地鐵高架車(chē)站站廳層低頻結(jié)構(gòu)噪聲的影響及對(duì)策

扈慧娜 俞泉瑜 侯建鑫 曾向榮

（1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，710018，西安；2.安境邇（上海）科技有限公司，200030，上?！蔚谝蛔髡?，工程師）

高架地鐵線綜合減振降噪方面的研究已有很多，而地鐵高架車(chē)站站廳層的低頻結(jié)構(gòu)噪聲問(wèn)題目前仍被忽略。既無(wú)針對(duì)性的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，也未查到公開(kāi)的測(cè)試或研究成果。為此，通過(guò)對(duì)不同高架站站廳層的噪聲進(jìn)行很多測(cè)試和分析，在噪聲量值、頻譜及與結(jié)構(gòu)、軌道型式的關(guān)系等方面獲得了一些特性和規(guī)律。

1 部分地鐵高架站廳層的噪聲實(shí)測(cè)

對(duì)中國(guó)部分城市地鐵高架站廳層噪聲的測(cè)試統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，背景噪聲及列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲頻譜見(jiàn)圖1。無(wú)明顯干擾時(shí)的背景噪聲范圍約53～64 dB（A），耳感較為安靜；有干擾（乘客、廣播、驗(yàn)票閘機(jī)蜂鳴及電梯語(yǔ)音提示等）時(shí)背景噪聲范圍約63～69 dB（A），低頻成份很少，耳感正?？山邮堋Ｓ纱丝芍?，人們對(duì)站廳層噪聲容忍程度相對(duì)較高，故站廳層噪聲之前較少受到關(guān)注。

由圖1可見(jiàn)：在軌道未采取減振措施的情況下，站橋一體式車(chē)站結(jié)構(gòu)站廳層列車(chē)通過(guò)時(shí)段噪聲約為70～ 75 dB（A），低頻段（50～ 125 Hz）噪聲增量較大，受眾不適感較明顯，并對(duì)正常對(duì)話與交流產(chǎn)生干擾；站橋分離式車(chē)站結(jié)構(gòu)站廳層列車(chē)通過(guò)時(shí)段噪聲約為65～69 dB（A），耳感尚可接受；采取了梯形軌枕等減振措施的站橋一體式車(chē)站站廳層的噪聲水平降低較多，主要是對(duì)低頻段二次結(jié)構(gòu)噪聲形成了有效的抑制，基本與站橋分離式車(chē)站站廳的噪聲水平相當(dāng)。

2 高架站廳層低頻結(jié)構(gòu)噪聲主要影響因素

（1）車(chē)站結(jié)構(gòu)型式。站橋一體式車(chē)站的軌道承載結(jié)構(gòu)與車(chē)站框架結(jié)構(gòu)為剛性連接，其振動(dòng)傳遞衰減慢，參與振動(dòng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量較多。結(jié)構(gòu)部件振動(dòng)水平較高，故相應(yīng)產(chǎn)生的中低頻噪聲量值較大。站橋分離式車(chē)站的軌道承載結(jié)構(gòu)為獨(dú)立的橋/墩結(jié)構(gòu)，或在走行軌梁與車(chē)站框架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置了支座。這兩種型式都對(duì)振動(dòng)的傳遞形成阻隔效應(yīng)，使參與振動(dòng)的構(gòu)件數(shù)量大大減少，故相應(yīng)產(chǎn)生的中低頻噪聲量值較小。

表1 中國(guó)部分地鐵高架線站廳層噪聲實(shí)測(cè)結(jié)果

圖1 部分高架地鐵車(chē)站站廳層背景噪聲及列車(chē)進(jìn)出站噪聲頻譜

（2）軌道減振結(jié)構(gòu)。軌道結(jié)構(gòu)采取減振措施與否對(duì)站廳層二次結(jié)構(gòu)噪聲水平影響較大。軌道減振措施，尤其是可提高軌道平順性的質(zhì)量彈簧隔振系統(tǒng)，可有效抑制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的振動(dòng)，從而對(duì)站廳層噪聲起到明顯的控制效果。由測(cè)試結(jié)果可知：站橋一體結(jié)構(gòu)采用梯形軌枕減振軌道后，站廳層噪聲與站橋分離式車(chē)站相近，采用浮置板減振軌道效果更好，但相應(yīng)需增加軌道結(jié)構(gòu)高度，從而增加整個(gè)車(chē)站的高度及體量。

