1、城市轨道交通振动及噪声控制研究摘要：目前国内轨道交通发展如火如荼，已经有近四十个城市规划或正在建设轨道交通工程，然而有轨道交通运营带来的振动和噪声也是所有轨道交通项目非常重视的课题。文章阐述了地铁振动产生的机理、振动控制措施,并以深圳地铁为例介绍目前常用的轨道减振措施及其效果 。 关键词振动控制;地铁;结构;振动 Abstract: At present domestic rail transit development like a raging fire, there have been nearly forty city planning or under construction of
2、 rail traffic engineering, however, the vibration and noise of rail transit operation brings is also all rail transit project is very important. In this paper, the mechanism of subway vibration and vibration control measures, and taking Shenzhen Metro as an example to introduce the current track dam
3、ping measures commonly used and its effect. Key words vibration control; subway; structure; vibration 中图分类号：TU99 文献标识码 A 文章编号： 1 引言 城市轨道交通是现代化城市中一种重要的交通工具,由于其具有有效利用底下空间、运量大、速度快、准时、方便等优点,已经成为解决城市交通拥挤和减少大气污染的一种有效手段。但与此同时,地铁列车运行时引起的振动和噪声也是世界各国轨道交通普遍存在的一个值得重视的问题。在国际上,振动已被列为七大环境公害之一。 地铁列车高速运行是地铁振动的主要发生源,
4、不仅直接影响到列车内驾乘人员的舒适及健康,也使地铁沿线地面建筑物发生受迫振动。由于地铁线路大都从建筑物及人群密集的城市中心地段穿过,地铁振动对环境和周边建筑物内居民的生活和工作都会产生一定的影响。国内各大城市地铁都出现过地铁沿线居民投诉地铁运行带来的振动问题，因此，减振降噪将是目前如火如荼的轨道交通工程必须引起高度重视和有效解决的一个课题。 2 地铁振动产生机理及影响因素 2.1 产生机理 地铁列车高速行进是地铁振动的主要发生源,具体来源于轮轨系统和列车的动力系统,主要表现为: (1)列车行驶时,对轨道的重力加载产生的冲击,造成车轮与轨道结构的振动； (2)地铁车辆运行时,众多车轮与钢轨同时发
5、生作用所产生的作用力,造成车辆与轨道结构(包括钢轨、构件、道床等)上的振动，实测表明振源处振级可达 103dB； (3)车轮滚过钢轨接缝处时,轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动； (4)轨道的不平顺和车轮的粗糙损伤等随机性激励产生的振动； (5)车轮的偏心等周期性激励导致的振动。 2.2 影响因素 地铁列车运行时影响振动源的因素涉及到车辆、轨道、道床、隧道、地质条件等方面,严格意义上,上述各参量的关系为函数关系,但目前尚无成熟的精确表达式。上述主要参数中以列车速度、车辆重量、轮轨条件、隧道基础、结构类型及是否使用隔振措施等因素对地铁振动源特性影响较大,其主要表现为： (1) 在一定运行速度
6、范围内,地铁隧道振动振级随列车运行速度的增加而增加,大体上速度每增大 1 倍,振动振级增加约 6dB； (2) 轮轨表面不规则,将使振级增加 510dB,车轮不圆整将使振级增加 1022dB； (3)在相同地质条件下,当隧道材料相同时,结构厚度增大 1 倍,墙壁振动可降低 518dB,而混凝土单洞隧道振动低于铸铁或铸钢单洞隧道壁振动;三洞隧道结构振动低于双洞隧道结构振动,站台结构振动最低。 3 地铁振动的控制措施 地铁运行产生的振动问题，可以在地铁工程最初的规划、设计和施工阶段通过一些措施得到一定程度的控制。 3.1 规划阶段的控制措施 在最初的规划阶段,要把线路选择和城市规划结合起来考虑：
