地铁减振降噪技术研究进展

     0 引言

    地铁列车在运行过程中，由于轮轨之间的相互作用而产生振动，振动又通过轨道基础和隧道衬砌传播至土体结构，从而对沿线地面建筑物的稳定性产生影响 ；还会影响精密仪器和仪表的使用精度和灵敏度 ；振动引发的噪声也会影响沿线居民的正常生活。为了降低地铁列车运行过程中产生的振动，国内外研究人员根据振动产生机理、传播方式和影响特点的规律，从降低振源的激振强度、切断振动的传播途径和受保护建筑控制3个方面入手，进行了大量的结构设计、理论计算、试验和应用方面的研究工作。其研究重点集中在振源减振和振动传播途径控制2个方面，控制的对象是车轮和轨道结构，通过对车轮、钢轨、扣件、道床等结构的质量、刚度、阻尼性能的设计，实现地铁轨道的减振目的［1］。本文简要介绍国内外地铁减振降噪技术的最新研究进展。

    1 振源减振

    1.1 钢轨减振

    钢轨是轨道振动的主振源，轨道减振降噪的关键在于如何抑制钢轨振动、减小钢轨的振动加速度和频率。轮轨的作用面是凹凸不平的，轮轨之间的作用力不变化，致使钢轨产生振动，并向外辐射噪声。因此，最原始的方法是打磨轮轨作用面，增加轮轨作用面的平顺程度。日本于1983年在东北新干线进行了钢轨表面打磨的大规模试验，初期显著降低了轮轨之间的传动噪声，但随着时间的推移，作用面变得凹凸不平，振动和噪声甚至超过打磨前。除了改变钢轨的表面状态外，还可以通过改变钢轨的质量和刚度来达到减振噪的目的，主要包括以下2种方法 ：一是重型钢轨可有效抑制钢轨的垂向振动 ；二是无缝长钢轨可减少接头处轮轨的冲击力。阻尼材料出现后，利用附加阻尼结构，增加钢轨的阻尼性能实现钢轨减振，如吸振型钢轨。吸振型钢轨是在钢轨的轨腰两侧粘贴具有阻尼性能的吸振器以增加钢轨阻尼，降低钢轨的振动，加快振动波在钢轨中的衰减速率，达到减振的目的。欧洲铁路公司研制的钢轨调谐质量阻尼系统（TMD）［2］，通过调整吸振器的质量和橡胶弹性，可改变吸振器的固有频率，起到调谐作用。当钢轨振动时，引起吸振器振动，并利用吸振器的阻尼吸收振动能量，从而达到减振的目的。此装置可少钢轨噪声6 dB左右。比利时布鲁塞尔大学对双层调谐钢轨阻尼器（DTRD）进行了研究［3］，并在法国铁路上进行试验。第 9 期 31结果表明，在频率500~2 500 Hz范围内可有效降低钢轨的振动。我国北京交通大学魏鹏勃、夏禾等人［4］利用高阻尼材料和约束板材制成复合阻尼板，在钢轨表面进行粘贴，以减小钢轨的振动。它在北京地铁13号线上的试验结果表明，在钢轨上安装阻尼板后，钢轨轨腰的峰值加速度降低了6~7 dB（A），具有一定的减振效果。隔而固公司尹学军等人［5］开发了迷宫型约束阻尼钢轨，采用迷宫型阻尼形式，从而有效增大了阻尼工作面积，提高了减振降噪效果，在北京地铁的测试表明，一般可降低10 dB（A）。