地铁噪声控制.doc

目录：1.1地铁车站噪声分析1.1.1轮轨噪声1.1.1.1摩擦噪声1.1.1.2撞击噪声1.1.1.3轰鸣噪声1.1.2动力噪声1.1.3其他噪声2.1噪声控制的方向 2.1.1吸声处理2.1.1.1车站设计2.1.1.1.1侧式站台2.1.1.1.2岛式站台2.1.1.2车站装修2.1.2隔声处理2.1.3减振处理2.1.3.1轨道2.1.3.1.1连接件2.1.3.1.2道床2.1.3.1.3扣件2.1.3.1.4轨道减振器2.1.3.2车辆题目：浅谈地铁车站噪声控制摘要：随着北京地铁建设量的逐年增大，地铁线路已经逐渐蔓延到北京的许多地区，地铁轨道减振和地铁车站噪声控制都逐渐成为敏感的问题。这个问题虽然没有被大张旗鼓的提出，但是可以看到最近20年北京地铁正在进行着许多隔噪消噪的尝试，本文从车站装修，轨道铺设等方面谈谈地铁车站噪声控制。关键词：地铁 噪声 控制正文：1.1地铁车站噪声分析 地铁车站噪声可以分为轮轨噪声和动力噪声两部分。通过许多实地测试表明，列车运行辐射噪声频谱呈中低频特性，峰值频率在63-500Hz范围内，车站噪声普遍可达80dB（A)以上。车速超过50km/h时，轮轨产生的噪声占多数。在地铁站中，经过实测表明，噪声因多次反射较室外声压级增加十几分贝，因此应增加吸声量，加速噪声衰减。1.1.1轮轨噪声1.1.1.1摩擦噪声 这是车辆在转弯过程中，由于车轮和钢轨紧密接触造成摩擦和错动而引发的尖叫声。这种噪声属于高频噪声。1.1.1.2撞击噪声 轨道都存在接缝，当接缝较大或者不平整时，车轮会在接缝处产生很大的加速度来撞击钢轨，形成咣当咣当的声音。这种噪声属于低频噪声。1.1.1.3轰鸣噪声 由于钢轨和车轮接触面小，且不够光滑，其间产生摩擦而形成低频的轰鸣噪声。1.1.2动力噪声 进站车辆采用电动风闸制动，风压机工作时也会产生低频噪声，闸瓦和车轮摩擦也会产生噪声，有时还有刺耳的“尖叫”声。牵引电机牵引时，冷却扇吹风都会产生不同频率的噪声，这种噪声以中低频为主。最近我发现环线新型地铁车DKZ16已经安装了超薄空调机位于车顶，其噪声水平也相当高。1.1.3其他噪声 地铁车站中人头攒动，熙熙攘攘，人的说话声则属于中高频噪声。2.1噪声控制的方向 我们这学期的声学课程学习了吸声材料特性和隔声减噪措施，目的是噪声控制，按照这样的思路，我将地铁车站减噪的措施分为吸声、隔声、减振三个方面。吸声考虑的是车站装修，这一点紧密的联系了吸声材料特性和吸声结构知识。隔声考虑的是车站屏蔽门。减振考虑的是轨道、道床和车辆自重。2.1.1吸声处理 对于减噪设计来说，吸声处理是最关键的，他可以降低反射声，使车站噪音不会被太大的加剧。它反映在车站设计和车站装修两个方面。2.1.1.1车站设计 地铁车站的平面有两个常见的形式，即岛式和侧式。他们为噪声的反射和传播提供了不同的条件，下面逐一进行分析。图1 北京地铁站台示意图2.1.1.1.1侧式站台 侧式站台早在69年就在北京地铁中应用了，一期工程的八角、古城、苹果园站都是侧式站台。据我分析，侧式站台对于噪声的控制较于岛式站台是不利的。请看上图，侧式站台的铺轨是直线铺轨，进出站时列车沿直线驶出，这就使隧道内的噪声更加容易传播到车站中来。根据低频噪声特性，即使是岛式站台出站后存在一个小曲线，可能对噪声的阻挡作用也不明显，所以这个因素我暂且将其定为次要因素。最主要的因素在于，侧式站台列车在中央行驶，车辆进站时，靠近站台的一侧由于月台边缘是悬臂式的沟堑结构，对噪音起着明显的遮挡作用，但是另外一侧，也就是靠近中央轴线的一侧，车闸，车下设备，车轮，轨道则完全暴露在建筑中，他们发出的噪音以直达声的形式传播到对面一侧的站台，并在车站多次反射，其噪声水平是比较高的。