摘要：作为城市公共交通的重要组成部分，城市轨道交通满足人民群众的基本出行，与人民群众日常生活息息相关。但是，城市轨道交通列车运行产生的振动和噪声问题已经严重的影响到周围居民和环境。本文从结合实际案例，具体解析城市轨道交通振动和噪声产生的原因及所采取的减振降噪措施。
1研究背景
近年来，我国城市轨道交通行业发展迅速。根据中国城市轨道交通协会2016年度最新统计和分析报告，截至2016年末，中国大陆地区共30个城市开通城市轨道交通运营，共计133条线路，运营线路总长度达4152.8公里。纵观我国城市轨道交通发展动态，预计未来10年我国城市轨道交通具有广阔的发展空间。但是，城市轨道交通引起的环境振动问题却给人们的日常生活带来了极大的不便。城市轨道交通轮轨相互作用产生的振动通过轨道系统传递到下部基础及四周隧道、土体，进而传递到周围地面上的建筑物，对周围建筑物及建筑物内的精密设备甚至人体产生极其恶劣的影响。法国巴黎规划修建的地铁7号线和地铁13号线在经过巴士底狱新歌剧院，列车运行过程中轮轨相互作用产生的振动和噪声严重影响了剧院内的演出。北京市规划修建的地铁1号线，在地铁列车运行过程中产生的振动和噪声问题引起了周围居民的强烈不满，最终导致地铁沿线的居民对北京地铁1号线进行了投诉；另外，北京市规划修建的北京地铁4号线经过北大遥感物理楼过程中产生的振动对大楼里面的精密实验设备造成了十分恶劣的影响。由此可见，城市轨道交通列车运行产生的振动和噪声问题已经严重的影响到周围居民和环境。
美国、英国、日本等发达国家早已对城市轨道交通引起的环境振动和噪声问题开展了大量的研究。比如美国人建议通过改良轨道和转向架结构形式来减少轮轨动力相互作用，进而减少振动和噪声问题的发生。近年来，国内学者也逐渐的对城市轨道交通环境振动和噪声问题的研究提起了重视。城市轨道交通运营过程中轮轨相互作用产生的振动和噪声问题日益突出，加大对城市轨道交通振动和噪声的控制研究显得极为迫切。
目前国内外地铁轨道结构上的振动控制措施较多，国内外学者也针对轨道结构不同部位的振动进行了大量的理论和试验研究，并逐步形成了钢轨上、扣件处、轨枕下和道床下等振动控制措施，同时组合减振也在逐步发展中。
2地铁列车-轨道基础结构轮轨动力学理论模型
本文主要从数值仿真的角度，基于“车辆-轨道耦合动力学”，分析了轨道-隧道-土体-建筑物结构动力特性。充分考虑地铁列车于基础及周边建筑结构的相互作用及振动传播特性，通过轨轮关系将两个系统耦合为一个整体大系统，监理了地铁列车—轨道—隧道—土体—建筑结构的动力学分析模型。
（c）隧道局部图 （d）细部构建图
3列车荷载作用下隧道和建筑物动力学响应
3.1 隧道振动响应及分析
地铁诱发沿线环境振动垂直分量的强度明显高于水平分量，且其沿水平方向传播距离的衰减也要慢于水平分量，故在评价地铁诱发振动对沿线建筑物的影响时应以垂直分量振动为主[1]。因此，此隧道-土体-建筑物结构以垂直振动分析为主。随着土体材料的弹性模量、密度的增大，道床和隧道壁的位移和加速度均逐渐减小。这可能是由于地质图层弹性模量和密度越大，其整体结构的刚度越大，同种车辆对地质较硬地段的隧道整体结构激起的位移和振动加速度都相对较小[2]。
3.2 轨道振动相应分析
硬岩情况下道床板振动峰值频率在50Hz附近；相较于软岩介质而言，硬岩工况下，各个频段幅值均有明显减小，10Hz附近的减小值最大。不同土体情况下传播至隧道正上方地表建筑物地板的加速度随着土体材料硬度的增加而减小。
3.3 振动衰减规律分析
对土体振动波衰减规律进行研究，分别考虑振动沿隧道中心垂直向上至地表和地表上有隧道中心界面至边界的加速度衰减情况。
振动随着垂直向距离的增大而减小，硬质岩石中的振动衰减幅度明显小于软土中的衰减。振动沿着横向传播时，总体上是随着距离增大减小，硬质岩层工况在50m以外位置振动大于软土工况[3]。
4 减振降噪原理
列车在运营过程中会产生较大的振动和噪声。振动将通过轨道、隧道、土体向周围建筑物内扩散传播，对距离线路较近的敏感建筑（学校、医院、科研所、居住区）及相关仪器设备，人员产生不良影响。
噪声将通过空气介质传播，不仅影响车内乘客的舒适度，司机人员的健康和心态，同时也会对敏感建筑内的居民、周围行人造成影响。
降低系统固有频率的主要途径：
1、增加质量：（1）增加钢轨截面积（2）增加道床板截面积；
2、降低支承刚度：（1）降低钢轨支承刚度：设置低刚度扣件。（2）降低板下支承刚度：道床板下设橡胶减振垫、聚氨酯减振垫、钢弹簧、橡胶弹簧等。
5 减振降噪措施
5.1 轨道减振降噪设计原则
（1）轨道减振降噪应以具体项目《环境影响评估报告书》为依据，确定轨道的减振地段位置及减振等级。
（2）对距离线路邻近或穿越敏感建筑物，应结合环评报告预测超标情况，重点采取有效的合理的减震措施。
（3）对换乘及高架和策展或上下交叉及重叠线路实施轨道工程减振，减少换乘及高架站厅层或上下层隧道在列车运行中产生的轰鸣噪音。
（4）硬质岩石地段结合沿线建筑物情况，适当考虑相应的减震措施。
5.2轨道减震措施
（1）中等减振地段的减振措施（减振效果不小于5dB）。轨道减振器扣件、双层非线性弹性减振扣件、LORD扣件等中等减振措施技术成熟，应用效果较好。目前国内地铁建设汇总中等减振丢单多采用双层非线性弹性扣件。
（2）高等减振地段的减振措施（减振10dB以上）
（3）特殊减振地段的减振措施（减震效果15dB以上）
钢弹簧浮置板技术交委成熟，应用较广；橡胶弹簧浮置板造价更便宜；具体形式结合工程项目具体采用。
结束语
为城市公共交通的重要组成部分，城市轨道交通满足人民群众的基本出行，与人民群众日常生活息息相关。但是，轨道交通列车运行产生的振动和噪声问题已经严重影响周围居民和环境。本文从轨道交通振动和噪声产生的原因及所采取的减振降噪措施角度出发进行解析，随着科学技术的进步，后期会出现更为有效的轨道减振降噪的技术得以应用。
参考文献：
[1]闫维明，张祎，任珉，冯军和，聂晗，陈建秋.地铁运营诱发振动实测及传播规律[J].北京工业大学学报，2006，（02）：149-154.
[2]日本公害防止技术和法规编委会编.公害防止技术振动篇[M].北京：化学工业出版社，1991.
[3]GB10070-1988.城市区域环境振动标准[S].
论文作者:金庆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/16
标签：减振论文; 轨道论文; 轨道交通论文; 噪声论文; 隧道论文; 城市论文; 地铁论文; 《基层建设》2019年第25期论文;