南京地铁1号线珠江路站振动及二次结构噪声整治研究

2021-09-23佘才高张伯林刘铁旭霍海龙

都市快轨交通 2021年4期

佘才高，张伯林，刘铁旭 , ，陈鹏 , ，霍海龙 ,

（1. 南京地铁集团有限公司，南京 210000；2. 北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037； 3. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044；4. 城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程实验室，北京 100037；5. 北京市轨道结构工程技术研究中心，北京 100037）

地铁由于其运量大、速度快、准点率高等优点，已经成为解决城市交通拥堵问题的一种有效措施[1]。近年来随着城市轨道交通的快速发展和人们生活水平的提高，列车运行引发的环境问题越发引起人们的关注，尤其是振动和噪声问题[2-3]。列车运行引起的轨道结构振动通过周围地层向外传播，会诱发地面建筑物的二次振动和噪声辐射，对居民生活、工作造成一定影响[4]。

针对城市轨道交通振动噪声问题，多种减振措施已经在实际运营中得到应用，并取得了较好的效果。高晓刚等[5]通过振动及频谱响应测试实验，对比了双层非线性减振扣件、III型轨道减振器扣件及DTVI2扣件的减振情况。冯光福等[6]通过静、动态试验分析了QY-2 型扣件的减振性能。吴建忠[7]通过落锤减振试验，对比分析了弹性整体道床和轨道减振器扣件的减振效果。涂勤明[8]通过环境振动测试分析了钢弹簧浮置板轨道的减振性能。郭强等[9]通过现场实验研究了曲线段不同减振轨道的振动情况。

现针对南京地铁1号线地铁列车运行引起的珠江路站附近地铁大厦振动及二次结构噪声问题，在现状调研基础上，提出了振动噪声的整治方案，并开展了系统的测试研究，对整治方案实施前后的振动及二次结构噪声进行了对比分析。

1 现状调研及整治方案

南京地铁1号线珠江路站内轨道采用DTVI2型扣件，未采取任何减振降噪措施。经现场调研，发现钢轨焊接接头处存在低接头问题。焊接低接头是线路常见的病害，列车通过焊接低接头时会产生较大的冲击力[10-11]。在不影响既有线运营的前提下，本着减振降噪且方便实施的原则，制定了将DTVI2型扣件替换为减振扣件，同时进行钢轨低接头打磨的综合整治措施。扣件更换措施如图1所示，钢轨低接头的打磨如图2所示。

图1 扣件更换措施 Figure 1 Fastener replacement measures

图2 钢轨打磨措施 Figure 2 Rail grinding measures

目前，既有的中等减振扣件普遍存在螺栓长度比普通扣件长且无法通用的问题。而且，扣件组装高度也高于普通扣件10 mm以上，采用此类扣件改造需要对改造段前后的钢轨进行顺坡，会增大改造难度、压缩限界净空。分体嵌套式扣件与其他既有的中等减振扣件相比优势明显，轨下垫板、弹条、轨距垫、道钉、套管等零部件可与普通扣件通用，尤其是组装高度能做到和既有普通扣件一致，不改变轨面高程，实现了真正意义上的“原位替换”，也实现了最大限度上的零部件通用。目前，分体嵌套式扣件已在北京、杭州等城市的既有线改造中采用，取得了很好的效果。此外，在合肥、重庆、西安等城市新建线中已开始逐步推广应用。

2 振动噪声测试方案

为评估振动噪声整治措施的效果，对措施实施前后的振动噪声水平进行了测试，测试内容包括轨行区振动测试、室内振动测试及室内噪声测试[12-14]。

2.1 测试设备

1)采集仪及分析平台。隧道振动及室内振动噪声测试采用INV3062V网络分布式采集仪进行数据采集，采用动态测试分析平台软件DASP进行数据分析。

2)传感器。轨行区振动测试隧道壁采用LC0161BG压电加速度传感器，其频率响应范围在0.1～1000 Hz，量程为5 g，测试精度为0.00002 g。室内二次结构噪声测试采用丹麦B&K4189-1/2英寸自由场传声器，其频率范围为6.3～20 kHz，量程为14.5～146 dB；室内振动测试采用B&K振动加速度计，测量信号频率分析范围为4～200 Hz，量程为0.5 g，横向灵敏度小于1%。

