摘要:城市轨道交通系统在给人们出行带来便捷的同时,也不可避免对周围环境造成一定的影响。分析城市轨道交通系统形成的噪声原因、列车噪声的辐射特性,并从降低噪声源的激振强度、切断噪声的传播途径或在传播途径上削弱噪声等方面提出了防护措施。
关键词:城市交通轨道噪声防护
随着我国经济的发展和缄市化进程的加快,我国越来越多的缄市,尤其是百万人口以上的大城市,交通需求迅速增长。尽管近年来城市道路及车辆拥有量都有了大幅度的提高,但交通问题依然日益突出,表现为交通阻塞、车速降低、停车困难、废气和噪声危害严重。城市交通问题已经严重制约和影响了城市的发展。城市交通学者通过总结国内外城市交通发展的经验教训,已经形成了共识:即解决大城市交通问题的根本出路在于建立一个以轨道交通系统为骨干,以公共交通为主体,多种交通方式相互协调的综合交通系统。城市轨道交通系统在给人们出行带来便捷的同时,也不可避免对周围环境造成一定的影响。目前,主要集中在对周围环境造成的噪声污染。
一、城市轨道交通系统噪声的形成
城市轨道交通按产生噪声的声源可分为:轮轨噪声、车辆非动力噪声、牵引动力系统噪声、高架轨道噪声、地下铁道的地面承载噪声等。
1. 轮轨噪声
钢轨与车轮之间相互作用而产生的声响。这种相互作用在车轮和轨道相接触处产生力的作用,造成车轮和轨道的振动而向外辐射声波。其产生的主要原因有:
①当车辆在一条较小半径曲线线路上运行时,车轮沿曲线钢轨并非纯滚动运行,要产生局部的横向滑动,即所谓“卡滞一滑动效应”。正是这种在曲线上车轮对轨道的不完善的导向造成“卡滞一滑动效应”,结合车轮和轨道的振动响应,形成一种高音调的尖啸声(摩擦噪声)。
②由车轮或钢轨表面的局部不连续性所产生的撞击噪声。
③由于车轮和钢轨接触表面局部小面积粗糙所造成的轰鸣噪声。
2. 车辆非动力噪声
主要指制动系统中在实施制动时闸瓦与制动盘之间摩擦振动,它激发制动闸瓦片、闸瓦托架以及制动盘等产生自激振动形成噪声,此外还有车辆的辅助系统(空调装置、空压机等)所辐射的噪声。
3. 牵引动力系统噪声
牵引系统设备运转所产生的噪声,包括牵引电机及其冷却风扇、齿轮箱以及空气压缩机的噪声,它是城市轨道交通主要的噪声。牵引系统的噪声,特别是电机冷却风扇的噪声,随列车运行速度的提高而增长,其程度往往要大于轮轨噪声。
4.高架轨道噪声
当列车行驶于高架铁路上时,轮轨相互作用所产生的振动通过轨道传递给支承结构,支承结构将噪声向周边地区进行传播,它比之列车行驶于一般的路堤带坡度道床时所产生的噪声级要高得多,一般要高20dB(A)。
5.地下铁道的地面承载噪声
地下铁道轮轨间相互作用而产生的振动被传递给隧道结构,继而又传向周围的土壤。振动通过土壤再向邻近的建筑物传播,从而导致地下及墙壁的振动和噪声向建筑物内房间的第二次辐射,它是一种低频声响,就如同外界振动使房间中的窗户所发出的“喀喀”声响。地面承载噪声和振动是一个相当严重的干扰源,它也是公众向交通部门抱怨的一个主要对象。
二、线路环境噪声的组成及列车辐射噪声特征
轨道交通沿线的环境噪声主要由以下两部分组成:
1. 列车辐射的稳态噪声
包括列车运行时轮轨相互作用产生的轮轨噪声、车辆动力装置和辅助系统辐射的噪声以及高速运行时的空气动力噪声等。
2. 与行车有关的间歇噪声
包括通过曲线、道岔、制动、鸣笛、交会和调车连挂所引起的噪声。
(1)列车运行辐射噪声频谱呈低、中频特性,峰值频率在63Hz～500Hz范围,该频谱主要是由轮轨噪声、动力装置噪声和列车声学特性所决定。当车速超过50km/h～60km儿时,轮轨噪声对列车辐射通过对列车运行辐射噪声的测试与分析研究,可知列车辐射噪声具有如下特征:噪声起主导作用。
(2)列车辐射噪声声级随运行速度的提高而增加,列车种类、线路结构、轨枕、轨道等对其均有影响。
(3)列车辐射噪声的分布:
列车辐射噪声垂直于轨道方向的不同距离的衰减,其实测的衰减规律显示,随着垂直于轨道距离的增加,噪声声级逐渐衰减。
列车辐射噪声沿高度的分布。通过传声器在不同高度所测得的列车辐射噪声级。可知,随测点高度的升高,噪声声级增加,开始增加较快,长减缓,直至不增加。