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      地鐵、輕軌等城市軌道交通會(huì)給市民和旅客帶來(lái)便捷,同時(shí)也會(huì)給沿線的居民和建筑物帶來(lái)振動(dòng)及噪聲等環(huán)境污染的公害。因此,控制城市軌道交通的振動(dòng)和噪聲污染,已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域急待研究和解決的重要問(wèn)題。
1 城市軌道振動(dòng)和噪聲的來(lái)源與危害
1．1城市軌道交通振動(dòng)的來(lái)源
軌道交通的主要振動(dòng)源為:機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng),通過(guò)車(chē)輪與軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)相互作用,引起軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng);這些振動(dòng)通過(guò)地基又傳給周?chē)慕ㄖ?。?chē)輪和鋼軌長(zhǎng)期相互作用都會(huì)產(chǎn)生磨耗,輪子可能失圓或產(chǎn)生扁疤,鋼軌可能會(huì)產(chǎn)生波浪形磨耗。狀態(tài)不良的輪軌相互作用會(huì)使振動(dòng)加劇。
1．2城市軌道交通振動(dòng)的危害
可能造成的不利影響主要有: （1）機(jī)車(chē)和客車(chē)的平穩(wěn)性降低,影響舒適度,直接影響列車(chē)內(nèi)的駕駛?cè)藛T和乘客;（2） 過(guò)大的振動(dòng)加速度會(huì)造成軌道部件,尤其是鋼軌和道床的提前損傷,甚至破壞;（3） 鋼軌的高頻振動(dòng)產(chǎn)生了地鐵噪聲;（4） 過(guò)大的振動(dòng)會(huì)影響貼近地鐵隧道或直接建在地鐵隧道上面的建筑物的使用;（5）某些地區(qū),振動(dòng)可能使隧道周?chē)能浫醯貙?如飽和砂土或粉土) 產(chǎn)生液化,嚴(yán)重的地方可能威脅到地鐵列車(chē)的運(yùn)行安全,乃至人們的生命安全。
振動(dòng)對(duì)建筑物的影響,輕微的會(huì)出現(xiàn)墻皮剝落、墻壁龜裂、地板裂縫,嚴(yán)重則導(dǎo)致基礎(chǔ)變形或下沉。像地鐵的運(yùn)行是一個(gè)長(zhǎng)期的、每天均持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程,即使不足以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)建筑物產(chǎn)生明顯的影響,長(zhǎng)期積累之后,對(duì)建筑物的疲勞損傷、安全性能下降等方面的結(jié)果如何,都需要進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評(píng)估。
1．3城市軌道交通噪聲的來(lái)源
城市軌道交通包括地鐵，輕軌，高架鐵路等形式。 對(duì)于不同的軌道交通形式， 其噪聲產(chǎn)生機(jī)理和來(lái)源也不盡相同， 噪聲的傳播方式和影響程度也不一樣。 綜合考慮，噪聲的產(chǎn)生主要來(lái)源于三個(gè)方面：
（1） 機(jī)械噪聲及結(jié)構(gòu)噪聲，包括：
滾動(dòng)噪聲： 這是由于物理結(jié)構(gòu)方面引起的噪聲污染。因?yàn)檐?chē)輪踏面和鋼軌表面并不是完全絕對(duì)平滑，表面粗糙凸,凹不平和鋼軌表面?zhèn)鄣仍蚨紩?huì)使車(chē)輛在鋼軌上運(yùn)行不是單純的滾動(dòng), 而是在滾動(dòng)的同時(shí)在極小范圍內(nèi)產(chǎn)生跳動(dòng), 輪間出現(xiàn)一定的沖擊, 使鋼軌和車(chē)輪產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)而發(fā)出噪聲。
