郭峰
摘 要：本文对广州地铁一号线地面正线站场上盖物业存在的振动和噪声影响进行分析，结合既有线实际情况，提出了一些有针对性的措施和建议。
关键词：振动噪声；影响分析；措施建议
中图分类号：U239.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0095-03
随着城市的发展，可用建设用地愈发紧张，土地资源变得越来越宝贵，“轨道+物业”逐渐成为国内城市轨道交通行业的主要发展模式。这种模式在保证站场基本功能正常发挥的前提下，通过对站点和车辆段土地进行多功能、多层次、立体化、高强度的综合开发，获取沿线站场土地和物业的增值收益，既可实现土地资源的高效集约利用，又能反哺地铁建设和运营成本，实现经济效益和社会效益。广州地铁的“轨道+物业”模式正处于快速发展阶段，未来将有33个站场综合体及7个综合开发车辆段共计超过450公顷的建设用地用于物业开发。地铁站场上盖物业和沿线物业与地铁线路相毗邻的位置关系，决定了该类型物业天然地存在着振动和噪声干扰问题。目前国家对环境保护工作越来越重视，同时随着生活水平的不断提高人们对环境质量的要求也越来越高，如何采取有效的减振降噪技术措施，降低地铁振动和噪声对上盖物业的不利影响，是决定“轨道+物业”发展模式能否顺利实施的关键[1-2]。
本文对广州地铁一号线地面正线运营对坑口站上盖物业和计划实施的西朗车辆段上盖物业产生的振动和噪声影响进行分析，结合既有线实际情况，提出了一些有针对性的措施和建议。
1 地面正线运营情况和沿线物业发展情况介绍
1.1 地面正线运营情况介绍
广州地铁一号线地面正线线路长2.04km，设两座地面车站（西朗和坑口站），线路从西朗起点向北，经过坑口站，在开往花地湾站的途中转入地下，设一座西朗车辆段（位于西朗至坑口站区间地面正线旁），于1997年6月28日开通运营。地面正线采用无缝线路，P60钢轨，扣件采用TB1495-84弹条I型扣件，S-2型钢筋混凝土长枕，道床采用厚度为400mm的双层碎石道碴道床。地面正线在坑口站南侧设4组道岔，均采用P60、9#、木枕单开道岔，其中3组为正线道岔，1组为非正线道岔。一号线采用A型车6节编组，最高速度80km/h，列车长约140m，日常运营时间：6：00-24：00，高峰期行车间隔为3分钟左右。
1.2 沿线物业发展情况
在上世纪90年代初，地面正线周边区域处于广州市尚未开发的城市边缘地区，但经过二十多年的发展，沿线物业发展迅速；目前位于坑口站至洞口地面段沿线相继建成了康乃馨苑、小康人家、盛大蓝庭等多个住宅小区；在坑口站于2017年建成了上盖综合体荔胜广场，下一步还计划在西朗车辆段进行上盖综合开发改造。一号线地面正线沿线物业发展状况见图1所示，一号线地面轨道与物业位置关系见图2所示。
1.3 目前地面正线已经采用的主要减振降噪措施
（1）铺设P60重型钢轨，以增大钢轨质量，减少列车振动。同时采用焊接长钢轨铺设无缝线路，尽可能减少钢轨接头，提高轨面的平顺性；（2）轨道扣件采用TB1495-84弹条I型扣件，减少轨道振动；（3）采用钢筋混凝土长枕，道床采用厚度为400mm的双层碎石道碴道床，增强轨道的弹性；（4）采用“不落轮镟床”，为保证车轮的圆整，减少轮轨表面的粗糙不平滑而产生的轮轨之间的撞击，从而减小车辆运行振动和噪声；（5）在西朗至坑口区间东侧大部分地段安装了声屏障，有效地减低了噪声对外部的影响。
2 地面正线振动和噪声影响状况分析
