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作者：姜鵬羅曉娟侯明明彭娟高陳璽蘇迪單位：重慶工商大學

在軌道交通誕生后的近一百年的時間里，由于其引起振動的幅值和能量都比較小，沒有對建筑物的結構安全造成嚴重影響，環境振動問題并沒有引起人們的重視，后來隨著現代鐵路事業的不斷發展和人們對生活質量要求的不斷提高，人們才開始對軌道交通引起的環境問題進行系統的研究。城市軌道交通荷載所引起的環境振動，經常會影響鄰近的建筑物，或對鄰近振動敏感的精密儀表、設備等有不可忽視的影響，也時常干擾鄰近居民的生產與生活環境。運載工具的振動會使乘客感到不舒適。另外，振動的有害影響是多方面的，它損害振動作業工人的身心健康，環境噪聲使人感到煩躁不安，影響人們的工作效率，干擾居民的正常生活，還影響或損害建筑物、精密儀器和工程設備使用壽命等［4］。

城市軌道交通中環境振動污染的研究

1振源的研究現狀

高架軌道交通引起環境振動的振源模型就是車輛和橋梁動力相互作用的模型。最早研究車-橋動力相互作用的文獻見于1849年Willis寫的一份關于橋梁振動的報告，分析了Chester橋梁垮塌的原因［5］，在以后100多年的歷史中，各國學者對車-橋動力耦合作用進行了廣泛而深入的研究。研究的主要內容關于激勵源的問題。引起車-橋系統振動的原因可以分為系統外部激勵和系統內部自激勵兩大類。(1)關于系統外部激勵。英國鐵路管理局研究發展部技術中心測試了車輛引起的地面振動，對行車速度、激振頻率和軌道參數的相關關系以及共振現象進行了實驗研究［6］。瑞士聯邦鐵路和國際鐵路聯盟(UIC)實驗研究所(ORE)共同執行了一項計劃，以A．Zach和G．Rutishauser為首的研究小組研究了地鐵列車和隧道結構的振動頻率和加速度特征，從改善線路結構的角度提出了降低地鐵列車振動對附近地下及地面結構振動影響的途徑［6］。(2)關于系統內部激勵。美國G．P．Wilson等針對鐵路車輛引起的噪聲和振動，通過改善道床的結構形式(采用浮板式道床)和改革車輛轉向架的構造以減少輪軌接觸力的方法，提出控制車輛引起的噪聲和振動的建議［7］。日本是振動環境污染最為嚴重的國家之一，T．Fujikake、青木一郎和K．Hayakawa等［8，9，10］分別就交通車輛引起的結構振動發生機理、振動波在地下和地面的傳播規律及其對四周居民的影響進行了研究，提出了四周環境振動水平的猜測方法。

2隔振措施的研究

隔振就是為降低振動或控制振動的不利影響，可從降低振源的激振強度、切斷振動的傳播途徑或在傳播途徑上削弱振動。主要隔離模式有:聲屏障，減振溝(明溝、充填式溝渠)、排樁或孔列、減振墻。應用屏障是防止和減輕地面振動的有效措施。聲屏障是軌道交通運行中降低噪聲和抑制振動的一種有效措施。在地面和高架的城市軌道交通系統中都可以采用聲屏障可有效控制噪聲的傳播。高廣運［11］等首次提出了地面連續和非連續屏障隔振的概念，指出非連續排樁屏障的散射效應決定隔振效果，而屏障的衍射效應決定其影響范圍。于秀娟，李廣影［11］針對噪聲與振動影響的敏感區域如學校、幼兒園、醫院、住宅、站臺等沿線建筑的防噪減振的要求較高，同時受到安裝空間、線路設備限界以及市容、路容美觀性要求等一系列限制，提出“雙面吸聲屏障”，降噪減振效果較佳，但也受到一定條件的制約。德國R．D．Woods(1965)首先在試驗的基礎上研究了明溝的隔振效果［12］;Lysmer(1972)研究了明溝對水平剪切波的隔振效果［13］。德國F．E．Richart和R．D．Woods等又針對隔振溝和板樁墻等隔振措施進行了實驗研究［14］。基于交通車輛引起的結構和地面振動，進一步引發的周邊建筑物振動以及相應的振動控制和減振措施，在規劃和設計的最初階段就應加以考慮，從而提出了一種基于脈沖激勵和測試分析的診斷測試方法，來猜測市區鐵路線四周建筑物地面振動水平，并通過不同測點數據的傳遞函數分析研究了振動波的傳播規律。排樁和孔列的研究，是Woods(1974)對孔列的隔振效果進行研究之后才相繼開始的［15］;Liao等人(1978)將水波比擬為彈性波分別對樁列數和孔列數的隔振效果進行了分析，研究結果表明:排樁數目越多，屏障體系的厚度越大，隔振效果越好。但是多排樁的排距對隔振效果的影響不明顯［16］。另外，減振墻也常用來作為隔振使用，其效能與減振溝類似。有試驗表明，減振墻的板質、厚度和深度對減振效果均有影響，可以獲得明顯的減振效果，國外已成功地采用這種措施防止地鐵和其他振動對建筑物的干擾，但減振墻的應用容易影響市容美觀。