同时由于侧式站台空间窄小，噪声的声密度大。 图2 地铁古城路车站侧式站台2.1.1.1.2岛式站台 岛式站台在北京地铁中最普遍，环线全部都是这种站台。和侧式站台相反的，列车形势在站台两侧，靠近站台的一侧，车轮和车下设备由于在月台悬臂结构形成的沟堑中，传声受到阻碍。而另外一侧，是紧靠车站外侧墙壁，直达声不能够直接传播到车站中，并且由于间隙窄小，反射声也不易扩散到整个建筑空间中，所以我认为岛式站台对于噪声的控制是有利的。2.1.1.2车站装修 车站装修是车站减噪的重要部分，因为车辆噪音主要在车下（最近又多出了空调，高高在上，给治理带来难度），直达声难以传播到建筑空间中，所以我认为车站噪声以反射声为主。振动的问题将在下文中讨论。治理反射声行之有效的办法就是铺设吸声材料和吸声结构。我就拿环线地铁的老车站做例子。图3 北京地铁环线复兴门车站道床现状从图片上看，现在地铁站的吸声设计存在很大问题。刚才提到，车辆噪音源于车轮和车底设备，这些噪音在被反射到空间中的前次反射界面应该是月台边缘悬臂结构和车站外墙下部，也就是我用混凝土的文字标示的浅蓝色和黑色位置。在这里做刚性混凝土界面，让噪声扩散到建筑空间中再进行吸收，显然不是上策。所以我提出的第一个装修问题就是在道床上设置吸声结构，方法是：在整个道床，外墙上做50厚的矿棉吸音板，外罩穿孔板。背后预留500厚的大空腔，并密排龙骨。据顶棚800做钻孔石膏板吊顶。这样，将整个行车空间用中低频吸声结构包裹起来，使车辆噪音在第一次反射中就大幅度衰减。站台顶部的现行做法是可行的，它采用45度的斜置钻孔石膏板，背后有大空腔，这样对噪声能够更好的捕捉，同时增大了吸声面积。在此基础上，可在钻孔板背后设置玻璃棉，以增强对中高频的作用，来削弱人的说话声。图4车站装修示意图 为了得到行车部分的纵剖面，我用3D软件进行了剖面建模，可以清楚地看到，车下设备完全掩蔽在站台下面，并且还存在一个对于吸声有利的悬臂结构。对行车部分的三个反射面进行吸声处理是直截了当行之有效的方法，但是在材料的选择上还需根据频率特性推敲。下面列举了几种北京地铁站中已经实施的降噪措施。图5 东四十条车站顶棚用普通穿孔板吊顶图6 朝阳门车站用造型穿孔板吊顶图7地铁东单站采用微孔穿孔板吊顶 图8东四十条站车下设备吸声装置（铁丝网背后构造不明）图9 西单站车下噪声吸声装置2.1.2隔声处理 隔声是最近才出现在北京的一个处理方法。对于城铁来说，隔声屏障是主要方式，但是对于车站减噪来说，主要形式就成了屏蔽门。屏蔽门和安全门是07，08年才开始出现在北京的，初衷有两个，一、防止乘客跌入站台，二、减少行车区间和车站的热交换。各种资料上都很少提到屏蔽门的隔声作用，但是无心插柳，屏蔽门对于隔声效果显著，经过到5号线和10号线的实际测试，在站台上基本听不到车辆制动和启动时候的噪音。据观察，些车站完全没有经过吸声处理，各个界面都采用刚性彩钢板包裹，有些车站还出现了凹进结构，显然对于车站的减噪效果是不利的，但是由于噪声泄露较少，所以也不会感觉到太大不适。但是由于车站内人多，熙熙攘攘，若不对中高频做适当吸收，可能略感躁动。图10 东单站使用了屏蔽门，在装修中未作任何吸声处理2.1.3减振处理 以上说了这么多吸声措施，都是对反射声做的处理。若从声源治理，效果更加明显。我从轨道和车辆两个方面分析解决方法。2.1.3.1轨道 北京地铁采用标准轨道和混凝土现浇无渣道床。无渣道床可以减少隧道净高，且很少需要维护，是一种普遍使用的新型道床。但是混凝土道床和原来的石子道床比起来，减振效果不利，所以现在许多国家研制了多种弹性支撑结构和多种橡胶衬垫来减少振动噪声。这一方面利用了橡胶的减振作用，另一方面利用了声音在不同介质中传播会产生明显衰减的原理。