将坑口和西朗站及区间线路设计为地面站线，是基于当时该区域所处的发展状况和发展规划等多方面因素综合考虑的结果，在设计上当时也对地面正线采取了有效的减振降噪措施，这些措施是可以满足当时的外部环境要求的。但后期开发的沿线物业，对振动和噪声等环境方面提出了更高的要求。例如坑口站上盖物业荔胜广场，定位为区域型优质购物中心和政企联手打造华南新三板暨风投创投综合服务创新平台，西朗车辆段上盖物业计划打造成城市大型综合开发体；由于这两处上盖物业都离地面正线较近，特別是荔胜广场距离正线轨道最近为27米，这难免受到振动和噪音的不利影响[3-4]。
2.1 地面正线振动和噪声的特点
地铁车辆在轨道上运行时，会对附近地面建筑物产生振动和噪声影响，振动和噪声两者是密切相关的，不可分开；振动越大，则噪声也就越大。
2.1.1 振动的产生和特点
在地铁运营过程中，列车车轮与钢轨之间产生撞击振动，车辆在地面段运行，振动通过钢轨、扣件、轨枕及道床传到地面，进而引起地面建筑的振动。振动是通过固体介质进行传播，这种振动会对周围建筑物环境产生一定影响。影响地铁振动的因素很多，包括列车速度、车辆条件、轨道结构、线路埋深、环境地质条件、周围建筑物构造及与振源的距离等因素有关；从建筑物结构形式、基础类型方面来说，对于基础良好、质量较大的高层钢筋混凝土建筑物，由于其固有频率低，不易被激起较大的振动；相反对于一些基础较差的轻质结构或浅基础建筑物，其振级与土壤振级接近，甚至会出现振动放大的情况。
2.1.2 噪声的产生和特点
（1）地铁噪声的主要特点是间歇性，地铁列车对应不同的运行状态和速度等级，引起的噪声主要包括轮轨噪声、车辆设备噪声、结构二次噪声、列车运行车体噪声等。一号线地面线列车运行速度一般为40～80km/h，因此其噪声主要为列车运行过程中的轮轨噪声和车辆设备噪声。（2）轮轨噪声是由车轮与钢轨相互作业而产生振动向外辐射出声波；主要有滚动噪声、冲击噪声、滑动噪声。滚动噪声是通常没有擦伤的车轮在直线轨道上运行时，车轮滚动而产生的噪声，这是由于钢轨与车轮表面上的小面积粗糙造成的。冲击噪声：是车轮通过轨缝、道岔等或车轮扁塌等引起附加的轮轨冲击力，激发钢轨和车轮的振动噪声。滑动噪声：是车辆通过小半径曲线时，由于车轮受到转向架的约束，不能正切于钢轨运行，也即车轴不能处于曲线的径向位置，于是引起车轮沿着钢轨滚动的同时产生横向滑动，由此产生轮轨接触表面的粘着和空转，引起车辆共振，产生强的窄频带噪声，也称为尖叫噪声。（3）车辆设备噪声主要包括牵引电机噪声、齿轮箱噪声和空压机噪声；同时还伴有空调制冷设备噪声、通风设备噪声、电气噪声、鸣笛噪声、制动噪声等。
2.2 地面正线振动和噪声的影响状况分析
2.2.1 振动影响分析
一号线地面正线采用P60无缝线路钢轨、预应力混凝土长枕、弹性扣件和双层一级石碴道床，轨道具有较好的减振效果，同时沿线已建成物业和计划开发物业都为钢筋混凝土建筑物、基础较好，因此列车通过时对建筑物的振动影响很小；另外沿线物业也没有反馈过地铁运行引起建筑物振动情况的发生。
2.2.2 噪声影响分析
一号线地面正线噪声源可视为位于轨道中心线上方，高出轨面0.25m的由连续互不相干的偶极子组成的有限长线声源，其长度为列车长度。目前，在一号线高峰时，列车两个方向每小时可通过二十至三十对列车，高频次的列车噪声会对沿线环境产生一定的影响。对于列车行车噪声，在距列车一定距离的范围内可将列车当做线声源，其传播规律为：
Lr=Lr0-10lg（r/r0）
式中r0代表参考点到轨道中线的垂直距离；r代表评价点到轨道中线的垂直距离；Lr代表r处的声级；Lr0代表处r0的声级。
