軌道交通系統(tǒng)誘發(fā)環(huán)境問題及其防控對(duì)策研究

徐新玉

(蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215131)

1 蘇州軌道交通一號(hào)線工程概況

根據(jù)規(guī)劃，到2020年，蘇州軌道交通共規(guī)劃7條線路，總長276 km，到2030年，共規(guī)劃10條線路，總長482 km。國家近期批準(zhǔn)建設(shè)的有4條，共計(jì)166.2 km。

蘇州軌道交通一號(hào)線是一條東西走向的骨干線路，全長25.739 km，穿過京杭運(yùn)河、外城河與金雞湖，橫跨蘇州6個(gè)區(qū)。全線設(shè)24個(gè)地下車站，其中換乘站4處。設(shè)天平車輛段與綜合基地1處，設(shè)蘇州樂園和星塘街2座變電站，控制中心則設(shè)在廣濟(jì)南路站。2007年12月26日正式動(dòng)工，2012年4月28日通車，使蘇州成為國內(nèi)第一個(gè)開通地鐵的地級(jí)市。

2 軌道交通系統(tǒng)誘發(fā)的主要環(huán)境問題

2.1 噪聲

1)噪聲的產(chǎn)生與傳播機(jī)理

軌道交通噪聲主要包括列車運(yùn)行時(shí)輪軌接觸噪聲、車輛非動(dòng)力系統(tǒng)噪聲(車輛的空壓機(jī)、空調(diào)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等)，牽引動(dòng)力噪聲、接觸網(wǎng)與受電弓之間產(chǎn)生的摩擦噪聲、地下鐵道的地面承載噪聲以及橋梁結(jié)構(gòu)的二次振動(dòng)引起的輻射噪聲等，城市軌道交通產(chǎn)生的噪聲是上述噪聲的綜合效果，并且受列車運(yùn)行狀態(tài)和軌道設(shè)備狀態(tài)的影響。其中以輪軌接觸噪聲尤為突出，它有三種類型:一是轟鳴噪聲(或滾動(dòng)噪聲)，是由于車輪踏面和鋼軌表面粗糙、凹凸不平和鋼軌表面疤痕等原因造成的;車輛在鋼軌上運(yùn)行不是單純的滾動(dòng)，而是滾動(dòng)的同時(shí)在極小的范圍產(chǎn)生跳動(dòng)，輪軌間出現(xiàn)一定沖擊，使鋼軌與車輪產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)而發(fā)出的噪聲。二是沖擊噪聲，是車輪或鋼軌表面的局部不連續(xù)所產(chǎn)生的。當(dāng)車輪通過鋼軌接頭、道岔、車輪踏面擦傷和剝離在鋼軌上運(yùn)行時(shí)由于沖擊而產(chǎn)生的噪聲。三是摩擦噪聲(或尖嘯聲)，車輛通過小半徑曲線和道岔時(shí)產(chǎn)生的頻率較高的刺耳的“吱吱”聲。在曲線區(qū)段，盡管車輪踏面有一定錐度，車輛仍然不能以純滾動(dòng)運(yùn)行，要產(chǎn)生局部的橫向蠕動(dòng)，即所謂“卡滯—滑動(dòng)效應(yīng)”，結(jié)合車輪和軌道的振動(dòng)響應(yīng)，從而形成一種高音調(diào)強(qiáng)烈刺耳的尖嘯聲。

了解噪聲源(即噪聲的發(fā)源地)、途徑(即噪聲是如何進(jìn)行傳送的)、接受點(diǎn)(即聽見噪聲的人所處的位置)就可以有針對(duì)性地尋求降低噪聲的措施和途徑，對(duì)現(xiàn)存噪聲進(jìn)行防護(hù)，最大限度地減少對(duì)人體造成的損害。

2)噪聲源強(qiáng)

蘇州軌道交通一號(hào)線營運(yùn)期間，列車通過時(shí)產(chǎn)生的噪聲和路邊噪聲疊加，對(duì)沿線環(huán)境將產(chǎn)生較大影響;地下線路隧道出入口的噪聲以及風(fēng)亭噪聲將影響局部聲環(huán)境;其它還有車輛段和變電所噪聲等。各類噪聲源強(qiáng)見表1和表2。

