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(yán)重影響了居民的生活質(zhì)量，因此提出有效的措施來(lái)緩解軌道噪聲問題成為當(dāng)務(wù)之急。下面，在對(duì)軌道噪聲產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)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(cè);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(zhǔn)點(diǎn)、安全、便利、舒適等優(yōu)勢(shì)，有效地緩解了城市擁堵問題。我國(guó)城市軌道交通雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，已在多個(gè)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(xué)校、醫(yī)院等敏感地區(qū)的噪聲問題已成為研究熱點(diǎn)。

1 軌道噪聲產(chǎn)生機(jī)理

軌道噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和部位各不相同，可分為空氣動(dòng)力學(xué)噪聲、集電系統(tǒng)噪聲、輪軌噪聲、輔助設(shè)備的噪聲、機(jī)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(dāng)列車時(shí)速低于300公里時(shí)，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(dòng)噪聲

滾動(dòng)噪聲由車輪和鋼軌表面的短波不平順激發(fā)輪軌振動(dòng)通過空氣傳播而產(chǎn)生的。在滾動(dòng)噪聲研究過程中，Thompson改進(jìn)了初期滾動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)模型，綜合考慮了鋼軌、軌枕以及其他軌道結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲預(yù)測(cè)的影響，建立了較為準(zhǔn)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(shí)地反映鋼軌的高頻成份。1988年歐洲鐵路研究所（ERRI）組織來(lái)自歐洲各國(guó)的鐵路噪聲研究人員，以Thompson改進(jìn)的模型為基礎(chǔ)，研發(fā)了一款預(yù)測(cè)輪軌滾動(dòng)噪聲的模型和軟件TWINS，大量實(shí)驗(yàn)表明，TWINS模型能夠較為準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測(cè)輪軌滾動(dòng)噪聲，因此，TWINS模型已經(jīng)成為預(yù)測(cè)輪軌噪聲水平、指導(dǎo)軌道交通新線設(shè)計(jì)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(guó)楊新文[3]編制了仿真系統(tǒng)WRNOISE，考慮了輪軌的橫向振動(dòng)，使?jié)L動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)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(shí)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(dòng)與列車運(yùn)行的速度密切相關(guān)，同時(shí)該類型的振動(dòng)相較于滾動(dòng)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(shí)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(duì)人耳的刺激最為強(qiáng)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(guó)城市各類功能區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，全國(guó)各類功能區(qū)晝間總點(diǎn)次達(dá)標(biāo)率為92.0%;夜間總點(diǎn)次達(dá)標(biāo)率為74.0%?？梢钥闯觯陙?lái)噪聲已經(jīng)嚴(yán)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(duì)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(shí)驗(yàn)表明：在40 dB（A）～45 dB（A）的噪聲刺激下，人睡眠的腦電波會(huì)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(duì)人的睡眠影響非常大。當(dāng)人處在超過85 dB的噪聲下，會(huì)感到不安，不能集中注意力工作。長(zhǎng)期處于噪聲環(huán)境下，人的身體和心理都會(huì)遭受嚴(yán)重創(chuàng)傷，噪聲使人脈搏跳動(dòng)加快，工作壓力加大，導(dǎo)致人嚴(yán)重疲勞，進(jìn)而影響人的心情，導(dǎo)致心煩、情緒不穩(wěn)。

2.2 聽覺、視覺器官受損

較為強(qiáng)烈、持久性的噪聲必然會(huì)長(zhǎng)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(duì)視覺也會(huì)產(chǎn)生影響，噪聲超過了100 dB，會(huì)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(zhǎng)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(rèn)知問題。處于噪聲環(huán)境的兒童會(huì)出現(xiàn)記憶力衰退、閱讀能力下降、數(shù)學(xué)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(guó)環(huán)境噪聲污染防治報(bào)告》顯示，2017年全國(guó)各級(jí)環(huán)保部門共收到涉及環(huán)境噪聲的投訴55.0萬(wàn)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(duì)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(cè)與維護(hù);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(chǎng)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(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選擇合適的部件進(jìn)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(rùn)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(rùn)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(jìn)而減小噪聲。金學(xué)松[4]詳細(xì)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(gè)國(guó)家都有應(yīng)用。潤(rùn)滑劑會(huì)使摩擦系數(shù)降低，降低輪軌噪聲。陳輝等[5]通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究，得出列車在70公里小時(shí)時(shí)涂抹潤(rùn)滑劑，輪軌嘯叫聲基本消除，同時(shí)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(dāng)噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時(shí)，將沿著三條路徑傳播，一部分越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)，一部分穿過聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn)，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(duì)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(duì)降噪效果的影響。

3.4 主動(dòng)控制技術(shù)

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

4 結(jié)束語(yǔ)

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(cè)工作，制定技術(shù)規(guī)范。只要整個(gè)社會(huì)相關(guān)部門齊心協(xié)力，在軌道的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、噪聲監(jiān)測(cè)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(xiàn)：

[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.

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

[4]金學(xué)松，杜星，郭俊，等.鋼軌打磨技術(shù)研究進(jìn)展[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，45（1）：2-11.

[5]陳輝，萬(wàn)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.