地面轨道在没有障碍物等因素影响下，噪声随距离而衰减。北京市环境保护监测中心曾对北京地铁13号线地面段轨道进行噪声距离衰减测试，测试结果见表1所示，北京地铁13号线是北京第一条全地面轨道的城市轨道路线，正线采用碎石道床和无缝线路，与广州地铁一号线地面正线相似。
3 降低噪声的措施
随着一号线沿线区域经济和社会的发展，人们对居住环境的要求越来越高，需要包括物业开发企业在内的各方面，共同采取必要的措施来降低噪声的影响。下面将根据一号线地面正线的实际情况，结合所处的外部环境，从声源控制和传播过程控制两个方面进行分析，提出一些有针对性的措施和建议[5-6]。
3.1 声源控制方面
根据上面的分析，一号线地面正线声源主要由轮轨噪声和车辆设备噪声两方面组成，本文主要从轮轨方面进行分析。轮轨噪声控制要考虑在轨道和车辆走行部两方面采取措施，轨道方面一般采用减少钢轨接头、减少轨道振动、提高轨道平顺性等措施；车辆走行部一般采用改善车辆纵横向动力学性能和提高车辆的曲线通过性能等措施。具体措施如下：
3.1.1 消除轨道普通接头，降低轮轨冲击噪声
由于普通接头处钢轨存在轨缝，列车通过时轮轨动力作用大，会产生较大的冲击噪声，根据国内大量试验结果表明，列车通过钢轨接头处的轮轨噪声比通过非接头处部位增加5至9dB（A）。因轨道电路隔离和闭塞的需要，坑口站往洞口方向上下行共设置了4对钢轨接头，其中两对为普通绝缘接头，两对为普通接头，这在一定程度上增加了轮轨噪声。目前在国内铁路行业，为了消除轨道接头，在铁路正线上已大量推广使用了胶接绝缘接头，该类型接头可完全消除钢轨接头缝隙，在绝缘性能、剪切阻力、疲劳强度、抗损伤等方面均优于普通绝缘接头。根据地面正线的实际情况，可考虑采用厂制胶接绝缘接头代替普通绝缘接头，两侧用铝热焊接头代替普通接头的方法进行施工，可有效提高轨道平顺性，降低轮轨冲击噪声。
3.1.2 对有缝道岔进行无缝化改造，降低轮轨冲击噪声
坑口站南侧正线铺有3组道岔，该道岔为P60、9号单开、高锰钢辙叉道岔（图号：专线4115），采用木枕石碴道床，均为正线直向通过道岔。该类型道岔直向上设置了8个普通钢轨接头，侧向上设置了6个普通钢轨接头，其中2个为普通绝缘接头，由于该道岔存在着较多的普通接头，列车通过时会产生较大的冲击噪声。通过对有缝道岔进行无缝化改造，尽可能减少接头数量，降低列车通过道岔时的冲击作用，以达到降低噪声的目的。目前按照铁路既有线路无缝化改造的做法，对道岔无缝化改造有接头焊接和接头冻结两种，从焊连方式来说有两类，全焊连和半焊连两种方式。全焊连道岔是对固定型辙叉道岔的钢轨接头除绝缘接頭采用胶接绝缘接头、辙叉前后4个接头及曲股接头可采用冻结接头外，其余接头应全部焊连。半焊连道岔是对固定型辙叉道岔的直股钢轨接头除绝缘接头采用胶接绝缘接头、辙叉前后4个接头可采用冻结接头外，直股其余接头应全部焊连。冻结接头是采用夹板与高强螺栓联结钢轨，使轨端密贴或预留小轨缝，将钢轨锁定阻止其伸缩的一种接头形式。
坑口站道岔侧向行车较少，可考虑采用半焊连（冻结）方式进行改造，具体见图3所示：
3.1.3 将Ⅱ型轨枕换铺Ⅲ型轨枕，提高轨道稳定性，降低钢轨振动引发的噪声
目前地面正线铺设的轨枕为S-2型属Ⅱ型轨枕，扣件为铁路Ⅰ型弹条扣件；该类型轨枕是我国铁路于上世纪80年代研制并使用的一种轨枕，随着我国铁路提速和运量的增加，该类型轨枕在铁路正线目前已被淘汰；90年代以后我国又开始研制和推广使用Ⅲ型枕和改进Ⅱ型枕，目前铁路正线碎石道床轨道上普遍铺设新Ⅱ型枕或Ⅲ型枕。对这三种类型的轨枕进行比较见表2所示。