另外，各種施工機(jī)械、運(yùn)輸車輛等將形成較強(qiáng)的噪聲源，聲級(jí)可達(dá)76～90 dB(A)，在居民住宅集中區(qū)、學(xué)校等噪聲敏感區(qū)施工時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生噪聲污染。

表1 列車在不同運(yùn)營期周期等效聲級(jí)

表2 風(fēng)亭及變電所噪聲源強(qiáng)

2.2 振動(dòng)

1)振動(dòng)的產(chǎn)生與傳播機(jī)理

軌道交通振動(dòng)主要是由車輪與鋼軌的相互作用而產(chǎn)生，行駛中的列車。通過輪軌接觸點(diǎn)引起鋼軌周期性的上下振動(dòng)，再從道床傳入地面，這是軌道的一種基本振動(dòng);當(dāng)車輪經(jīng)過鋼軌接縫處或鋼軌表面出現(xiàn)磨損時(shí)，車輪撞擊這些不連續(xù)部位就會(huì)在垂直速度上產(chǎn)生瞬時(shí)變化，這一變化可導(dǎo)致輪軌接觸點(diǎn)激發(fā)出巨大的力，從而激勵(lì)車輛和鋼軌振動(dòng)，這是一種沖擊振動(dòng)。軌道交通列車在地下行駛時(shí)，將會(huì)引起隧道振動(dòng)，這種振動(dòng)能通過地下土壤傳送到軌道交通附近的建筑物內(nèi)，將再次引起結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)(如圖1所示)。這種振動(dòng)干擾不僅對(duì)地鐵沿線民宅、學(xué)校和醫(yī)院產(chǎn)生不良影響，而且可能對(duì)沿線基礎(chǔ)較差的建筑物造成損害。

振動(dòng)波在土介質(zhì)中的傳遞過程，其作用機(jī)理及傳播特性與地震基本相同。這些振動(dòng)波遇到自由界面時(shí)，在一定條件下重新組合，形成一種彈性表面波，隨著離振源距離的不同，它們之間的能量也在改變。地面段的地表振動(dòng)是列車行駛時(shí)輪軌相互撞擊產(chǎn)生振動(dòng)的直接結(jié)果。輪軌撞擊以振動(dòng)的方式傳向道床，再經(jīng)道床傳向大地。列車行駛在高架橋上，輪軌撞擊造成的振動(dòng)向軌枕、道床及各種構(gòu)件傳遞振動(dòng)能量，從而激發(fā)跨梁和墩臺(tái)也發(fā)生振動(dòng)，并通過橋墩引起地表振動(dòng)向外傳播。

圖1 地鐵振動(dòng)產(chǎn)生與傳播示意

2)振動(dòng)源強(qiáng)

隧道振動(dòng)的強(qiáng)弱主要取決于隧道的結(jié)構(gòu)與重量、行車速度、輪軌表面磨損程度及隧道周圍的地層狀況。據(jù)調(diào)查，隧道加重一倍，其振動(dòng)可減小5 dB;車輪表面磨損嚴(yán)重時(shí)，能使隧道振動(dòng)增加10 dB，并使高頻振動(dòng)成分增加。經(jīng)測試，隧道底面的最大振動(dòng)級(jí)發(fā)生在250 Hz附近，由于隧道周圍地層對(duì)高頻振動(dòng)的吸收，所測得的地表振動(dòng)頻率以63.5hz為最高。

蘇州地鐵軌下振動(dòng)源強(qiáng)類比國內(nèi)已建成地鐵振動(dòng)源強(qiáng)給出(見表3)。地下線在車速為45 km/h，距線路1 m處Z振級(jí)為85 dB;地面線在碎石道床條件下，車速為45m/h，距線路1 m處Z振級(jí)為100 dB。

2.3 電磁輻射

蘇州軌道交通一號(hào)線電磁輻射發(fā)生源分為固定污染源、流動(dòng)污染源和通信系統(tǒng)電磁輻射污染源。

1)固定污染源

固定污染源主要是蘇州樂園站和星明街站附近的兩座主變電站(110 kV/35 kV)。

2)流動(dòng)污染源

表3 國內(nèi)主要城市地鐵列車運(yùn)行振動(dòng)源強(qiáng)

