地铁运营线路减振降噪改造效果分析

地铁运营线路减振降噪改造效果分析

方诗文

无锡地铁集团运营分公司，江苏 无锡 214028

摘要：随着地铁车辆在城市轨道交通系统中的广泛应用，地铁车辆运行过程中的振动和噪声、地下水污染、电磁辐射等问题逐渐暴露出来，其中噪声和振动问题最为突出。由于地铁线路大多沿城市中心和人口居住密集区设置，车辆的噪声和振动严重影响了沿线居民的正常生产生活。因此，对地铁车辆减振降噪技术的研究，提高城轨车辆环保水平，是发展绿色轨道交通的重要工作。

关键词：运营线路；轨道减振；效果分析

引言

目前，我国很多大中型城市已经开通了高速铁路和地铁，以其准时可靠、方便快捷的优势得到社会的一致好评，更多的高速铁路和地铁线路正在规划和建设阶段，在不久的将来会成为人们出行的主要交通工具。与此同时，列车运行产生的振动和噪声对沿线居民的生活造成影响。很多城市在规划线路时，考虑振动和噪声的不良影响，不得不采取绕行或缓建的措施，增加了建设成本，影响了社会发展速度。为减小振动和噪声对环境的影响，国内外专家学者深入研究了振动和噪声的传播规律和控制措施，减振降噪已成为目前和将来的研究热点。

1概述

某地铁线减振轨道结构设计原则：（1）减振轨道结构应按项目环境评估报告书，确定减振地段位置及减振等级。采用无缝线路、弹性分开式扣件和无砟道床或有砟道床满足一般减振地段的需要。（2）采取减振措施，不应削弱轨道结构强度、稳定性及平顺性，往往从改善轮轨平顺性和加大轨道弹性入手。（3）每个工程不宜采用过多减振轨道类型和减振产品，减振产品分级使用，目的在于节约投资，但为了保持轨道弹性连续、减少维修备件种类，宜尽量减少减振产品种类。（4）减振工程措施应根据项目环评报告和减振产品性能确定。（5）高架线减振控制，应结合桥梁型式、桥梁减振支座等选择减振产品。（6）轨道结构简单，施工简便，维修工作量小。

2噪声的产生和降噪方式介绍

地铁车辆运行过程中的噪声主要有:轮轨系统噪声、车辆牵引动力辅助系统噪声以及运行过程中空气噪声。有研究认为车辆牵引系统噪声在运行速度小于60km/h时是主要噪声来源，轮轨系统噪声在车辆运行速度为60～200km/h时是噪声主要来源，空气系统噪声在运行速度大于200km/h时是噪声主要来源。我国地铁车辆最高运行速度普遍在80～120km/h，轮轨系统噪声是车辆的主要噪音。因此对地铁车辆的噪音控制主要是针对轮轨系统噪音控制。

轮轨系统噪声主要来源于车轮和钢轨之间的接触运动，车辆运行过程中车轮和钢轨接触产生轮轨力，导致车轮和钢轨之间产生相对振动和自身振动，车辆和钢轨的振动噪声通过空气向周围传播。

针对轮轨系统的减振降噪方式主要可以从轨道系统和车辆系统2个方面进行研究。其中轨道系统减振降噪主要通过钢轨扣件减振，降低轨道结构的刚度进行减振降噪;车辆系统减振主要是采用车轮降噪板、车轮降噪阻尼环、弹性车轮等措施消除或者削弱车轮振动进行减振降噪。

3常用减振降噪改造

3.1浮置板整体道床减振

浮置板整体道床分为橡胶浮置板整体道床和弹簧浮置板整体道床，其实质都是一个简单的“弹簧－质量”隔振系统;列车运动引起的振动经过橡胶垫或弹簧的缓冲作用后强度降低，从而降低振动对周围环境的影响。

橡胶浮置板分为点支撑、线支撑和面支撑三类，减振降噪效果达到20～30dB。点支撑在国外应用较多，具有固有频率低、减振效果好的优点，但使用寿命短、抵抗和消除纵横向作用力较差。线支撑应用较少，它克服了点支撑的缺点，但减振效果略低于点支撑。面支撑兼具前两者的优点且施工简单，但施工成本远高于点支撑和线支撑，后期维护困难。Hussein与Hunt建立浮置板轨道有限元模型，发现相比不连续浮置板，连续的浮置板在板的共振频率处振动较小。对比橡胶减振垫与聚氨醋减振垫浮置板轨道振动控制效果，结果表明，两种减振垫浮置板轨道结构均在10Hz左右发生共振，0～40Hz都没有减振效果。聚氨酯减振垫减振效果较好，且减振频域更宽。

3.2钢轨选用与维护

钢轨的自重、接头、顺滑度和保养水平都对振动有密切的影响。研究了不同重量钢轨的动力特性，得出随钢轨重量增加振动减小，在保证轨枕抗疲劳性的前提下尽量采用重型钢轨的结论。列车以相同的速度经过时，钢轨接头处的振动是非接头处的3倍，采用无缝钢轨能减小车轮对钢轨接头的冲击力，振动强度大约降低5dB。定期打磨钢轨、保持车轮顺滑可降低滚动噪声2～6dB，尖啸声2～5dB，100Hz频率以上的地面振动减小10dB。因此，钢轨表面发现变形或裂纹时，应及时进行维修打磨处理。

3.3车轮降噪板

车轮降噪板采用2层或者3层钢板，在钢板之间粘贴1～2层橡胶阻尼材料，通过铆钉连接将钢板和橡胶阻尼材料铆接成一个整体。降噪板通过螺栓连接安装在轮辋的侧面，在车轮侧面上形成一个环体。车辆运行过程中，钢板之间的橡胶阻尼材料吸收车辆运行过程中产生的振动实现减振降噪。能够在一定频率范围降低车轮结构振动，从而实现车轮的降噪。经相关试验测试，降噪效果可达15dB，其中对2000Hz左右的中高频噪音降噪效果明显。降噪板作为一种常用的降噪方式，通常安装在采用踏面制动或者轴盘制动转向架车轮中，轮装制动盘车轮由于制动盘安装空间限制无法安装降噪板。另外由于车辆运行过程中振动冲击较大，降噪板和车轮连接安装螺栓会发生断裂，使用过程中存在一定风险。

3.4粘弹性阻尼材料减振降噪技术

粘弹性阻尼材料减振降噪频域宽，应用于航空航天、舰船、汽车等领域已有几十年，最近几年开始应用于高速铁路和地铁减振降噪领域。其作用机理是高分子材料在交变应力的作用下发生滞后并产生力学损耗，将振动机械能转化为热能的形式耗散掉。由于粘弹性阻尼材料的模量过低，一般不能作为结构材料使用，而是将它涂敷于结构表面起到减振降噪的作用，一般可分为自由阻尼结构和约束阻尼结构。适合高速铁路和地铁减振降噪使用的是约束阻尼结构，即在混凝土基层上喷涂一定厚度的粘弹性阻尼材料固化为阻尼层，再浇筑混凝土道床形成约束层。

结语

通过对车辆减振降噪技术的研究，尤其对于弹性车轮在地铁车辆上运用的研究，提高城轨车辆的环保水平，是我国城市轨道交通发展的趋势。能有效助推路面和高架线路形式轨道交通的大范围运用，大幅降低城轨线路的建造运营成本。

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