城市轨道交通高架线噪声控制问题分析

    高架线在城市轨道工程中的建设费用、工期以及运营维护等方面具有明显的优势，若能适当选用，则具有明显的经济和社会效益。由于高架线直接暴露于环境中，若振动和噪声控制不符合相关标准，势必会影响高架线的应用和推广。几十年来，有令人沮丧的失败，但也有成功的案例，美国约有30%的城市轨道交通是高架线，早期芝加哥和纽约等北美地区的城市轨道高架线桥梁以钢结构居多，由于噪声与振动的控制措施不到位，噪声很大，给人们留下了高架线的负面印象。20 世纪 60年代开始，北美和欧洲对此进行了大量研究。许多减振产品和理论及实验研究就是从降低线路振动和噪声开始的，世界上最安静的铁路———香港西铁线是高架线振动和噪声得到有效控制的成功案例［1］。

    我国内地一些城市的高架线也由于振动和噪声问题引发了大量的争议和居民投诉。究其原因，除了与高架线本身振动与噪声的特点有关外，还与相关人员对振动与噪声规律认识不清，研究不深入有关。近年来，随着城市轨道交通的快速发展和环保意识的提高，人们开始重视高架线的振动与噪声问题研究［2-3］。

    1 高架线振动与噪声的来源和特点

    高架线上噪声的主要来源是车辆动力系统、轮轨系统以及结构系统，如图 1 所示，其中空气声主要由轮轨噪声产生。

    车辆动力系统的噪声主要由牵引和辅助设备引起; 轮轨系统噪声是车轮和钢轨接触处产生轮轨力作用，引起其振动而向外辐射的噪声; 结构系统噪声是指由于轨道结构和桥梁结构振动引起的二次辐射噪声。

    1. 1 桥梁结构辐射噪声

    二次低频噪声是列车在高架结构上行驶时通过轮轨接触将振动传到轨道及基础结构，由桥面结构振动产生的。对混凝土桥梁的相关研究表明，混凝土高架线路系统比地面道床轨道上的噪声级高 5 ～ 10 dB; 桥上线路比地面线的总噪声级高出约 20 dB。这是因为高架桥段的声源位置较高，桥梁辐射噪声( 桥梁面积大，原理同扬声器) 的传播距离较行驶在地面时要远、影响面广，尤其是穿越城市人口稠密区，影响更大。

    辐射噪声的大小与高架线的结构形式及材料有关。钢混桥的结构由于其造价低，在世界城市轨道线路上使用较多，但其噪声也比全混凝土桥的噪声大。一般混凝土桥的噪声频率达 500 Hz，箱形梁产生的结构噪声以低于200 Hz 的低频噪声为主，而钢桥的结构噪声要高达2 000 Hz。伦敦码头区轻轨引起了附近居民的抱怨，研究表明，由于高架结构的尺寸比较大，低频段的噪声会有大量辐射，桥梁的低频( 尤其是63 Hz 倍频程) 噪声很大，这一噪声属于低频的轰鸣噪声［4］，等效 A 声级强调的是高频噪声，不能很好地评价高架线的低频噪声。低频段的噪声衰减较慢，而高频段的噪声衰减较快，距高架线较远处建筑物的房间内，桥梁辐射的低频噪声比高频噪声的传播对人的影响更大。桥梁结构相对大而复杂，在桥梁二次辐射噪声的频率范围，有很多复杂的振动模态。