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，但也引發了噪聲問題。噪聲嚴重影響了居民的生活質量，因此提出有效的措施來緩解軌道噪聲問題成為當務之急。下面，在對軌道噪聲產生機理進行分析的基礎上，介紹了噪聲危害及控制措施，為有關部門的治理工作提供參考。

關鍵詞：城市軌道;噪聲;監測;控制

0 引言

城市軌道交通已經經歷了150余年的發展，具有快速、準點、安全、便利、舒適等優勢，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及工作區，軌道噪聲問題就成為了制約城市發展的因素之一，在諸如住宅、學校、醫院等敏感地區的噪聲問題已成為研究熱點。

1 軌道噪聲產生機理

軌道噪聲的產生機理和部位各不相同，可分為空氣動力學噪聲、集電系統噪聲、輪軌噪聲、輔助設備的噪聲、機車牽引噪聲和結構二次輻射噪聲[1]。根據噪聲源研究表明，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輪軌振動通過空氣傳播而產生的。在滾動噪聲研究過程中，Thompson改進了初期滾動噪聲預測模型，綜合考慮了鋼軌、軌枕以及其他軌道結構對噪聲預測的影響，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，研發了一款預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、可靠地預測輪軌滾動噪聲，因此，TWINS模型已經成為預測輪軌噪聲水平、指導軌道交通新線設計和既有線路改造，以及開發減振降噪產品的主要技術工具。我國楊新文[3]編制了仿真系統WRNOISE，考慮了輪軌的橫向振動，使滾動噪聲預測結果更加準確。

1.2 輪軌沖擊噪聲

輪軌沖擊噪聲定義為車輪踏面在經過鋼軌連接處等不連續部位時撞擊產生的噪聲。其中，Remington以Ver等的研究為基礎提出“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，同時該類型的振動相較于滾動噪聲更為劇烈，表現出明顯的周期性。

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，且其聲調較高，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2017年全國城市各類功能區聲環境質量監測數據，全國各類功能區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，近年來噪聲已經嚴重影響到人們生活質量。

2.1 干擾睡眠、工作質量

睡眠質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覺醒反應;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。長期處于噪聲環境下，人的身體和心理都會遭受嚴重創傷，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。

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永久性的喪失。噪聲甚至對視覺也會產生影響，噪聲超過了100 dB，會在很大程度上影響到視力，在噪聲環境中，人很容易發生視疲勞、眼痛、眼花和視物流淚等眼損傷現象。

2.3 影響兒童的發育

兒童處于成長的關鍵階段，聽覺系統尚未發育健全，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。處于噪聲環境的兒童會出現記憶力衰退、閱讀能力下降、數學能力變弱及注意力不集中等問題。

3 軌道噪聲控制

據《2018中國環境噪聲污染防治報告》顯示，2017年全國各級環保部門共收到涉及環境噪聲的投訴55.0萬件，占環保投訴總量的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 軌道結構降噪

城市軌道交通大多鋪設了軌道，針對敏感地帶的問題，往往從軌道結構入手。軌枕優先選用彈性材料，但要做好定期監測與維護;道床應用彈性減振系統，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。軌道結構降噪適用于環境要求較高的地方。

3.2 輪軌潤滑及鋼軌打磨

輪軌噪聲產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]詳細介紹了有關鋼軌打磨的理論、技術和應用成果，論述了鋼軌打磨技術與噪聲的關系，打磨技術在世界多個國家都有應用。潤滑劑會使摩擦系數降低，降低輪軌噪聲。陳輝等[5]通過現場實驗研究，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，透射和反射聲能與聲屏障材料、厚度等有關。目前，對聲屏障的研究主要集中在不同材料結構和幾何形狀尺寸對降噪效果的影響。

3.4 主動控制技術

傳統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，噪聲主動控制技術具有輕量化、低頻降噪效果好的優點。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 結束語

隨著城市快速發展，軌道交通的數量急劇增加，軌道噪聲已然成為城市生活的一大公害，噪聲治理工作已經提上議程。噪聲治理工作涉及到許多方面，需要有關部門展開積極配合，本文主要講述了噪聲控制，希望能為相關技術部門提供參考，為了充分保障居民的生活質量，還應開展噪聲監測工作，制定技術規范。只要整個社會相關部門齊心協力，在軌道的設計、運營、噪聲監測等多方面工作努力下，更加環保、和諧的城市交通環境必將形成。

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.