城市軌道噪聲影響與控制

張雁珍

摘 要：軌道交通較為可觀地改善了城市擁堵問題，但也引發(fā)了噪聲問題。噪聲嚴重影響了居民的生活質(zhì)量，因此提出有效的措施來緩解軌道噪聲問題成為當務(wù)之急。下面，在對軌道噪聲產(chǎn)生機理進行分析的基礎(chǔ)上，介紹了噪聲危害及控制措施，為有關(guān)部門的治理工作提供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道;噪聲;監(jiān)測;控制

0 引言

城市軌道交通已經(jīng)經(jīng)歷了150余年的發(fā)展，具有快速、準點、安全、便利、舒適等優(yōu)勢，有效地緩解了城市擁堵問題。我國城市軌道交通雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，已在多個城市修建軌道線路。由于軌道交通普及，線路不可避免地穿過生活區(qū)及工作區(qū)，軌道噪聲問題就成為了制約城市發(fā)展的因素之一，在諸如住宅、學校、醫(yī)院等敏感地區(qū)的噪聲問題已成為研究熱點。

1 軌道噪聲產(chǎn)生機理

軌道噪聲的產(chǎn)生機理和部位各不相同，可分為空氣動力學噪聲、集電系統(tǒng)噪聲、輪軌噪聲、輔助設(shè)備的噪聲、機車牽引噪聲和結(jié)構(gòu)二次輻射噪聲[1]。根據(jù)噪聲源研究表明，當列車時速低于300公里時，輪軌噪聲是最主要的噪聲源[2]。其中，輪軌噪聲又大致分為以下三類。

1.1 輪軌滾動噪聲

滾動噪聲由車輪和鋼軌表面的短波不平順激發(fā)輪軌振動通過空氣傳播而產(chǎn)生的。在滾動噪聲研究過程中，Thompson改進了初期滾動噪聲預(yù)測模型，綜合考慮了鋼軌、軌枕以及其他軌道結(jié)構(gòu)對噪聲預(yù)測的影響，建立了較為準確的有限元模型，并把軌道模型中的Euler 梁模型用Timoshenko梁模型取代，更真實地反映鋼軌的高頻成份。1988年歐洲鐵路研究所（ERRI）組織來自歐洲各國的鐵路噪聲研究人員，以Thompson改進的模型為基礎(chǔ)，研發(fā)了一款預(yù)測輪軌滾動噪聲的模型和軟件TWINS，大量實驗表明，TWINS模型能夠較為準確、可靠地預(yù)測輪軌滾動噪聲，因此，TWINS模型已經(jīng)成為預(yù)測輪軌噪聲水平、指導軌道交通新線設(shè)計和既有線路改造，以及開發(fā)減振降噪產(chǎn)品的主要技術(shù)工具。我國楊新文[3]編制了仿真系統(tǒng)WRNOISE，考慮了輪軌的橫向振動，使?jié)L動噪聲預(yù)測結(jié)果更加準確。

1.2 輪軌沖擊噪聲

輪軌沖擊噪聲定義為車輪踏面在經(jīng)過鋼軌連接處等不連續(xù)部位時撞擊產(chǎn)生的噪聲。其中，Remington以Ver等的研究為基礎(chǔ)提出“等效粗糙度譜”的概念，以等效粗糙度譜表示鋼軌接頭、車輪扁疤等沖擊型激擾。該類型的振動與列車運行的速度密切相關(guān)，同時該類型的振動相較于滾動噪聲更為劇烈，表現(xiàn)出明顯的周期性。

1.3 曲線嘯叫聲

輪軌嘯叫噪聲是指列車過曲線時車輪和外軌互相擠壓摩擦所產(chǎn)生的輻射噪聲。嘯叫噪聲的聲功率集中于400 Hz

～10 000 Hz范圍中的若干窄頻帶內(nèi)，且其聲調(diào)較高，對人耳的刺激最為強烈。

2 噪聲危害

噪聲污染已是四大污染之一，在慢慢侵蝕人的健康。根據(jù)2017年全國城市各類功能區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，全國各類功能區(qū)晝間總點次達標率為92.0%;夜間總點次達標率為74.0%。可以看出，近年來噪聲已經(jīng)嚴重影響到人們生活質(zhì)量。

2.1 干擾睡眠、工作質(zhì)量

睡眠質(zhì)量對人的重要性是不言而喻的，但由于噪聲，讓人得不到的良好休息。實驗表明：在40 dB（A）～45 dB（A）的噪聲刺激下，人睡眠的腦電波會出現(xiàn)覺醒反應(yīng);60 dB（A）的噪聲可使70%的人從睡眠中驚醒;可見噪聲對人的睡眠影響非常大。當人處在超過85 dB的噪聲下，會感到不安，不能集中注意力工作。長期處于噪聲環(huán)境下，人的身體和心理都會遭受嚴重創(chuàng)傷，噪聲使人脈搏跳動加快，工作壓力加大，導致人嚴重疲勞，進而影響人的心情，導致心煩、情緒不穩(wěn)。

2.2 聽覺、視覺器官受損

較為強烈、持久性的噪聲必然會長期的損害聽力器官，最終使得聽力喪失或者出現(xiàn)永久性的喪失。噪聲甚至對視覺也會產(chǎn)生影響，噪聲超過了100 dB，會在很大程度上影響到視力，在噪聲環(huán)境中，人很容易發(fā)生視疲勞、眼痛、眼花和視物流淚等眼損傷現(xiàn)象。

