城市轨道噪声影响与控制

张雁珍

摘 要：轨道交通较为可观地改善了城市拥堵问题，但也引发了噪声问题。噪声严重影响了居民的生活质量，因此提出有效的措施来缓解轨道噪声问题成为当务之急。下面，在对轨道噪声产生机理进行分析的基础上，介绍了噪声危害及控制措施，为有关部门的治理工作提供参考。

关键词：城市轨道;噪声;监测;控制

0 引言

城市轨道交通已经经历了150余年的发展，具有快速、准点、安全、便利、舒适等优势，有效地缓解了城市拥堵问题。我国城市轨道交通虽然起步较晚，但发展迅猛，已在多个城市修建轨道线路。由于轨道交通普及，线路不可避免地穿过生活区及工作区，轨道噪声问题就成为了制约城市发展的因素之一，在诸如住宅、学校、医院等敏感地区的噪声问题已成为研究热点。

1 轨道噪声产生机理

轨道噪声的产生机理和部位各不相同，可分为空气动力学噪声、集电系统噪声、轮轨噪声、辅助设备的噪声、机车牵引噪声和结构二次辐射噪声[1]。根据噪声源研究表明，当列车时速低于300公里时，轮轨噪声是最主要的噪声源[2]。其中，轮轨噪声又大致分为以下三类。

1.1 轮轨滚动噪声

滾动噪声由车轮和钢轨表面的短波不平顺激发轮轨振动通过空气传播而产生的。在滚动噪声研究过程中，Thompson改进了初期滚动噪声预测模型，综合考虑了钢轨、轨枕以及其他轨道结构对噪声预测的影响，建立了较为准确的有限元模型，并把轨道模型中的Euler 梁模型用Timoshenko梁模型取代，更真实地反映钢轨的高频成份。1988年欧洲铁路研究所（ERRI）组织来自欧洲各国的铁路噪声研究人员，以Thompson改进的模型为基础，研发了一款预测轮轨滚动噪声的模型和软件TWINS，大量实验表明，TWINS模型能够较为准确、可靠地预测轮轨滚动噪声，因此，TWINS模型已经成为预测轮轨噪声水平、指导轨道交通新线设计和既有线路改造，以及开发减振降噪产品的主要技术工具。我国杨新文[3]编制了仿真系统WRNOISE，考虑了轮轨的横向振动，使滚动噪声预测结果更加准确。

1.2 轮轨冲击噪声

轮轨冲击噪声定义为车轮踏面在经过钢轨连接处等不连续部位时撞击产生的噪声。其中，Remington以Ver等的研究为基础提出“等效粗糙度谱”的概念，以等效粗糙度谱表示钢轨接头、车轮扁疤等冲击型激扰。该类型的振动与列车运行的速度密切相关，同时该类型的振动相较于滚动噪声更为剧烈，表现出明显的周期性。

1.3 曲线啸叫声

轮轨啸叫噪声是指列车过曲线时车轮和外轨互相挤压摩擦所产生的辐射噪声。啸叫噪声的声功率集中于400 Hz

～10 000 Hz范围中的若干窄频带内，且其声调较高，对人耳的刺激最为强烈。

2 噪声危害

噪声污染已是四大污染之一，在慢慢侵蚀人的健康。根据2017年全国城市各类功能区声环境质量监测数据，全国各类功能区昼间总点次达标率为92.0%;夜间总点次达标率为74.0%。可以看出，近年来噪声已经严重影响到人们生活质量。

2.1 干扰睡眠、工作质量

睡眠质量对人的重要性是不言而喻的，但由于噪声，让人得不到的良好休息。实验表明：在40 dB（A）～45 dB（A）的噪声刺激下，人睡眠的脑电波会出现觉醒反应;60 dB（A）的噪声可使70%的人从睡眠中惊醒;可见噪声对人的睡眠影响非常大。当人处在超过85 dB的噪声下，会感到不安，不能集中注意力工作。长期处于噪声环境下，人的身体和心理都会遭受严重创伤，噪声使人脉搏跳动加快，工作压力加大，导致人严重疲劳，进而影响人的心情，导致心烦、情绪不稳。