就好像多层石膏板粘连在一起就可以比单张厚石膏板起的隔声效果好一样，减振道床就是利用橡胶和混凝土的交叠来起到减振作用。 我调研了北京大部分地铁线路，并对它们使用减振道床，扣件等减振措施的情况进行了一个简单的归纳。北京地铁车站采用的减振措施连接件减振道床扣件轨道减震器1号线减振轨道连接件部分减振扣件无2号线减振轨道连接件东四十条车站采用弹性支撑道床DT-1型老式扣件（崇文门试验段除外）无城铁减振轨道连接件未见减振扣件车站有5号线减振轨道连接件部分减振扣件车站有10号线减振轨道连接件部分减振扣件车站有表1北京地铁轨道系统减振措施调查2.1.3.1.1连接件 减振连接件就是在轨道接缝处，用来连接两根轨道的垫板高度和轨道侧面一致，使其顶部紧顶轨道边缘，来一同承担车轮通过接缝处的冲击力。这个连接件不能起到明显的降噪作用，但是较非减振连接件有一定的减振效果。经过调查，各个线路都在使用这种连接件。图11 城铁霍营站减振轨道连接件（这个大缝产生的噪音巨大，用减振连接件已无意义）2.1.3.1.2道床 道床的减振设计方法有很多。国际上研制出了多种减振橡胶衬垫用于支撑轨枕，日本法国和德国还有许多弹性结构支撑轨枕，比如用弹性材料垫在轨枕底下（或将轨枕包裹住）或者将道床板用几个橡胶脚垫支撑（完全离开，就像桌子的四个腿），总之这些新技术轨枕和道床减振的原理就是让轨枕和道床离开地面，把他们用橡胶和其他材料分开，以增加振动在不同材料间交替传播的难度。 北京地铁没有大规模的使用减振道床，有资料显示，在1972年于东四十条车站试铺了减振道床，实测证明其减振可达5dB，效果满意。我到东四十条车站考察了这种减振道床，确实可以看到一层橡胶垫片，是30年前的东西，证明其性能很稳定。图12 东四十条车站减振道床实拍2.1.3.1.3扣件扣件是把轨道固定在道床上的装置，北京地铁已经经历了从DT1到DT3型地铁轨道扣件的过渡，减振性能更优秀。80年代在崇文门站试验了DT3型扣件图13崇文门站的新老扣件交界处（左为DT3,右为DT1)2.1.3.1.4轨道减振器 轨道减振器由德国在1972年发明，首次应用于科隆地铁，外观呈卵蛋形，故也称为科隆蛋扣件。华盛顿地铁和我国都在80年代引进过该类减振器。北京地铁从2000年开始便普遍的应用了轨道减振器。减振器也属于扣件的一种，用卵形橡胶套支撑钢轨，具有很大的弹性，减振效果良好。城铁，5号线，10号线的车站部分都使用了轨道减振器扣件。图14 城铁五道口站铺设的轨道减振器扣件（科隆蛋）2.1.3.2车辆 从振动的原理上看，车辆自重越大，其摩擦阻力越大，产生的振动也越大，所以从车辆的角度上讲需要减轻车辆重量，才能从根源上抑制振动噪音的产生。我国在80年代就开发出了铝合金车体的地铁列车（DK19），重量较碳钢车减轻1t，获得了良好的刚度和降噪效果。 21世纪后，城铁又开发了不锈钢试验车，重量较碳钢车轻2t，自重仅6.4t，可以说这个重量已经非常轻了。基于试验车的成果，现在北京地铁已经基本全部使用了轻量化不锈钢车，现在车站的噪声较原来已经降低了许多,当然在开空调的时候就要两说了。新闻里说5号线列车的车轮上使用了橡胶垫块减振,由于我没能找到相关的技术资料和图片,在这里也就不妄下断言了。另外，在车下设备的四周设置车裙，用来阻挡噪声的外传也是有效的减噪方法，特别是中高频噪音。这在北京还未见有使用的先例。图15城铁碳钢车图16城铁不锈钢试验车（噪音水平明显低于上述碳钢车）后记： 本文的介绍了各种减少地铁车站振动和噪音的方法，但都比较笼统。许多方法基于原理得出，未能得到试验证实，因此效果可能不明显。对于北京地铁已经有了试验段的车站，由于没有仪器现场测试降噪效果，所以也不能保证它们是真正有效的。从地铁的事情来看，只是降噪的一个小小的方面，