1 工程概況

隨著地鐵既有線路調整并投入運營, 陸續有臨近小區居民反應噪音較原線路有所增加, 經委托專業檢測機構進行現場噪音監測, 監測結果如下:

(1) 晝間監測值大部分能滿足2類區標準要求 (晝60d B、夜50d B) , 存在少量超標現象, 超標量為0.1d B~2.2d B;夜間監測數據22:00~次日1:00及4:00~6:00時間段存在監測數據超標現象, 超標量為1.5d B~12.2d B;夜間列車運行數據均超標。

(2) 根據室內監測數據顯示, 監測結果均超過限值標準, 列車通過小區時的瞬時噪音值最大達80.4d B。

(3) 3個室外監測點顯示, 1、2號樓由于與線路靠的相對較近一些, 監測得出的數值也高于離線路較遠的3號樓, 由于聲屏障的作用, 致使高層的數值高于底層的數值, 中間樓層 (7-12樓) 監測數據相對較高。

2 噪音源分析

根據現場實測以及綜合分析, 目前對該住宅小區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聲屏障距離較遠區段噪聲繞射。

(2) 新建線Ⅱ與既有線Ⅰ聯絡線處新建聲屏障缺口處噪聲漏聲。

(3) 新建線Ⅱ與既有線Ⅰ聯絡線處道岔有害空間沖擊噪聲增量。

3 噪音治理措施比選

經專題研究, 重點對聲屏障、軌面潤滑、阻尼降噪板、可動心軌等措施進行了綜合比選:

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, 局部區段聲屏障聲影區范圍由地面以上45m降低為18m, 該區段小區6層以上建筑無隔聲降噪效果, 與監測數據結論相符。因此可考慮將新建線Ⅱ的聲屏障沿撥移軌道向西延長90m (見圖2) 。

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

原既有線Ⅰ的路基和軌道已拆除, 現場樁基和上部結構具備施工條件, 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, 經評估分析, 如沿用6m高聲屏障, 近軌列車通過時15層以上建筑無隔聲降噪效果, 遠軌列車通過時8層以上建筑無隔聲降噪效果 (見圖4) 。

經對距離道岔區最近的1號樓進行噪音模擬, 列車通過時頂樓等聲值為70d B, 在不考慮背景噪聲時, 工程運營近期晝間1h等效值達標, 夜間1h等效值15層以下達標, 15層以上最大超標約3.5d B, 較現狀有大幅改善 (見圖5) 。

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

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

以上均基于標準直立聲屏障理論數據分析, 在此基礎上, 還可在頂端加裝降噪器。降噪器運用了無源消聲原理, 是屬于干涉消聲原理的抗性消聲器。抗性消聲器不需敷設吸聲材料, 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路徑長度Ln比一般聲場的路徑長度L大一個數值, 使這個數值恰好等于待消聲波的波長的一半 (或半波長的奇數倍) , 這樣, 當一般路徑與通過干涉器的路徑相遇時, 由于某個頻率聲波相位恰好相反, 因此互相抵消, 從而達到消聲的目的, 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

消除道岔內鋼軌接頭, 提高線路平順性, 改善列車運營工況, 同時在道岔前后50m范圍增設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, 道岔內接頭推薦采用凍結方式, 要求接頭位置不得出現大于0.3mm以上錯牙。

(2) 自動頂面潤滑系統

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) 設備, 根據實測, 對減小噪音等方面效果非常突出。運營公司也先后對兩種產品進行了降噪試驗, 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, 同時采用約束阻尼可以在很寬頻域內增加鋼軌阻尼, 減少輪軌的振動加速度及表面聲輻射。目前應用實例主要有上海地鐵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, 其中根據古城車輛段、吳中路停車場測試結果, 表明阻尼鋼軌對曲線嘯叫有良好的降噪效果, 降噪效果可達到5d B~10d B (見圖9) 。

(4) 可動心軌道岔

在單開道岔中, 有兩股鋼軌相交叉, 交叉點附近部分區域形成的結構就構成轍叉, 轍叉分固定型轍叉和可動心軌轍叉兩種類型。

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”, 是車輪失去輪緣導向的部位, 車輪通過轍叉時, 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, 經過有害空間時的道床振動加速度是正常的1.4倍, 會因沖擊引發巨大噪音。

可動心軌轍叉:通過心軌的轉動, 使心軌與翼軌密貼接觸, 車輪輪緣始終有導向, 走行軌踏面與鋼軌定面連續接觸, 消滅了“有害空間”, 過叉平穩, 被廣泛應用到高速鐵路。

經研究如將聯絡線處9號單開固定型道岔更換為型號一致的9號可動心道岔, 轍叉跟端長度需增加, 另外轍叉區段岔枕也需要重新設計, 設計、制造周期都比較長。而且據調研目前9號可動心道岔僅用于廣州4號線及北京機場線各一組, 受工務調整精度的限制, 經常出現道岔失去表示情況發生, 養護維修工作量大, 影響正常運營。

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

4 研究結論與實施方案

綜合以上各項降噪措施的工程造價、降噪效果、實施周期和難度、后期維護保養, 可得出如下結論:

(1) 6m高直立聲屏障結合頂端降噪可滿足降噪要求, 工程造價低, 施工可在天窗時間進行, 不影響運營, 后期維保容易。

(2) 聲屏障加高至8m可進一步降低噪音影響, 但工程造價成倍增加, 且施工周期長。

(3) 消除軌縫措施簡單易行, 投資造價低, 施工快捷。

(4) 自動頂面潤滑系統需持續消耗和補充潤滑劑, 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, 需謹慎使用。

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

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

經過充分的調研、論證、研究和比選, 最終本區段噪音治理方案確定分兩階段實施, 具體如下:

第一階段:實施線路北側共125m直立聲屏障, 基礎和立柱按8m預留, 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。并立即實施消除軌縫措施。

第二階段:待第一階段工程完成后進行噪音復測, 如仍有超標且小于3d B則加裝自動頂面潤滑系統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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