2.2 听觉、视觉器官受损

较为强烈、持久性的噪声必然会长期的损害听力器官，最终使得听力丧失或者出现永久性的丧失。噪声甚至对视觉也会产生影响，噪声超过了100 dB，会在很大程度上影响到视力，在噪声环境中，人很容易发生视疲劳、眼痛、眼花和视物流泪等眼损伤现象。

2.3 影响儿童的发育

儿童处于成长的关键阶段，听觉系统尚未发育健全，相比成人更容易受到噪声的影响。他们不仅遭受身体、心理等困扰，还存在认知问题。处于噪声环境的儿童会出现记忆力衰退、阅读能力下降、数学能力变弱及注意力不集中等问题。

3 轨道噪声控制

据《2018中国环境噪声污染防治报告》显示，2017年全国各级环保部门共收到涉及环境噪声的投诉55.0万件，占环保投诉总量的42.9%，为了解决噪声问题，轨道噪声控制措施是有必要的。以下罗列出常用措施。

3.1 轨道结构降噪

城市轨道交通大多铺设了轨道，针对敏感地带的问题，往往从轨道结构入手。轨枕优先选用弹性材料，但要做好定期监测与维护;道床应用弹性减振系统，配合谐振器一起使用;车轮使用阻尼车轮并加装阻尼降噪板;扣件较常见硫化黏结性扣件;钢轨多用重型钢轨。市场上各部件种类繁多，解决不同频率的噪声，在安装部件前，反复进行实验，选择合适的部件进行安装。轨道结构降噪适用于环境要求较高的地方。

3.2 轮轨润滑及钢轨打磨

轮轨噪声产生的主要原因就是轨道不平顺，摩擦大，轮轨润滑及钢轨打磨能有效地解决此类问题。打磨能预防钢轨波磨，减小轨道的不平顺性，改善轮轨表面几何缺陷和伤损，进而减小噪声。金学松[4]详细介绍了有关钢轨打磨的理论、技术和应用成果，论述了钢轨打磨技术与噪声的关系，打磨技术在世界多个国家都有应用。润滑剂会使摩擦系数降低，降低轮轨噪声。陈辉等[5]通过现场实验研究，得出列车在70公里小时时涂抹润滑剂，轮轨啸叫声基本消除，同时减缓了钢轨波磨。

3.3 声屏障

声屏障可以控制传播途径，有效隔断噪声的传播。当噪声源发出的声波遇到声屏障时，将沿着三条路径传播，一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点，一部分穿过声屏障到达受声点，一部分在声屏障壁面上产生反射。在声源位置、特性一定的前提下，声屏障的降噪效果取决于声源绕射、透射和反射声能，绕射声能主要与声屏障的高度有关，透射和反射声能与声屏障材料、厚度等有关。目前，对声屏障的研究主要集中在不同材料结构和几何形状尺寸对降噪效果的影响。

3.4 主动控制技术

传统降噪方式主要是基于声源识别及控制、传播途径控制、受声点设防三方面，对高频噪声非常有效。相比于隔声吸声等噪声被动控制技术，噪声主动控制技术具有轻量化、低频降噪效果好的优点。英国南安普顿大学振动噪声研究所在这方面有比较强的实力，并于中国中车展开了合作，进行了高速列车主动控制噪声研究工作。

4 结束语

随着城市快速发展，轨道交通的数量急剧增加，轨道噪声已然成为城市生活的一大公害，噪声治理工作已经提上议程。噪声治理工作涉及到许多方面，需要有关部门展开积极配合，本文主要讲述了噪声控制，希望能为相关技术部门提供参考，为了充分保障居民的生活质量，还应开展噪声监测工作，制定技术规范。只要整个社会相关部门齐心协力，在轨道的设计、运营、噪声监测等多方面工作努力下，更加环保、和谐的城市交通环境必将形成。

参考文献：

[1]森藤良夫，邵龙海.高速铁路的噪声及降噪措施（下）[J].铁道建筑，1995（5）：32-35.

[2]中国铁道科学研究院.京津城际铁路动态检测报告[R].北京：中国铁道科学研究院，2008.

[3]杨新文.高速铁路轮轨噪声理论计算与控制研究[D].成都：西南交通大学，2006.

[4]金学松，杜星，郭俊，等.钢轨打磨技术研究进展[J].西南交通大学学报，2010，45（1）：2-11.

[5]陈辉，万壮.城市轨道交通智能钢轨涂油器的研究[J].城市轨道交通研究，2018（S2）：67-69.