感觉阈”；（2）振动的“不舒适阈”；(3)振动的“疲劳阈”；（4）振动的“危险阈”。1988年，我国根据实际情况制定实施了《城市区域环境振动标准》（GB10070－88）[4]，对城市各类区域铅垂方向振动允许标准规定如表1 所示。
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