2.2 测点选择

南京地铁1号线珠江路站附近地铁线路与地形、建筑物的平面位置关系如图3所示，地铁大厦1楼会议室中心至左右线线路中心距离分别为20 m和35 m。隧道轨面到地面15 m，DTVI2扣件更换为嵌套式减振扣件的里程范围(青色线)为上行K9+273～K9+458、下行K9+275～K9+640，隧道内的测点位于站台范围内上行K9+375。隧道测试截面的线路特征见表1。地面建筑物内振动及二次结构噪声测点，位于地铁大厦室内1层会议室。

图3 测试位置平面图 Figure 3 Test location plan

表1 隧道测试截面线路特征Table 1 Line characteristics of the test section of a tunnel

2.3 测点布置

测点布置情况如图4所示。隧道截面测点布置在远离站台一侧，包括钢轨、道床、隧道壁测点。建筑物内振动和二次噪声测试在地铁大厦会议室内，房间内布置1个噪声测点，距地面高度为1.2 m，朝向房屋中间，如图4(b)中测点1；室内振动布置3个测点，如图4(b)中测点2～4，测量室内垂向加速度。测试现场布置如图5所示。

图4 测点布置示意图 Figure 4 Schematic diagram of measuring point layout

图5 测试现场布置图 Figure 5 Test site layout

3 测试结果分析

3.1 轨行区振动测试

对整治措施实施前后钢轨、道床和隧道壁垂向振动进行测试，测点在1～200 Hz频率段范围内Z计权的1/3倍频程图如图6所示，1～80 Hz范围内最大Z振级见表2。

表2 Z振级Table 2 Z weighted vibration acceleration levels dB

图6 Z计权1/3倍频程图 Figure 6 Z weighted 1/3 octave chart

1)整治措施实施后道床、隧道壁测点在全频带内的振动加速度级均有所降低，其中在1～8 Hz和40～200 Hz内振动加速度级的降低尤为明显；钢轨测点除了在12.5～50 Hz频带内的振动加速度级略有增加外，在其他频段内均有所降低。

2)整治措施实施前，钢轨、道床、隧道壁垂向振动加速度级均在63 Hz附近出现较为明显的峰值。该频率与DTVI2扣件固有频率相关，在更换扣件后频率变低，三者的垂向振动加速度级峰值频率均变为40～50 Hz频段。

3)整治措施实施后钢轨、道床、隧道壁最大Z振级比整治措施实施前分别降低了4.23 dB、15.54 dB和12.73 dB。

通过钢轨低接头打磨，提高了平整度，从源头上降低了振动。采用嵌套型减振扣件后改变了扣件自振频率，从传播途径减小了振动。从图7可以看出，两种措施的采用在中低频范围内起到了良好的减振降噪作用。

图7 钢轨至轨道板插入损失 Figure 7 Insertion loss between rail and track slab

3.2 室内振动测试

对整治措施实施前后列车经过时室内测点的垂向振动进行测试，在4～200 Hz频段范围内的Z计权的1/3倍频程中心频率如图8所示。

图8 Z计权1/3倍频程图 Figure 8 Z weighted 1/3 octave chart

可以看出，整治措施实施前，各测点的垂向振动加速度级均在63 Hz附近出现较为明显的峰值。整治措施实施后，63 Hz附近峰值已不存在，而是往低频方向移动，幅值比整治措施实施前有明显降低。在25～200 Hz频段内，各测点的垂向振动有明显降低。

列车高峰时段经过测点时，对室内各振动测点的加速度信号进行频谱分析，得到各测点加速度分频最大振级VLmax，见表3。室内振动评估的限值采用昼间65 dB、夜间62 dB。由表3可知，整治措施实施前，各振动测点分频最大振级虽满足规范要求，但总体振动水平偏大，平均值为52.21 dB；整治措施实施后，各测点分频最大振级平均为39.91 dB，降低了12.29 dB。测点2分频最大振级降低最明显，降低了18.20 dB。