7、(1)线路走向尽量与城市快速路、主干道或次干道重合。 (2)合理控制地铁线路两侧拟建建筑物的建设距离。 (3)在轨道交通规划布局中,应充分利用振动波的天然屏障,如河流、高大建筑物等,来阻隔振动的影响 。 3.2 设计施工阶段的控制措施 3.2.1 振源减振控制 从振动源头减小振动是最直接的控制方法 ,根据地铁振动产生的机理和影响因素的分析,可以采取以下具体措施： (1)车辆方面的改进，主要包括车辆轻型化、车轮平滑化、改进列车制动方式和适当控制列车运行速度等措施；。 (2)轨道结构的改进，主要有采用重型钢轨和无缝线路，采用各类减振扣件和减振道床。 3.2.2 振动传播途径控制 通过对振动传播途径
8、及其影响因素的分析,采取一些隔振或其他措施： (1)在钢轨与轨枕之间加隔振材料，主要有橡胶隔振垫板和浮置板隔振系统； (2)增加隧道埋深,增加隧道壁厚,根据实际情况选取合适的隧道结构；(3)对于有碴轨道,增加道碴厚度,在道碴床和隧道之间铺设整体橡胶道碴垫； (4)用屏障隔振。 4 深圳地铁蛇口线中各类减振措施 深圳地铁蛇口线中在轨道结构应用了多种减振技术措施，主要分为一般、较高和高等减振地段技术措施，具体数量和效果见表 1。 表 1 深圳地铁蛇口线轨道减振技术措施一览 4.1 一般减振地段 一般减振地段主要是采用重型 60kg/m 钢轨的无缝线路和 DT型弹性扣件。60kg/m 钢轨的垂直刚度
9、大，相比 50kg/m 钢轨可以降低振动强度24dB；无缝线路可以减少钢轨接头，有效地减少车轮与钢轨之间的冲击振动和噪音，DT型弹性扣件主要依靠其轨下和铁垫板下橡胶垫减少振动。 4.2 较高减振地段 橡胶套靴弹性短轨枕减振技术是国际上广泛采用的中等减振地段的轨道结构，就是在短轨枕外套一层橡胶套靴，短轨枕下垫入一高弹垫层，然后将套靴和短轨枕一起浇筑在混凝土道床中，减振效果可以达到12dB。 轨道减振器扣件是我国在德国科隆蛋扣件的基础上设计的一种减振扣件，底板成长方形，承轨板与底座的连接处呈椭圆形，用橡胶将位于轨下的承轨板和连接轨枕的底座铁垫板硫化在一起，减振效果可达 5-8dB。 ZE 减振型扣
10、件也是一种新型减振扣件，深圳地铁也是第一次使用这种扣件，全部用在蛇口线东延工程中。它通过在扣件体夹层和扣件铁垫板下各设置一块天然橡胶垫达到减振目的，扣件体上设有齿形凹槽可以配合齿形垫片调整轨距。 4.3 高等减振地段 轨道橡胶隔振垫采用德国卡棱贝格道床垫技术，该技术适用于高等减振地段，减振垫采用圆锥截顶结构,是点和面的组合,约束阻尼和橡胶弹簧的组合,从而使得隔离式减振在各方面的减振效果都相当出色,减振效果为 1015dB。 梯形轨枕整体道床是一种新型的低噪音、低振动的轨道系统，该结构由梯形轨枕、减振垫和混凝土底座组成，梯形轨枕由预应力混凝土纵梁和钢管连接，形状像梯子，梯形轨枕以一定间隔支撑在
11、L 型的钢筋混凝土台座上，形成弹性支撑的轨道系统。这种结构减振效果可以达到大于 10dB。 钢弹簧浮置板减振道床是德国 GERB(隔而固)公司研制的减振轨道结构，它采用螺旋弹簧支撑浮置板的道床，将浮置板道床和基础分离开来，浮置板道床可提供足够的惯性抵消车辆产生的动荷载，只有静荷载和少量残余动荷载通过螺旋弹簧等弹性组件传递到基础结构上，减振效果可达 15dB 以上。 4.4 车辆段减振技术措施 为了配合蛇口西车辆段上盖物业开发，蛇口西车辆段在试车线和咽喉区设置了橡胶隔振垫，全厂库内线采用无缝线路，库外线路全部使用接头减振夹板的方式减振。减振夹板通过减小车轮经过轨缝的折角和台阶的方法, 减缓车轮的
12、冲击振动, 从而使车轮能平顺过渡, 达到减少振动的效果，相比普通夹板线路可减少噪音量 5dB。 5 结语 在目前的各类减振措施中，改善轮轨关系，提高轨道减振性能的技术措施起到了很大的作用，尤其是针对减振要求不同的地段，提出了不同等级的减振手段和方式，此类减振效果得到了实践的检验，并且已经在国内外城市轨道交通工程中得到广泛的应用。 参考文献 1郭文军.地铁振动机理及减振措施的研究M.北京:北方交通大学,1996. 2董霜,朱元清.地铁振动环境对建筑影响的研究概况J.噪声与振动控制,2004,24(2):14. 3张艳平.城市轨道交通振动和噪声的控制J.城市轨道交通,2000(3):4345. 4王欣.城市轨道交通减振降噪技术的应用J.地铁与轻轨,2003(1):3539. 作者简介：张元珩（1980） 、男、辽宁辽阳人、现供职于深圳市地铁集团有限公司、工程师
