1 工程概况

随着地铁既有线路调整并投入运营, 陆续有临近小区居民反应噪音较原线路有所增加, 经委托专业检测机构进行现场噪音监测, 监测结果如下:

(1) 昼间监测值大部分能满足2类区标准要求 (昼60d B、夜50d B) , 存在少量超标现象, 超标量为0.1d B~2.2d B;夜间监测数据22:00~次日1:00及4:00~6:00时间段存在监测数据超标现象, 超标量为1.5d B~12.2d B;夜间列车运行数据均超标。

(2) 根据室内监测数据显示, 监测结果均超过限值标准, 列车通过小区时的瞬时噪音值最大达80.4d B。

(3) 3个室外监测点显示, 1、2号楼由于与线路靠的相对较近一些, 监测得出的数值也高于离线路较远的3号楼, 由于声屏障的作用, 致使高层的数值高于底层的数值, 中间楼层 (7-12楼) 监测数据相对较高。

2 噪音源分析

根据现场实测以及综合分析, 目前对该住宅小区居民造成较大噪音干扰的噪音源主要为以下3处 (见图1) :

(1) 新建线Ⅱ与既有线Ⅰ声屏障距离较远区段噪声绕射。

(2) 新建线Ⅱ与既有线Ⅰ联络线处新建声屏障缺口处噪声漏声。

(3) 新建线Ⅱ与既有线Ⅰ联络线处道岔有害空间冲击噪声增量。

3 噪音治理措施比选

经专题研究, 重点对声屏障、轨面润滑、阻尼降噪板、可动心轨等措施进行了综合比选:

3.1 声屏障降噪

线路平移后, 既有线Ⅰ的声屏障距线路最大距离由约4.7m变更为最大距离约13m, 局部区段声屏障声影区范围由地面以上45m降低为18m, 该区段小区6层以上建筑无隔声降噪效果, 与监测数据结论相符。因此可考虑将新建线Ⅱ的声屏障沿拨移轨道向西延长90m (见图2) 。

新建线Ⅱ的声屏障受联络线影响无法连续, 平面搭接长度约10m, 该缺口引起水平漏声, 因此建议将联络线区段声屏障向东延长35m (见图3) 。

原既有线Ⅰ的路基和轨道已拆除, 现场桩基和上部结构具备施工条件, 桩基沿用原Φ1200@4000人工挖孔桩, 桩长约5m~7m, 型钢立柱间距2 m。

以上两段直立声屏障总长125m, 经评估分析, 如沿用6m高声屏障, 近轨列车通过时15层以上建筑无隔声降噪效果, 远轨列车通过时8层以上建筑无隔声降噪效果 (见图4) 。

经对距离道岔区最近的1号楼进行噪音模拟, 列车通过时顶楼等声值为70d B, 在不考虑背景噪声时, 工程运营近期昼间1h等效值达标, 夜间1h等效值15层以下达标, 15层以上最大超标约3.5d B, 较现状有大幅改善 (见图5) 。

如将声屏障加高至8m, 近轨列车通过时全部建筑均位于声影区, 隔声降噪有效, 远轨列车通过时14层以上建筑无隔声降噪效果 (见图6) 。既有新建线Ⅱ的80m声屏障经核算基础不满足设计要求, 如加高至8m需重新施作, 但屏体部分可重复利用。

根据噪音模拟, 列车通过时顶楼等声值为67d B, 在不考虑背景噪声时, 工程运营近期昼夜间1h等声值均可达标 (见图7) 。

以上均基于标准直立声屏障理论数据分析, 在此基础上, 还可在顶端加装降噪器。降噪器运用了无源消声原理, 是属于干涉消声原理的抗性消声器。抗性消声器不需敷设吸声材料, 在声场噪声传播路径上, 使一部分声波通过干涉型降噪器, 而通过干涉型降噪器的整个路径长度Ln比一般声场的路径长度L大一个数值, 使这个数值恰好等于待消声波的波长的一半 (或半波长的奇数倍) , 这样, 当一般路径与通过干涉器的路径相遇时, 由于某个频率声波相位恰好相反, 因此互相抵消, 从而达到消声的目的, 一般可降噪量1d B~2d B (见图8) 。

图8 声屏障顶端降噪器

3.2 轨道降噪

(1) 消除轨缝措施

消除道岔内钢轨接头, 提高线路平顺性, 改善列车运营工况, 同时在道岔前后50m范围增设轨距拉杆和地锚拉杆措施, 防止道岔挤压及爬行。针对高锰钢辙叉焊接难度大, 道岔内接头推荐采用冻结方式, 要求接头位置不得出现大于0.3mm以上错牙。

