1 工程概況

隨著地鐵既有線路調(diào)整并投入運(yùn)營, 陸續(xù)有臨近小區(qū)居民反應(yīng)噪音較原線路有所增加, 經(jīng)委托專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場噪音監(jiān)測, 監(jiān)測結(jié)果如下:

(1) 晝間監(jiān)測值大部分能滿足2類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求 (晝60d B、夜50d B) , 存在少量超標(biāo)現(xiàn)象, 超標(biāo)量為0.1d B~2.2d B;夜間監(jiān)測數(shù)據(jù)22:00~次日1:00及4:00~6:00時(shí)間段存在監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)現(xiàn)象, 超標(biāo)量為1.5d B~12.2d B;夜間列車運(yùn)行數(shù)據(jù)均超標(biāo)。

(2) 根據(jù)室內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示, 監(jiān)測結(jié)果均超過限值標(biāo)準(zhǔn), 列車通過小區(qū)時(shí)的瞬時(shí)噪音值最大達(dá)80.4d B。

(3) 3個(gè)室外監(jiān)測點(diǎn)顯示, 1、2號樓由于與線路靠的相對較近一些, 監(jiān)測得出的數(shù)值也高于離線路較遠(yuǎn)的3號樓, 由于聲屏障的作用, 致使高層的數(shù)值高于底層的數(shù)值, 中間樓層 (7-12樓) 監(jiān)測數(shù)據(jù)相對較高。

2 噪音源分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測以及綜合分析, 目前對該住宅小區(qū)居民造成較大噪音干擾的噪音源主要為以下3處 (見圖1) :

(1) 新建線Ⅱ與既有線Ⅰ聲屏障距離較遠(yuǎn)區(qū)段噪聲繞射。

(2) 新建線Ⅱ與既有線Ⅰ聯(lián)絡(luò)線處新建聲屏障缺口處噪聲漏聲。

(3) 新建線Ⅱ與既有線Ⅰ聯(lián)絡(luò)線處道岔有害空間沖擊噪聲增量。

3 噪音治理措施比選

經(jīng)專題研究, 重點(diǎn)對聲屏障、軌面潤滑、阻尼降噪板、可動(dòng)心軌等措施進(jìn)行了綜合比選:

3.1 聲屏障降噪

線路平移后, 既有線Ⅰ的聲屏障距線路最大距離由約4.7m變更為最大距離約13m, 局部區(qū)段聲屏障聲影區(qū)范圍由地面以上45m降低為18m, 該區(qū)段小區(qū)6層以上建筑無隔聲降噪效果, 與監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)論相符。因此可考慮將新建線Ⅱ的聲屏障沿?fù)芤栖壍老蛭餮娱L90m (見圖2) 。

新建線Ⅱ的聲屏障受聯(lián)絡(luò)線影響無法連續(xù), 平面搭接長度約10m, 該缺口引起水平漏聲, 因此建議將聯(lián)絡(luò)線區(qū)段聲屏障向東延長35m (見圖3) 。

原既有線Ⅰ的路基和軌道已拆除, 現(xiàn)場樁基和上部結(jié)構(gòu)具備施工條件, 樁基沿用原Φ1200@4000人工挖孔樁, 樁長約5m~7m, 型鋼立柱間距2 m。

以上兩段直立聲屏障總長125m, 經(jīng)評估分析, 如沿用6m高聲屏障, 近軌列車通過時(shí)15層以上建筑無隔聲降噪效果, 遠(yuǎn)軌列車通過時(shí)8層以上建筑無隔聲降噪效果 (見圖4) 。

經(jīng)對距離道岔區(qū)最近的1號樓進(jìn)行噪音模擬, 列車通過時(shí)頂樓等聲值為70d B, 在不考慮背景噪聲時(shí), 工程運(yùn)營近期晝間1h等效值達(dá)標(biāo), 夜間1h等效值15層以下達(dá)標(biāo), 15層以上最大超標(biāo)約3.5d B, 較現(xiàn)狀有大幅改善 (見圖5) 。