列車受電弓在接觸網(wǎng)的導(dǎo)線上滑動(dòng)時(shí)，由于接觸電阻的變化產(chǎn)生電平相對(duì)穩(wěn)定的頻帶很寬的無線電干擾電波;由分離開的一系列脈沖產(chǎn)生連續(xù)噪聲，該脈沖系列的出現(xiàn)是隨機(jī)的，其周期也有長有短，這類噪聲是在一般正常運(yùn)行速度下產(chǎn)生的，此類成份隨速度的提高而增加;因振動(dòng)或接觸導(dǎo)線有不光滑的地方，滑板和接觸導(dǎo)線之間經(jīng)常出現(xiàn)部分接觸不良并形成火花放電，產(chǎn)生孤立的脈沖干擾電波?；迮c接觸導(dǎo)線間的射頻干擾電流沿接觸網(wǎng)傳播并向空間輻射，其電磁輻射的影響將隨列車的運(yùn)動(dòng)、其地點(diǎn)變換和時(shí)間而變化。

3)通信系統(tǒng)電磁輻射污染源

蘇州軌道交通一號(hào)線無線通信系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境的電磁輻射污染影響主要是450～460mHz或806～821 MHz頻段、150/280mHz頻段和900mHz/1 800mHz頻段的電磁波輻射。

2.4 景觀環(huán)境

蘇州市是著名的歷史文化名城和國家重點(diǎn)旅游城市，其建筑物具有鮮明的江南水鄉(xiāng)特色。蘇州古城坐落在水網(wǎng)之中，街道依河而建，水陸并行，建筑臨水而造，前巷后河，小巧秀美，形成“小橋、流水、人家”的獨(dú)特風(fēng)貌。如何將散布于城市中的車站和風(fēng)亭等建筑物，尤其是建于公園等旅游點(diǎn)和風(fēng)景點(diǎn)附近的建筑物和周圍景觀和諧地統(tǒng)一起來，也是本工程的主要環(huán)境問題之一。地鐵風(fēng)亭、聲屏障等建筑物如設(shè)計(jì)不當(dāng)，將造成景觀障礙，從另一個(gè)角度看，若這些建筑物的設(shè)計(jì)能反映蘇州江南水鄉(xiāng)的風(fēng)俗民情特點(diǎn)，將建筑物融入所處環(huán)境中，亦能形成新的城市景觀小品，起到美化城市的效果。

3 主要環(huán)境問題防控對(duì)策

3.1 噪聲污染防治措施

降低噪聲、減小振動(dòng)主要是通過衰減振源、避免結(jié)構(gòu)共振、隔離傳播途徑、吸聲等方法進(jìn)行，應(yīng)根據(jù)不同的防治目標(biāo)確定最佳的防治措施。

3.1.1 聲源治理措施

對(duì)于軌道交通系統(tǒng)來說線路防振降噪和機(jī)車防振降噪兩個(gè)方面是有一定限度的，從振源及聲源進(jìn)行控制是根本途徑。為此，蘇州軌道交通一號(hào)線從規(guī)劃設(shè)計(jì)上著手，采取了下列控制聲源的措施。全線正線、出入段線、試車線鋪設(shè)無縫線路，可有效降低列車運(yùn)行噪聲源強(qiáng)。在風(fēng)亭風(fēng)機(jī)的風(fēng)道中設(shè)置片式消聲器，平均降噪量按20～25 dB設(shè)計(jì)，風(fēng)亭口排放噪聲按《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》控制;選用低噪聲冷卻塔，風(fēng)口朝向背離敏感建筑。合理布置車輛段的高噪聲設(shè)備和車間的位置，并采取必要的消聲減振措施。

3.1.2 設(shè)置聲屏障

城市軌道交通噪聲傳播的主要媒介是空氣?？刂圃肼晜鞑ネ緩降幕驹硎窃谠肼晜鞑ミ^程中，在聲源和接受點(diǎn)之間設(shè)置聲屏障，可明顯干涉聲波傳播，避免聲直達(dá)，使受聲點(diǎn)只接受透射聲和繞射聲，并可利用屏障本身所具有的吸音性能在傳播途徑中消耗聲能量，以降低接受點(diǎn)的聲能強(qiáng)度。