沖擊噪聲： 輪軌沖擊噪聲是車(chē)輪通過(guò)鋼軌接頭和道岔部分以及車(chē)輪踏面擦傷以及剝離處由于沖擊而產(chǎn)生的噪聲。從噪聲源來(lái)考慮， 分為軌道振動(dòng)噪聲和車(chē)輪振動(dòng)噪聲兩種情況。 沖擊噪聲與滾動(dòng)噪聲不同之處是沖擊，而且是不連續(xù)的。
摩擦噪聲： 摩擦噪聲是車(chē)輛通過(guò)小半徑曲線和道岔時(shí)產(chǎn)生的高頻率的刺耳聲， 在曲線區(qū)段，盡管車(chē)輪踏面有一定錐度， 車(chē)輛仍然不能以純滾動(dòng)通過(guò)曲線， 由于輪軌之間的摩擦，產(chǎn)生了刺耳尖叫聲。
結(jié)構(gòu)噪聲： 由于輪軌表面相互作用產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)軌道、橋梁、地基等傳遞，導(dǎo)致橋梁、地下結(jié)構(gòu)、附近建筑墻壁、樓板振動(dòng)而產(chǎn)生輻射噪聲。
（2）車(chē)輛設(shè)備的噪聲：包括通風(fēng)機(jī)、 壓縮機(jī)、 牽引電機(jī)的噪聲。
（3） 車(chē)輛運(yùn)行時(shí)的空氣動(dòng)力噪聲。城市軌道交通噪聲主要是由列車(chē)運(yùn)行時(shí)輪軌相互撞擊產(chǎn)生的，這種噪聲通過(guò)空氣傳播到附近建筑物， 從而給建筑物及人們的生活帶來(lái)不利影響。
1.4城市軌道交通噪聲的危害
噪聲是由空氣振動(dòng)推動(dòng)粒子以波的形式被耳朵接受。波的壓力轉(zhuǎn)換成離子和電子形式被耳蝸細(xì)胞接受， 制造刺激從而被大腦感知為聲音，噪聲對(duì)人的影響是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。不僅與噪聲性質(zhì)有關(guān)，而且還與每個(gè)人的生理狀態(tài)及社會(huì)生活等多方面因素有關(guān)。 噪聲級(jí)越高， 對(duì)人的危害性越大，即使噪聲級(jí)較低， 雖然不能直接危害人的健康，但也會(huì)影響和干擾人的正常活動(dòng)。 噪聲對(duì)人的危害主要是： 造成人的聽(tīng)覺(jué)疲勞或聽(tīng)力損傷；影響人身體健康；干擾談話和擾亂睡眠； 對(duì)兒童學(xué)習(xí)造成危害以及影響人們的工作和正常生活。
2 城市軌道的減振降噪的綜合措施
城市軌道交通的振動(dòng)與噪聲是不同的, 因而治理時(shí)需要針對(duì)其特性采取有針對(duì)性的措施。但噪聲與振動(dòng)問(wèn)題也是相關(guān)的, 在制定治理規(guī)劃時(shí), 可采取綜合整治措施。發(fā)展城市軌道交通必然要解決其噪聲與振動(dòng)問(wèn)題。由于引起噪聲與振動(dòng)的原因是多方面的, 決定了其控制措施也是多方面的，下面列舉一下城市規(guī)道的減振降噪的綜合治理措施。
2. 1 　車(chē)輛的減振降噪措施
（1) 對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì),使系統(tǒng)的工作頻
遠(yuǎn)離共振區(qū)和不穩(wěn)定區(qū),盡量避免電磁耦合激發(fā)振動(dòng)和噪聲。
（2) 在機(jī)車(chē)車(chē)輛上使用新型減振器,能有效地降低振動(dòng)和噪聲。目前在國(guó)內(nèi)外的城市軌道交通中,金屬- 橡膠復(fù)合減振器是應(yīng)用最為廣泛的減振降噪裝置。這是由于橡膠在很寬的溫度范圍內(nèi)具有獨(dú)特的粘彈行為,不僅可以象鋼彈簧一樣通過(guò)彈性形變來(lái)吸收、儲(chǔ)存沖擊能量,而且還可以通過(guò)分子鏈相對(duì)運(yùn)動(dòng)而大幅度地消耗能量。然而,橡膠件既是減振降噪的主要部分,也是影響使用壽命的關(guān)鍵部分。以少量具有納米片層結(jié)構(gòu)的有機(jī)改性蒙脫土與橡膠進(jìn)行插層納米復(fù)合,可顯著降低材料的疲勞生熱,延緩疲勞破壞過(guò)程,從而改善橡膠的強(qiáng)度、耐蠕變、耐疲勞和耐老化等綜合性能,使減振器的質(zhì)量和機(jī)車(chē)車(chē)輛的舒適性、安全性得到較大的提高。除金屬- 橡膠復(fù)合減振器外,目前國(guó)際上開(kāi)始將自適應(yīng)(有源/ 半有源) 電/ 磁流變液減振器用于車(chē)輛的懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架系統(tǒng),以有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼或剛度特性。