如將聲屏障加高至8m, 近軌列車通過時(shí)全部建筑均位于聲影區(qū), 隔聲降噪有效, 遠(yuǎn)軌列車通過時(shí)14層以上建筑無隔聲降噪效果 (見圖6) 。既有新建線Ⅱ的80m聲屏障經(jīng)核算基礎(chǔ)不滿足設(shè)計(jì)要求, 如加高至8m需重新施作, 但屏體部分可重復(fù)利用。

根據(jù)噪音模擬, 列車通過時(shí)頂樓等聲值為67d B, 在不考慮背景噪聲時(shí), 工程運(yùn)營近期晝夜間1h等聲值均可達(dá)標(biāo) (見圖7) 。

以上均基于標(biāo)準(zhǔn)直立聲屏障理論數(shù)據(jù)分析, 在此基礎(chǔ)上, 還可在頂端加裝降噪器。降噪器運(yùn)用了無源消聲原理, 是屬于干涉消聲原理的抗性消聲器?？剐韵暺鞑恍璺笤O(shè)吸聲材料, 在聲場噪聲傳播路徑上, 使一部分聲波通過干涉型降噪器, 而通過干涉型降噪器的整個(gè)路徑長度Ln比一般聲場的路徑長度L大一個(gè)數(shù)值, 使這個(gè)數(shù)值恰好等于待消聲波的波長的一半 (或半波長的奇數(shù)倍) , 這樣, 當(dāng)一般路徑與通過干涉器的路徑相遇時(shí), 由于某個(gè)頻率聲波相位恰好相反, 因此互相抵消, 從而達(dá)到消聲的目的, 一般可降噪量1d B~2d B (見圖8) 。

圖8 聲屏障頂端降噪器

3.2 軌道降噪

(1) 消除軌縫措施

消除道岔內(nèi)鋼軌接頭, 提高線路平順性, 改善列車運(yùn)營工況, 同時(shí)在道岔前后50m范圍增設(shè)軌距拉桿和地錨拉桿措施, 防止道岔擠壓及爬行。針對高錳鋼轍叉焊接難度大, 道岔內(nèi)接頭推薦采用凍結(jié)方式, 要求接頭位置不得出現(xiàn)大于0.3mm以上錯(cuò)牙。

(2) 自動(dòng)頂面潤滑系統(tǒng)

目前北京地鐵已在部分正線鋼軌頂面加裝涂抹潤滑液 (水溶劑) 設(shè)備, 根據(jù)實(shí)測, 對減小噪音等方面效果非常突出。運(yùn)營公司也先后對兩種產(chǎn)品進(jìn)行了降噪試驗(yàn), 可以將噪音由105d B以上降低到85d B以下, 凈降20d B以上, 完全消除尖銳噪音。

(3) 約束阻尼輪軌降噪板

約束阻尼輪軌降噪板由阻尼材料、聯(lián)接板和約束板組成, 可以增加鋼軌的阻尼, 有效抑制鋼軌的振動(dòng), 同時(shí)采用約束阻尼可以在很寬頻域內(nèi)增加鋼軌阻尼, 減少輪軌的振動(dòng)加速度及表面聲輻射。目前應(yīng)用實(shí)例主要有上海地鐵10號線吳中路停車場、3號線中潭路段、北京地鐵1號線古城車輛段、蘇州軌道交通2號線太平車輛段等敏感點(diǎn), 其中根據(jù)古城車輛段、吳中路停車場測試結(jié)果, 表明阻尼鋼軌對曲線嘯叫有良好的降噪效果, 降噪效果可達(dá)到5d B~10d B (見圖9) 。

(4) 可動(dòng)心軌道岔

在單開道岔中, 有兩股鋼軌相交叉, 交叉點(diǎn)附近部分區(qū)域形成的結(jié)構(gòu)就構(gòu)成轍叉, 轍叉分固定型轍叉和可動(dòng)心軌轍叉兩種類型。