(2) 自动顶面润滑系统

目前北京地铁已在部分正线钢轨顶面加装涂抹润滑液 (水溶剂) 设备, 根据实测, 对减小噪音等方面效果非常突出。运营公司也先后对两种产品进行了降噪试验, 可以将噪音由105d B以上降低到85d B以下, 净降20d B以上, 完全消除尖锐噪音。

(3) 约束阻尼轮轨降噪板

约束阻尼轮轨降噪板由阻尼材料、联接板和约束板组成, 可以增加钢轨的阻尼, 有效抑制钢轨的振动, 同时采用约束阻尼可以在很宽频域内增加钢轨阻尼, 减少轮轨的振动加速度及表面声辐射。目前应用实例主要有上海地铁10号线吴中路停车场、3号线中潭路段、北京地铁1号线古城车辆段、苏州轨道交通2号线太平车辆段等敏感点, 其中根据古城车辆段、吴中路停车场测试结果, 表明阻尼钢轨对曲线啸叫有良好的降噪效果, 降噪效果可达到5d B~10d B (见图9) 。

(4) 可动心轨道岔

在单开道岔中, 有两股钢轨相交叉, 交叉点附近部分区域形成的结构就构成辙叉, 辙叉分固定型辙叉和可动心轨辙叉两种类型。

图9 约束阻尼轮轨降噪板

固定型辙叉:由翼轨和心轨组成, 心轨到咽喉的距离叫“有害空间”, 是车轮失去轮缘导向的部位, 车轮通过辙叉时, 轮缘通过轮缘槽完成车轮由翼轨向心轨 (或心轨向翼轨) 的滚动, 经过有害空间时的道床振动加速度是正常的1.4倍, 会因冲击引发巨大噪音。

可动心轨辙叉:通过心轨的转动, 使心轨与翼轨密贴接触, 车轮轮缘始终有导向, 走行轨踏面与钢轨定面连续接触, 消灭了“有害空间”, 过叉平稳, 被广泛应用到高速铁路。

经研究如将联络线处9号单开固定型道岔更换为型号一致的9号可动心道岔, 辙叉跟端长度需增加, 另外辙叉区段岔枕也需要重新设计, 设计、制造周期都比较长。而且据调研目前9号可动心道岔仅用于广州4号线及北京机场线各一组, 受工务调整精度的限制, 经常出现道岔失去表示情况发生, 养护维修工作量大, 影响正常运营。

因此若考虑更换可动心道岔, 建议采用目前广泛应用于国铁的12号可动心道岔, 技术也比较成熟, 道岔及岔枕等零部件有既成产品, 周期相对较短, 信号施工、调试工作量也基本与9号可动心道岔相当。

4 研究结论与实施方案

综合以上各项降噪措施的工程造价、降噪效果、实施周期和难度、后期维护保养, 可得出如下结论:

(1) 6m高直立声屏障结合顶端降噪可满足降噪要求, 工程造价低, 施工可在天窗时间进行, 不影响运营, 后期维保容易。

(2) 声屏障加高至8m可进一步降低噪音影响, 但工程造价成倍增加, 且施工周期长。

(3) 消除轨缝措施简单易行, 投资造价低, 施工快捷。

(4) 自动顶面润滑系统需持续消耗和补充润滑剂, 需要定期维保。但由于该润滑液系水溶剂, 所以在冬天温度零度以下时, 需谨慎使用。

(5) 约束阻尼轮轨降噪板更适用于降低车辆段进出库小曲线半径线路的啸叫噪音。

(6) 更换可动心道岔施工周期长, 需中断运营4d~5d, 工程造价极高, 基本不可行。

经过充分的调研、论证、研究和比选, 最终本区段噪音治理方案确定分两阶段实施, 具体如下:

第一阶段:实施线路北侧共125m直立声屏障, 基础和立柱按8m预留, 近期施作6m, 与既有保持一致;新建125m和既有80m直立声屏障加装顶部降噪器。并立即实施消除轨缝措施。

第二阶段:待第一阶段工程完成后进行噪音复测, 如仍有超标且小于3d B则加装自动顶面润滑系统2套;如大于3分贝则将新建声屏障加高至8m, 既有段80m声屏障拆除并重新施作8m高声屏障。

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