根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告所確定的噪聲敏感區(qū)，蘇州軌道交通一號(hào)線聲屏障設(shè)計(jì)范圍為靈天路至車輛段兩側(cè)以及試車線西側(cè)的居民樓。結(jié)合沿線的敏感建筑物高度、距離線路的位置、列車聲源的位置及噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求，采用直立式全封閉聲屏障。其中5.5m高的聲屏障，從下部往上3.0～4.0m部分設(shè)置為透明部分，其余為吸聲板，頂部為透明耐力板(抗紫外線聚碳酸酯板)。聲屏障吸聲部分采用波浪型吸聲板，顏色和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，使軌道交通噪聲聲源通過聲屏障兩側(cè)端輻射或繞射至受聲點(diǎn)的聲級(jí)值比通過聲屏障頂端繞射后到達(dá)受聲點(diǎn)的聲級(jí)值低10 dB(A)以上。根據(jù)有關(guān)部門測量結(jié)果，蘇州一號(hào)線投入運(yùn)行后，敏感地段噪聲都沒有超標(biāo)。

3.2 振動(dòng)污染防治措施

3.2.1 振動(dòng)源減緩措施

蘇州軌道交通一號(hào)線設(shè)計(jì)針對(duì)軌道的振動(dòng)源、振動(dòng)路徑采取了減振及隔振處理，使列車在運(yùn)行中引起的振動(dòng)得到有效的衰減，滿足環(huán)保要求，體現(xiàn)了地鐵“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。①鋼軌接頭是產(chǎn)生輪軌沖擊的主要因素之一，全線正線、出入段線、試車線采用重型鋼軌無縫線路和雙層橡膠墊板的彈性分開式扣件，以減少輪軌間的沖擊，起到減振、減噪的作用，可以達(dá)到一定減振效果。②為減小梁軌作用力，在梁端，扣件的軌下墊板采用復(fù)合膠板;在梁中部，扣件的軌下墊板采用普通橡膠墊板。③根據(jù)環(huán)保要求，采取分級(jí)減振措施。一般減振地段(減振要求＜5 dB)采用彈性減振扣件，較高減振地段(減振要求＜10 dB)采用軌道減振器扣件減振。④控制軌道不平順是降低輪軌之間振動(dòng)與噪聲的有效措施，加強(qiáng)軌道不平順管理，制定嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃，定期對(duì)鋼軌頂面不平度進(jìn)行打磨、車輪鏇圓，使軌面平順，輪軌接觸良好，以減少振動(dòng)和噪聲。測試結(jié)果表明:鋼軌打磨后，在振動(dòng)頻率為8～100 Hz范圍內(nèi)，振動(dòng)水平下降4～8 dB，站臺(tái)上的振動(dòng)水平下降5～15 dB。

3.2.2 軌道減振措施

蘇州軌道交通一號(hào)線為了軌道減振，采取了下列措施:①軌道專業(yè)的減振措施以敏感點(diǎn)所在功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù);②本工程預(yù)測振動(dòng)超標(biāo)值不大，對(duì)環(huán)評(píng)預(yù)測的控保建筑，采用軌道減振器扣件可降低振動(dòng)10 dB左右;③對(duì)所在功能區(qū)，按1類標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)白天振動(dòng)超標(biāo)的地區(qū)采用軌道減振器扣件降低振動(dòng)、固體聲的影響;④兩線交叉地段的減振問題是各城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)之后帶來的新問題，為避免兩線間的相互振動(dòng)空腔放大作用，減小兩線間的振動(dòng)相互干擾，減少兩結(jié)構(gòu)之間的動(dòng)荷載傳遞，應(yīng)采取軌道減振器扣件減振。

3.2.3 全線減振措施

①道岔采用可焊接的9號(hào)曲線型尖軌道岔，消除接頭;②對(duì)鋼軌頂面不平度進(jìn)行打磨，使軌面平順，輪軌接觸良好，以減少振動(dòng)和噪音;③小半徑曲線鋼軌側(cè)面涂油，不僅可減少鋼軌側(cè)面磨耗，也可減少由摩擦和不均勻磨耗引起的輪軌振動(dòng)與噪聲;④軌道施工時(shí)，嚴(yán)格控制施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軌道進(jìn)行經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修，保持其良好狀態(tài)，保證列車運(yùn)行平穩(wěn)。