圖9 約束阻尼輪軌降噪板

固定型轍叉:由翼軌和心軌組成, 心軌到咽喉的距離叫“有害空間”, 是車輪失去輪緣導(dǎo)向的部位, 車輪通過轍叉時(shí), 輪緣通過輪緣槽完成車輪由翼軌向心軌 (或心軌向翼軌) 的滾動(dòng), 經(jīng)過有害空間時(shí)的道床振動(dòng)加速度是正常的1.4倍, 會(huì)因沖擊引發(fā)巨大噪音。

可動(dòng)心軌轍叉:通過心軌的轉(zhuǎn)動(dòng), 使心軌與翼軌密貼接觸, 車輪輪緣始終有導(dǎo)向, 走行軌踏面與鋼軌定面連續(xù)接觸, 消滅了“有害空間”, 過叉平穩(wěn), 被廣泛應(yīng)用到高速鐵路。

經(jīng)研究如將聯(lián)絡(luò)線處9號單開固定型道岔更換為型號一致的9號可動(dòng)心道岔, 轍叉跟端長度需增加, 另外轍叉區(qū)段岔枕也需要重新設(shè)計(jì), 設(shè)計(jì)、制造周期都比較長。而且據(jù)調(diào)研目前9號可動(dòng)心道岔僅用于廣州4號線及北京機(jī)場線各一組, 受工務(wù)調(diào)整精度的限制, 經(jīng)常出現(xiàn)道岔失去表示情況發(fā)生, 養(yǎng)護(hù)維修工作量大, 影響正常運(yùn)營。

因此若考慮更換可動(dòng)心道岔, 建議采用目前廣泛應(yīng)用于國鐵的12號可動(dòng)心道岔, 技術(shù)也比較成熟, 道岔及岔枕等零部件有既成產(chǎn)品, 周期相對較短, 信號施工、調(diào)試工作量也基本與9號可動(dòng)心道岔相當(dāng)。

4 研究結(jié)論與實(shí)施方案

綜合以上各項(xiàng)降噪措施的工程造價(jià)、降噪效果、實(shí)施周期和難度、后期維護(hù)保養(yǎng), 可得出如下結(jié)論:

(1) 6m高直立聲屏障結(jié)合頂端降噪可滿足降噪要求, 工程造價(jià)低, 施工可在天窗時(shí)間進(jìn)行, 不影響運(yùn)營, 后期維保容易。

(2) 聲屏障加高至8m可進(jìn)一步降低噪音影響, 但工程造價(jià)成倍增加, 且施工周期長。

(3) 消除軌縫措施簡單易行, 投資造價(jià)低, 施工快捷。

(4) 自動(dòng)頂面潤滑系統(tǒng)需持續(xù)消耗和補(bǔ)充潤滑劑, 需要定期維保。但由于該潤滑液系水溶劑, 所以在冬天溫度零度以下時(shí), 需謹(jǐn)慎使用。

(5) 約束阻尼輪軌降噪板更適用于降低車輛段進(jìn)出庫小曲線半徑線路的嘯叫噪音。

(6) 更換可動(dòng)心道岔施工周期長, 需中斷運(yùn)營4d~5d, 工程造價(jià)極高, 基本不可行。

經(jīng)過充分的調(diào)研、論證、研究和比選, 最終本區(qū)段噪音治理方案確定分兩階段實(shí)施, 具體如下:

第一階段:實(shí)施線路北側(cè)共125m直立聲屏障, 基礎(chǔ)和立柱按8m預(yù)留, 近期施作6m, 與既有保持一致;新建125m和既有80m直立聲屏障加裝頂部降噪器。并立即實(shí)施消除軌縫措施。

第二階段:待第一階段工程完成后進(jìn)行噪音復(fù)測, 如仍有超標(biāo)且小于3d B則加裝自動(dòng)頂面潤滑系統(tǒng)2套;如大于3分貝則將新建聲屏障加高至8m, 既有段80m聲屏障拆除并重新施作8m高聲屏障。

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