（3）車(chē)軌狀況及輪軌關(guān)系。車(chē)輛及軌道的使用狀況以及輪軌關(guān)系是否合理，也影響著輪軌振動(dòng)的大小。從我國(guó)內(nèi)地及香港地鐵（較新的線路如馬鐵、西鐵等）的添乘體驗(yàn)及表觀綜合狀態(tài)等方面的對(duì)比來(lái)看，我國(guó)內(nèi)地很多地鐵的車(chē)輛狀況、軌道平順性（軌道幾何狀態(tài)、鋼軌接頭、鋼軌表面質(zhì)量等）及維護(hù)保養(yǎng)狀態(tài)等均相對(duì)較差，故輪軌振動(dòng)水平較高，相應(yīng)引起的站廳層噪聲相對(duì)較大。這與我國(guó)內(nèi)地地鐵對(duì)車(chē)軌狀況及輪軌關(guān)系的忽視等有較大關(guān)系。

（4）特殊線路條件。車(chē)站范圍及兩端的小半徑曲線、道岔或鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，將會(huì)引起輪軌及車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)水平的提高，從而增大站廳層的噪聲水平。

3 高架站廳層噪聲控制指標(biāo)及限值

3.1 針對(duì)性不足的現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國(guó)內(nèi)與噪聲控制相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要包括GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ/T 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》及GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》等。

GB 3096—2008主要是針對(duì)各類(lèi)(室外)聲環(huán)境功能區(qū)制訂的噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表2），采用晝/夜間等效連續(xù)A聲級(jí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此并不太適用于地鐵站廳層的環(huán)境及噪聲工況，但其限值可作為站廳層噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)的參考。

表2 GB 3096—2008的環(huán)境噪聲限值

JGJ/T 170—2009適用于列車(chē)運(yùn)行引起沿線建筑物室內(nèi)振動(dòng)及二次輻射噪聲的控制和測(cè)量.站廳層噪聲峰值也是由列車(chē)運(yùn)行引起的，但因站廳層與線路的相對(duì)位置關(guān)系及使用環(huán)境和條件均與沿線建筑物有較大的差異，故站廳層的低頻噪聲水平達(dá)不到亦不必達(dá)到JGJ/T 170—2009的控制標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表3）。

表3 JGJ/T 170室內(nèi)二次輻射噪聲限值(16～200 Hz)

GB 50118—2010適用于新建及改擴(kuò)建住宅、學(xué)校、醫(yī)院、旅館、辦公及商業(yè)等6類(lèi)建筑主要用房的隔聲、吸聲、減噪設(shè)計(jì)。該規(guī)范中與站廳層環(huán)境較接近的商場(chǎng)、商店、購(gòu)物中心、會(huì)展中心及走廊室內(nèi)允許噪聲級(jí)最大值為60 dB（A）（見(jiàn)表4）。這一限值對(duì)站廳層來(lái)說(shuō)，不僅較難達(dá)到，也沒(méi)有必要。

表4 GB 50118—2010商業(yè)建筑室內(nèi)允許噪聲級(jí)

可見(jiàn)，上述標(biāo)準(zhǔn)的適用條件均與高架站廳層情況存在差異，難以直接引用為高架站廳層的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 據(jù)噪聲狀況及容忍度推薦的控制指標(biāo)及限值

根據(jù)多個(gè)不同高架站廳層背景噪聲及列車(chē)運(yùn)行噪聲實(shí)測(cè)及感受的初步對(duì)比，正常使用條件下的站廳層背景噪聲約63～69 dB（A），低頻成份很少，耳感可接受；列車(chē)通過(guò)時(shí)段噪聲若超過(guò)70 dB（A），且低頻段50～125 Hz噪聲增量較大，則受眾的不適感較明顯，正常對(duì)話與交流亦受干擾。

根據(jù)站廳層的正常工作條件、背景噪聲水平、列車(chē)通過(guò)時(shí)段噪聲特性及乘客和工作人員的接受度，推薦采用“列車(chē)通過(guò)時(shí)段等效A聲級(jí)”作為站廳層噪聲控制指標(biāo)，高要求標(biāo)準(zhǔn)限值為65 dB（A）（或不大于背景噪聲），低限標(biāo)準(zhǔn)限值為70 dB（A）。

上述標(biāo)準(zhǔn)也借鑒了美國(guó)城市軌道交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中1/2類(lèi)區(qū)及3類(lèi)區(qū)“無(wú)影響”等級(jí)的噪聲最大值（分別為 65 dB（A）及 70 dB（A））。