Ⅲ型轨枕比S-2（Ⅱ型）轨枕轨下和中间截面的承载力分别提高了43%和65%，轨枕轨下截面静载抗裂强度达到210kN，中间截面可以达到170kN。Ⅲ型轨枕比S-2（Ⅱ型）轨枕相比，加宽了枕底宽度，使之与道床的的支承面积增加17%，端部侧面积增加20%，对于提高道床纵横向阻力和轨道稳定性十分有利。未来一号线地面正线在结合西朗车辆段上盖和西朗站改造同步进行改造时，可考虑将既有Ⅱ型轨枕改铺Ⅲ型轨枕，相应扣件进行同步升级，以提高轨道的稳定性，降低钢轨振动引发的噪声。
3.1.4 保持车轮踏面技术状态良好
经常保持车轮踏面圆整、修正踏面擦伤，提高走形部的动力学性能；同时可考虑在列车上加装车载涂油器，保持轮缘和钢轨接触部位润滑，可降低轮轨噪声。
3.2 传播过程控制
噪声传播过程中会因空气、障碍物等影响存在能量的衰减，因此如果能在噪声传播过程中，增加障碍物引起的附加衰减，则可以使噪声干扰迅速减少，降低噪声的影响。
3.2.1 安装声屏障
安裝声屏障是控制地铁沿线噪声的重要措施，声屏障降噪原理就是在声援和接收点之间，垂直插入一个有足够面积和密度的密实材料壁板和墙壁，使声波在传递过程中有一个明显的衰减，其作用是阻止噪声的直接传播、隔离渗透声、并使反射声有足够的衰减。声屏障的结构形式根据不同的噪声敏感点和所处的环境，采取不同形式，一般有直立式、反射式、全反射式、全封闭式四种。声屏障的材料主要包括钢筋混凝土、塑料有机玻璃类、金属板类等。声屏障的安装主要考虑设置位置、高度、长度、结构形式、选用材料、预期效果、造价、安全可靠度、外观效果等因素，总之声屏障的确定，要根据具体情况具体分析，不同声屏障结构类型可能衰减噪声值见表3所示。
3.2.2 受声点的直接防护措施
对于一些距离噪声源较近的建筑物，声屏障无法满足其环境要求时，有必要对受声点进行防护，减少外界噪声的干扰。
（1）将面向噪声源的门、窗等设计为全封闭式门、窗，并加设通风设备；（2）应加强建筑物自身的吸声和隔声能力。例如对靠近地铁线路的墙体应适当加厚以提高其隔声能力，在其外表面增设吸声层以提高吸收噪声的能力。
4 结语
本文仅对广州地铁最早开通的一号线地面正线站场上盖物业存在的振动和噪声问题进行分析，提出了一些有针对性的措施和建议。广州轨道交通建设正处于快速发展阶段，轨道上盖物业也正处于加速发展阶段。对于新建线路，建议在进行线路规划设计时，将站场的上盖开发及其减振降噪一起进行总体规划和统筹考虑。对于已经建成的站场进行改造和上盖开发，考虑到这些站场有很多在规划设计时，没有考虑后期的开发利用，在后期再考虑开发时，原有的设计很难再改变，能采取的改善环境的措施也比较有限，建议后期改造时应委托专业机构，根据既有站场的实际情况、轨道与上盖物业的位置关系、振动和噪声污染源等影响因素，对振动和噪声进行测试和评估，确定经济、可行、有效的减振降噪方案，实现轨道上盖物业安全、舒适、健康的外部环境，确保“轨道+物业”发展模式能够顺利、平稳发展。
参考文献
[1]郑捷奋，刘洪玉.日本轨道交通与土地的综合开发[J].中外房地产导报，2003，（8）：133-138.
[2]马祖妻，简德三，沈洪.东京和香港轨道交通站场综合开发启示[J].都市快轨交通，2015，（6）：144-148.
[3]卜建清，高勇利，袁向荣.减小铁路振动与噪声影响的方法[J].铁道工程学报，2001，（3）：42-47.
[4]张三明，谭艳平.铁路沿线居住建筑设计中的噪声控制[J].华中建筑，2005，（2）：66-67.
[5]卢耀荣.无缝线路研究和应用[M].中国铁道出版社，2004.
[6]周建民.城市轨道交通中的振动和噪声控制[J].城市轨道交通研究，2000，（4）：16-18.