3減振技術的研究

減振就是用彈性連接取代剛性連接，減少振動的能量從振源傳遞出去或者在基礎與設備之間裝設有效裝置(例如彈性扣件、隔振墊層等)，減弱通過基礎傳遞到儀器設備的振動，從而達到降低振動、抑制傳播的目的。目前，國內外城市軌道交通減振降噪技術主要體現在:選用合適的軌下基礎、采用適當的彈性扣件、增加一定的彈性墊層、采用新型的鋼軌線路、加強軌道的不平順管理和采用優良的混凝土梁。在高架線路采用彈性鋼軌扣件，可以減小振動向橋梁和沿線建筑物傳遞，降低輪軌噪聲以及抑制高架梁體對周邊建筑物的二次噪聲。日本高架線路測試結果表明，采用彈性鋼軌扣件，噪聲可降低3dB［17］。采用適當的彈性扣件，可以增加整體道床的彈性。例如，在北京地鐵使用的DTI型和DTV型扣件中，DTV型扣件經過室內試驗比DTI型扣件可減少振動5～10dB［7］。彈性墊層是增加扣件彈性的重要組成部分，采用適當的彈性扣件可以增加整體道床的彈性，緩沖列車的動力作用［18］。北京新建的地鐵和上海地鐵采用鋼軌下一層、鐵墊板下兩層的圓柱型橡膠墊板，均能滿足一般地段需要［7］。必須指出的是，道床型式、扣件型式及彈性墊層之間都要有一定的匹配關系，應用操作時有些難度。采用重型鋼軌可有效抑制鋼軌的垂向振動。將50kg/m鋼軌改成60kg/m鋼軌后，鋼軌的垂向剛度增加，可以把列車沖擊而產生的振動降低10%［19］。采用無縫線路，即將標準鋼軌焊接成長型鋼軌，減少鋼軌接頭數量，從而減少接頭處輪軌沖擊引起的振動與噪聲。在車輛運行過程中，輪軌噪聲是城市軌道交通噪聲的主要來源。由于噪聲和振動在500～2500Hz頻率范圍內線性相關，且鋼軌在此范圍內是主要的輻射體，因此，有效抑制鋼軌振動、減小鋼軌的振動加速度和頻率是降噪的關鍵［18］。測試結果表明:鋼軌打磨后，在振動頻率為8～100Hz范圍內，振動水平下降4～8dB，站臺上的振動水平下降5～15dB［20］。但必須要制定嚴格的養護維修計劃，才能確保軌道處于平順狀態，從而減少振動與噪聲對周圍環境的影響。高架軌道交通系統的橋梁優先采用混凝土梁柱以及整體性能好、振動相對小的結構形式;合理設計跨度和自振特性，以避免高速運行的列車與結構產生共振。另外，橋墩墩臺采用樁型基礎，可獲得相比淺平的基礎更佳的減振效果。

城市軌道交通的發展將是一個長期的過程，由振動引起的環境污染和帶來對人們的健康傷害，這些已經成為高架軌道交通系統亟待解決的課題。城市高架軌道交通的振動控制是一項綜合性工作，正是在這種背景下著手研究其引起的振動危害，并提出了相應的減振與隔振方法，達到理想的減振降噪的效果，因而對環境振動防止對策的研究已經成為一個非常新穎且重要的環境工程學的方向。