（3) 在車(chē)輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用直線電機(jī)技術(shù),可省去齒輪箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu),減少了許多噪聲源,噪聲水平比一般車(chē)輛可降低大約10 dB(A) 。
（4) 采用徑向轉(zhuǎn)向架能避免車(chē)輪在鋼軌上的蠕動(dòng),使車(chē)輛能順利地通過(guò)曲線，減少輪軌磨耗和消除常規(guī)轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的尖叫聲,因而噪聲比一般車(chē)輛降低近20 dB(A) 。
（5) 采用彈性車(chē)輪、充氣橡膠車(chē)輪、阻尼車(chē)輪及彈性踏面車(chē)輪等技術(shù),通?？蓽p振降噪2～10 dB（A）。像北京地鐵13 號(hào)線車(chē)輛上采用了車(chē)輪降噪阻尼器，可以有效消除中高頻尖叫聲，從而實(shí)現(xiàn)控制輪軌噪聲的目的。
（6) 用改變車(chē)輪結(jié)構(gòu)的方法來(lái)改變?cè)肼暤陌l(fā)射性能,可降低輪軌噪聲。如德國(guó)通過(guò)把制動(dòng)盤(pán)放在輪心上來(lái)減少噪聲,試驗(yàn)結(jié)果證明對(duì)1 kHz 以上的噪聲大約可降低5 dB(A) 。
2. 2 　軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和噪聲控制
軌道結(jié)構(gòu)主要由鋼軌、扣件及軌下基礎(chǔ)組成。根據(jù)振動(dòng)理論,輪軌之間的振動(dòng)噪聲與軌道各部件的質(zhì)量、剛度以及結(jié)構(gòu)阻尼密切相關(guān)。軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪主要是通過(guò)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在國(guó)內(nèi)外軌道交通減振降噪研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)軌道交通的實(shí)際,對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪可采取下列有效措施:
（1) 采用焊接長(zhǎng)鋼軌,可減少因列車(chē)通過(guò)鋼軌接頭所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。北京地鐵十三號(hào)線和五號(hào)線的軌道在具備無(wú)縫線路鋪設(shè)條件的地段,全部鋪設(shè)無(wú)縫線路，有效地降低噪聲和減少振動(dòng)。
（2) 采用鋼軌打磨技術(shù),以控制軌道的不平順度,保證輪軌接觸面的良好狀態(tài),從而獲得良好的減振降噪效果。實(shí)踐表明,鋼軌打磨后,在振動(dòng)頻率為8～100 Hz 范圍內(nèi),振動(dòng)噪聲可下降4～8 dB(A) 。
（3) 采用防振型鋼軌,在鋼軌軌腰兩側(cè)粘貼(或包覆) 防振吸音材料(如橡膠、樹(shù)脂等) ,可有效地減少噪聲。
（4) 采用減振型扣件(如雙重鐵墊板式、剪切型、壓縮型和低剛度型等扣件) 。為了增加軌道的彈性,北京八通線的鋼軌扣件采用雙彈性墊層設(shè)計(jì),即在軌下和分開(kāi)式扣件鐵墊板下均設(shè)靜剛度系數(shù)較小的橡膠墊板。