4 高架站廳層低頻噪聲控制措施及建議

高架站廳層低頻結(jié)構(gòu)噪聲的控制需針對(duì)新建線路和既有線路區(qū)別對(duì)待。

4.1 新建線路

根據(jù)前文所分析的高架站廳層結(jié)構(gòu)噪聲的主要影響因素，噪聲控制措施主要從以下幾方面加以考慮。

4.1.1 車(chē)站結(jié)構(gòu)降噪措施

盡量避免采用站橋一體式車(chē)站結(jié)構(gòu)，盡量采用站橋分離式結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1a）），或采用減振支座將走行軌梁與車(chē)站結(jié)構(gòu)分開(kāi)（見(jiàn)圖1b）），盡量減少參與振動(dòng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，從而使站廳層的低頻結(jié)構(gòu)噪聲得到有效控制。

4.1.2 軌道減振措施

軌道減振可有效阻隔輪軌振動(dòng)向軌道下部基礎(chǔ)及周邊構(gòu)件的傳遞，從而降低站廳層周邊的結(jié)構(gòu)振動(dòng)及相應(yīng)產(chǎn)生的低頻結(jié)構(gòu)噪聲。

軌道減振分為中等減振、高等減振及特殊減振3個(gè)等級(jí)。中等減振一般為扣件類(lèi)減振，高等減振主要包括梯形軌枕及減振墊浮置板，特殊減振主要為鋼彈簧浮置板。

減振扣件軌道的固有頻率相對(duì)較高，對(duì)低頻結(jié)構(gòu)噪聲的降噪效果相對(duì)較低。圖2為某高架地段減振扣件與普通扣件降噪效果實(shí)測(cè)對(duì)比。減振扣件的降噪效果為2.8 dB（A），有效降噪頻段為60～600 Hz。可見(jiàn)，減振扣件的降噪效果較為有限，故近年來(lái)將其用于高架站降噪的案例不多。

圖2 某高架地段減振扣件降噪效果實(shí)測(cè)對(duì)比頻譜曲線

梯形軌枕是國(guó)內(nèi)地鐵工程中應(yīng)用廣泛的減振措施之一。梯形軌枕的減振降噪效果來(lái)自三個(gè)方面：①預(yù)制框架式軌道結(jié)構(gòu)提供更高精度的軌道幾何狀態(tài)及平順性，使產(chǎn)生的振動(dòng)源較低；②預(yù)制預(yù)應(yīng)力縱梁可大幅度分散輪軌作用力并降低其峰值；③質(zhì)量彈簧能有效消減振動(dòng)水平。

上海地鐵某高架橋梯形軌枕與普通軌道降噪實(shí)測(cè)效果對(duì)比見(jiàn)圖3。梯形軌枕綜合降噪效果可達(dá)到6 dB（A），有效降噪頻段為30～2 000 Hz。其中，80 Hz處的降噪效果達(dá)到15 dB（A），可見(jiàn)梯形軌枕對(duì)低頻結(jié)構(gòu)噪聲具有較好的消減效果。梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)高度及自重恒載與普通軌道一致，工程適應(yīng)性好，施工速度也快，對(duì)降噪要求較高的高架站較為適用。

圖3 某高架橋梯形軌枕降噪效果實(shí)測(cè)對(duì)比頻譜曲線

鋼彈簧浮置板軌道的參振結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，固有頻率低，故其減振及降噪效果最好。但浮置板的軌道結(jié)構(gòu)高度為650 mm，高于普通軌道或梯形軌枕軌道的結(jié)構(gòu)高度520 mm。這將增加車(chē)站的結(jié)構(gòu)體量和造價(jià)，故建議僅在降噪要求高的高架站使用。

除各類(lèi)軌道減振措施之外，控制好鋼軌表面質(zhì)量、軌縫焊接質(zhì)量及維護(hù)狀態(tài)對(duì)降噪也至關(guān)重要。此外，若高架站范圍或兩端部位設(shè)有道岔，可考慮采用可動(dòng)心軌道岔；若高架站范圍設(shè)有曲線，則曲線半徑宜盡量大。

4.1.3 結(jié)構(gòu)吸聲隔聲措施

在站廳層的頂梁、頂板及側(cè)壁安裝吸聲隔聲板或噴涂吸聲隔聲材料，理論上也有助于吸收或阻隔一定的結(jié)構(gòu)輻射噪聲。香港地鐵采取了類(lèi)似措施（見(jiàn)圖4），但目前我國(guó)內(nèi)地尚缺乏更詳細(xì)的理論分析或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)，需作進(jìn)一步研究、試驗(yàn)，逐步積累經(jīng)驗(yàn)。

站廳層頂部及四周安裝吸聲隔聲板或材料需協(xié)調(diào)處理好與管線、設(shè)備、裝修等方面的空間位置關(guān)系。在新建車(chē)站站廳層可預(yù)留安裝吸聲隔聲板或材料的條件，運(yùn)營(yíng)期間再根據(jù)需要選擇是否安裝。