2.3 影響兒童的發(fā)育

兒童處于成長的關(guān)鍵階段，聽覺系統(tǒng)尚未發(fā)育健全，相比成人更容易受到噪聲的影響。他們不僅遭受身體、心理等困擾，還存在認知問題。處于噪聲環(huán)境的兒童會出現(xiàn)記憶力衰退、閱讀能力下降、數(shù)學能力變?nèi)跫白⒁饬Σ患械葐栴}。

3 軌道噪聲控制

據(jù)《2018中國環(huán)境噪聲污染防治報告》顯示，2017年全國各級環(huán)保部門共收到涉及環(huán)境噪聲的投訴55.0萬件，占環(huán)保投訴總量的42.9%，為了解決噪聲問題，軌道噪聲控制措施是有必要的。以下羅列出常用措施。

3.1 軌道結(jié)構(gòu)降噪

城市軌道交通大多鋪設(shè)了軌道，針對敏感地帶的問題，往往從軌道結(jié)構(gòu)入手。軌枕優(yōu)先選用彈性材料，但要做好定期監(jiān)測與維護;道床應(yīng)用彈性減振系統(tǒng)，配合諧振器一起使用;車輪使用阻尼車輪并加裝阻尼降噪板;扣件較常見硫化黏結(jié)性扣件;鋼軌多用重型鋼軌。市場上各部件種類繁多，解決不同頻率的噪聲，在安裝部件前，反復進行實驗，選擇合適的部件進行安裝。軌道結(jié)構(gòu)降噪適用于環(huán)境要求較高的地方。

3.2 輪軌潤滑及鋼軌打磨

輪軌噪聲產(chǎn)生的主要原因就是軌道不平順，摩擦大，輪軌潤滑及鋼軌打磨能有效地解決此類問題。打磨能預(yù)防鋼軌波磨，減小軌道的不平順性，改善輪軌表面幾何缺陷和傷損，進而減小噪聲。金學松[4]詳細介紹了有關(guān)鋼軌打磨的理論、技術(shù)和應(yīng)用成果，論述了鋼軌打磨技術(shù)與噪聲的關(guān)系，打磨技術(shù)在世界多個國家都有應(yīng)用。潤滑劑會使摩擦系數(shù)降低，降低輪軌噪聲。陳輝等[5]通過現(xiàn)場實驗研究，得出列車在70公里小時時涂抹潤滑劑，輪軌嘯叫聲基本消除，同時減緩了鋼軌波磨。

3.3 聲屏障

聲屏障可以控制傳播途徑，有效隔斷噪聲的傳播。當噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時，將沿著三條路徑傳播，一部分越過聲屏障頂端繞射到達受聲點，一部分穿過聲屏障到達受聲點，一部分在聲屏障壁面上產(chǎn)生反射。在聲源位置、特性一定的前提下，聲屏障的降噪效果取決于聲源繞射、透射和反射聲能，繞射聲能主要與聲屏障的高度有關(guān)，透射和反射聲能與聲屏障材料、厚度等有關(guān)。目前，對聲屏障的研究主要集中在不同材料結(jié)構(gòu)和幾何形狀尺寸對降噪效果的影響。

3.4 主動控制技術(shù)

傳統(tǒng)降噪方式主要是基于聲源識別及控制、傳播途徑控制、受聲點設(shè)防三方面，對高頻噪聲非常有效。相比于隔聲吸聲等噪聲被動控制技術(shù)，噪聲主動控制技術(shù)具有輕量化、低頻降噪效果好的優(yōu)點。英國南安普頓大學振動噪聲研究所在這方面有比較強的實力，并于中國中車展開了合作，進行了高速列車主動控制噪聲研究工作。

4 結(jié)束語

隨著城市快速發(fā)展，軌道交通的數(shù)量急劇增加，軌道噪聲已然成為城市生活的一大公害，噪聲治理工作已經(jīng)提上議程。噪聲治理工作涉及到許多方面，需要有關(guān)部門展開積極配合，本文主要講述了噪聲控制，希望能為相關(guān)技術(shù)部門提供參考，為了充分保障居民的生活質(zhì)量，還應(yīng)開展噪聲監(jiān)測工作，制定技術(shù)規(guī)范。只要整個社會相關(guān)部門齊心協(xié)力，在軌道的設(shè)計、運營、噪聲監(jiān)測等多方面工作努力下，更加環(huán)保、和諧的城市交通環(huán)境必將形成。

參考文獻：

[1]森藤良夫，邵龍海.高速鐵路的噪聲及降噪措施（下）[J].鐵道建筑，1995（5）：32-35.

[2]中國鐵道科學研究院.京津城際鐵路動態(tài)檢測報告[R].北京：中國鐵道科學研究院，2008.

[3]楊新文.高速鐵路輪軌噪聲理論計算與控制研究[D].成都：西南交通大學，2006.

[4]金學松，杜星，郭俊，等.鋼軌打磨技術(shù)研究進展[J].西南交通大學學報，2010，45（1）：2-11.

[5]陳輝，萬壯.城市軌道交通智能鋼軌涂油器的研究[J].城市軌道交通研究，2018（S2）：67-69.