蘇州軌道交通一號(hào)線設(shè)計(jì)采用軌道減振器扣件減振，可以使軌道交通沿線基本達(dá)到1類居民、文教區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。采用軌道減振器扣件減振的軌道長度為單線13 742 m。對(duì)沿線有較高減振和特殊減振地段，分別采用了軌道減振器扣件和鋼彈簧浮置板道床減振。

3.3 電磁輻射污染防治措施

①主變電站110 kV高壓進(jìn)線采用地下電纜，考慮土壤及電纜自身絕緣的屏蔽作用，可有效防止高壓輸電線的電磁輻射影響;②變電站采用戶內(nèi)型，變電設(shè)備置于室內(nèi)，房屋建筑可以屏蔽一部分電磁輻射，避免陰雨天的高壓放電;③高架線路接觸網(wǎng)接頭盡量避免設(shè)置在居民住宅附近，以降低受電弓離線打火對(duì)居民電視收視效果的影響。

3.4 綠化及景觀優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)蘇州市綠化管理的有關(guān)規(guī)定，做好綠化設(shè)計(jì)。在車站和風(fēng)亭周圍以及車輛段內(nèi)設(shè)置綠化走廊帶、綠化小品，以保護(hù)、美化環(huán)境。蘇州軌道交通一號(hào)線工程各種建筑物的設(shè)計(jì)還承襲江南傳統(tǒng)文化特點(diǎn)，汲取傳統(tǒng)建筑的精華，采用現(xiàn)代化建筑技術(shù)與手段加以發(fā)展與弘揚(yáng);依據(jù)蘇州地區(qū)建筑的特點(diǎn)、文化底蘊(yùn)，挖掘其富有濃烈的水鄉(xiāng)建筑符號(hào)、民間廣為流傳的標(biāo)志性要素，力求與其特殊的地理位置、水鄉(xiāng)文化氛圍相適應(yīng)。

4 結(jié)束語

雖然軌道交通系統(tǒng)引起的環(huán)境問題還有污水、廢氣以及固體廢物等，但是，軌道交通工程最顯著的環(huán)境效益是通過改善城市交通條件，減少地面行車數(shù)量，消除了交通擁擠和堵塞現(xiàn)象，減少汽車尾氣造成的空氣污染和道路交通噪聲，減緩城市中心區(qū)的污染負(fù)荷，從而改善城市的總體環(huán)境質(zhì)量。尤其在“以人為本”的今天，軌道交通企業(yè)從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等一整套體系出發(fā)，分析了重點(diǎn)環(huán)境污染問題，提出實(shí)現(xiàn)環(huán)保軌道交通的方法和措施。城市軌道交通在成為新型交通工具的同時(shí)，也成了現(xiàn)代化都市的一種象征和標(biāo)志。因此，發(fā)展“高效便捷、公平有序、安全舒適、節(jié)能環(huán)?！钡某鞘熊壍澜煌ǚ蠂耶a(chǎn)業(yè)政策和城市總體規(guī)劃要求。

［1］軌道交通中環(huán)快速路要建好建快［N］.城市商報(bào)，2012，7，13(02).

［2］蘇州軌道交通有限公司.蘇州市軌道交通一號(hào)線工程環(huán)境影響報(bào)告書(送審稿)［R］.蘇州:蘇州軌道交通有限公司，2004.

［3］國家環(huán)境保護(hù)總局.環(huán)審〔2006〕154號(hào) 關(guān)于蘇州市軌道交通一號(hào)線工程環(huán)境影響報(bào)告書的批復(fù)［Z］.北京:國家環(huán)境保護(hù)總局，2006.

［4］孫家麒.城市軌道交通振動(dòng)和噪聲控制簡明手冊(cè)［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［5］耿傳智，葛世平.地鐵運(yùn)行對(duì)沿線建筑物的振動(dòng)影響與對(duì)策［C］//城市軌道交通論文集(1999—2001).北京:中國鐵道出版社，2002:357-260.

［6］施毓鳳，葉霞飛.城市軌道交通噪聲影響的效益評(píng)價(jià)方法［J］.城市軌道交通研究，2009(2):40-43.

［7］辜小安，任京芳，劉楊，等.我國地鐵環(huán)境振動(dòng)現(xiàn)狀及控制措施［J］.鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保，2003(5):206-208.