圖4 香港地鐵高架站廳層頂梁/板的吸聲隔聲板或材料

4.2 既有運(yùn)營(yíng)線路減振

部分已運(yùn)營(yíng)地鐵線路高架車(chē)站的站廳層低頻結(jié)構(gòu)噪聲偏大，對(duì)乘客及車(chē)站工作人員的舒適性產(chǎn)生一定影響，存在整改需求。

站廳層低頻結(jié)構(gòu)噪聲涉及到輪軌關(guān)系、軌道結(jié)構(gòu)及車(chē)站結(jié)構(gòu)等因素，在不影響既有線正常運(yùn)營(yíng)的前提下，主要通過(guò)適當(dāng)?shù)能壍罍p振改造及輪軌關(guān)系維護(hù)管理等措施來(lái)控制。

4.2.1 軌道減振改造措施

在不停運(yùn)條件下，無(wú)法將普通軌道拆除并更換為梯形軌枕及浮置板等減振軌道，僅可將軌道的普通扣件更換為減振扣件。普通扣件靜剛度一般為30～40 kN/mm，減振扣件靜剛度一般為8～20 kN/mm。根據(jù)實(shí)測(cè)，降噪效果約為2～4 dB（A）。

減振扣件的結(jié)構(gòu)及尺寸需適應(yīng)車(chē)站軌道結(jié)構(gòu)等的限制，減振扣件的厚度、長(zhǎng)度、寬度及安裝螺栓位置也應(yīng)盡量與原普通扣件一致，零部件亦盡量考慮通用互換。目前國(guó)內(nèi)的減振扣件主要有先鋒 (浮軌式)扣件及分體嵌套式減振扣件（見(jiàn)圖5）。

4.2.2 輪軌關(guān)系維護(hù)管理措施

重點(diǎn)針對(duì)車(chē)輛走行部及軌道，通過(guò)良好的維護(hù)管理使輪軌關(guān)系達(dá)到相對(duì)較好的狀態(tài)，從而盡量降低輪軌振動(dòng)源強(qiáng)，以降低站廳層低頻結(jié)構(gòu)噪聲。具體措施主要有：加強(qiáng)對(duì)車(chē)輛車(chē)輪圓順度及踏面磨耗狀態(tài)的檢查及整修，加強(qiáng)對(duì)鋼軌表面質(zhì)量及軌道靜態(tài)及動(dòng)態(tài)幾何狀態(tài)的檢查及維護(hù)，做好鋼軌預(yù)防性打磨，及時(shí)對(duì)不良軌縫及鋼軌傷損進(jìn)行處理等。

圖5 適用于既有線改造用的兩種減振扣件

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)多個(gè)不同結(jié)構(gòu)型式及軌道類(lèi)型的地鐵高架車(chē)站站廳層噪聲進(jìn)行了實(shí)測(cè)及調(diào)研。無(wú)列車(chē)通過(guò)時(shí)的背景噪聲約為53～69 dB（A），主要來(lái)自電梯、閘機(jī)、廣播及乘客等干擾因素。未采取任何軌道減振措施或僅采用扣件減振的站橋一體式高架站廳層在列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲超過(guò)70 dB（A），對(duì)乘客及車(chē)站工作人員影響較大；采取了高等或特殊減振措施的高架站廳層列車(chē)通過(guò)時(shí)段噪聲約為65 dB（A），對(duì)乘客及車(chē)站工作人員影響不大。

高架站廳層背景噪聲即使超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，也能被乘客和工作人員接受，但列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲因量值大、低頻成份多，需有所控制。在尚無(wú)針對(duì)性標(biāo)準(zhǔn)的情況下，推薦采用“列車(chē)通過(guò)時(shí)段等效A聲級(jí)”作為站廳層噪聲控制指標(biāo)，其要求標(biāo)準(zhǔn)限值為65 dB（A）（或不大于背景噪聲），低限標(biāo)準(zhǔn)限值為70 dB（A）。

地鐵高架車(chē)站的站廳層低頻結(jié)構(gòu)噪聲控制主要從車(chē)站結(jié)構(gòu)、軌道減振、吸聲隔聲及輪軌關(guān)系維護(hù)管理等方面采取控制措施。

［1］ Federal Transit Administration.Transit Noise And Vibration Impact Assessment：FTA-VA-90-1003-06［S］.Burlington：Harris Miller&Hanson Inc，2006.

［2］ 環(huán)境保護(hù)部.環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—城市軌道交通：HJ 453—2008［S］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

［3］ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJT 170—2009城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50118—2010［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［5］ 上海申通軌道交通研究咨詢(xún)有限公司.分體嵌套式高彈扣件動(dòng)力性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析報(bào)告［R］.上海：上海申通軌道交通研究咨詢(xún)有限公司，2013.

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