（5) 采用彈性支承塊式無(wú)碴道床軌道。目前我國(guó)軌道交通主要采用支承塊式混凝土整體道床,由于只有扣件彈性墊板一個(gè)減振環(huán)節(jié),其減振效果并不理想。如在扣件墊板和支承塊下各設(shè)置一層橡膠墊,便能大大降低軌道整體支承剛度,顯著提高軌道的減振降噪性能。但在北京地鐵依舊是采用支承塊式混凝土整體道床。
（6) 采用浮置板式軌道結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)使用扣件把鋼軌固定在鋼筋混凝土浮置板上,浮置板置于橡膠支座上,浮置板兩側(cè)用彈性材料固定,形成一種質(zhì)量- 彈簧系統(tǒng)。該系統(tǒng)含三層水平墊板(鋼軌下橡膠墊板、鐵墊板下橡膠墊板、浮置板下橡膠板) 和一層側(cè)向墊板。該種軌道結(jié)構(gòu)在共振頻率下的放大倍數(shù)很低,減振降噪效果非常顯著。
2. 3 　高架線路和橋梁的減振降噪措施
目前,國(guó)內(nèi)外城市軌道交通的高架橋結(jié)構(gòu)大多采用箱形梁形式。由于箱形梁的內(nèi)部空腔在軌道交通噪聲主要頻段內(nèi)存在聲學(xué)模態(tài),腔內(nèi)的聲場(chǎng)共振可能使橋梁的上下兩個(gè)面的輻射聲增加,而且,箱形梁橋的底面是大面積的平面,聲輻射效率比較高,因此,有必要研究箱形梁的減振降噪措施。目前箱形梁的降噪處理有以下幾類(lèi)技術(shù):
（1) 在箱形梁腔內(nèi)設(shè)置隔聲板,將箱形梁腔內(nèi)的聲學(xué)共振頻率向上移至軌道交通噪聲的主要頻段以外,則可有效降低橋梁振動(dòng)噪聲。
（2) 在箱形梁腔內(nèi)安裝動(dòng)力吸振器,這是控制橋梁振動(dòng)噪聲最有效的方法。
（3) 鋪設(shè)輕質(zhì)吸聲橋面和路面。高架軌道交通線的橋面是聲反射面,降低橋面的聲反射可以大大降低列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲。近年發(fā)展起來(lái)的各種多孔混凝土都可以有效降低橋面的聲反射。即在橋面鋪澆一定厚度的多孔混凝土,既不影響檢修者行走,又有一定的吸聲效果。但是,多孔混凝土對(duì)1 kHz 以下的中低頻噪聲的吸聲效果不夠理想,而高架軌道交通噪聲中以500 Hz 為中心的中低頻噪聲占主要成分，因此對(duì)這類(lèi)噪聲可以使用發(fā)泡混凝土。
（4) 在高架橋上安裝吸聲天棚或懸掛空間吸聲體等吸聲結(jié)構(gòu),可以大大降低橋梁振動(dòng)的輻射噪聲。高架軌道交通噪聲的各個(gè)聲源中,橋梁振動(dòng)的輻射噪聲對(duì)周邊環(huán)境尤其是低樓層有較大影響。高吸聲、安全、美觀、易清洗保養(yǎng)是設(shè)計(jì)這類(lèi)吸聲結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)。
（5) 設(shè)置聲屏障是降低軌道交通運(yùn)行噪聲的一種有效措施?，F(xiàn)有的吸聲型聲屏障均為板式結(jié)構(gòu),所用的吸聲材料分別有多孔材料(如泡沫玻璃等) 、穿孔板加纖維類(lèi)吸聲材料、微穿孔板等; 但其頻帶窄,尤其是低頻段吸聲系數(shù)小,通常只有0. 5 左右,這是現(xiàn)有吸聲型聲屏障的共同缺點(diǎn)。常見(jiàn)的微穿孔板和其他抗性吸聲結(jié)構(gòu)對(duì)低頻噪聲比較主要采用支承塊式混凝土整體道床有效,但在中高頻段的吸聲系數(shù)往往很低?？傊?由于交通噪聲主要分布在100 Hz～5 kHz ,單純阻性吸聲或抗性材料都難以在如此寬的頻率范圍內(nèi)達(dá)到滿(mǎn)意的吸聲效果。因此,國(guó)內(nèi)外都把研究阻抗復(fù)合型聲屏障作為拓寬吸聲頻帶、提高降噪效果的主要方向。像北京五號(hào)線和十三號(hào)線在在敏感地帶都設(shè)了聲屏障。
 

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