摘 要： 城市轨道交通在满足日益增加的城市民众出行需求的同时也造成了大量的噪声污染。本文首先阐述了噪声污染的概念及其危害，其次就城市轨道交通噪声污染的成因进行了分析，最后给出了如何降低城市轨道交通噪声污染的有效措施。旨在减少城市轨道交通的震动及噪声污染，构建健康、和谐的现代城市。
关键词 : 城市轨道交通;噪声污染;成因分析;防控措施;
Abstract： Urban rail transit has caused a lot of noise pollution while meeting the increasing demand of urban people. This paper first describes the concept of noise pollution and its harm,then analyzes the causes of noise pollution in urban rail transit,and finally gives effective measures to reduce noise pollution in urban rail transit. The aim is to reduce the vibration and noise pollution of urban rail transit and build a healthy and harmonious modern city.
Keyword： Urban Rail Transit; Noise Pollution; Cause Analysis; Prevention and Control Measures;
0 、引言
近年来，随着我国国民经济的持续向好，城市化进程日益加快。城市人口急剧增加，城市居民的出行需求也随之增大，城市面临着严峻的交通压力。因此，现代城市需要拥有与城市居民出行需求相匹配的交通体系。城市轨道交通具有安全准点、运输量大、运输效率高、舒适性强、低污染等优点，能有效地发挥城市交通的整体效益，有效节约城市的建设成本，促使城市土地的综合利用。因此，越来越多的城市采用城市轨道交通运输系统来应对日益加快的城市化进程而带来的市内交通压力。
随着城市轨道交通事业的不断发展，城市轨道交通尽管极大地满足了城市居民的出行需求，但其在运营过程中产生的震动及噪声污染也愈发凸显。大量的振动及噪声污染已严重影响到城市居民的正常工作和休息，危害其身心健康。鉴于此，如何有效地减少城市轨道交通的震动及噪声污染便成为现代城市亟待解决的问题。
1、 噪声污染的概念及其危害
1.1 、噪声污染的概念
噪声污染是一种常见的环境污染，它与其它三种环境污染(固体废弃物污染、水污染和大气污染)共同构成世界范围内四大主要环境污染问题[1]。所谓的噪声污染是一种对人类的生产和生活毫无帮助且具有某种无形的“恶性”刺激的声响，该声响对人的精神层面有较大的负面影响且能潜移默化地影响人类的身体健康;另一方面，该声响会直接影响社会的生产活动，不利于社会的和谐、可持续发展[2]。
1.2、 噪声污染的危害
(1)噪声污染对听力造成损伤
噪声污染直接作用于人的耳部，对人体最明显的危害是使人的听力受到损伤。当人们突然进入强噪声环境时，双耳会瞬时感到难受，甚至会出现头痛等感觉。在人们离开强噪声环境到安静的场所休息一段时间后，听力会逐渐恢复正常[3]。假如人们长时间在强噪声环境下工作，很可能会诱发内耳器官病变，导致噪声性耳聋。
(2)噪声污染能诱发多种疾病
噪声污染经过听觉器官后作用于大脑中枢神经系统，进一步会影响到全身的各个器官，造成脑胀、头痛、失眠、耳鸣、全身无力、记忆力减退及神经衰弱等症状[4]。噪声污染也会导致人们消化系统功能紊乱，引起消化不良、食欲不振、恶心呕吐等症状。此外，噪声污染对内分泌机能及胎儿的正常发育等方面也会产生不利影响[5]。
(3)噪声污染对人类的工作产生干扰
噪声污染对人类的睡眠影响极大，会导致惊醒、多梦、睡眠质量下降等。噪声污染会使得人们的注意力分散，造成反应行为迟钝，较容易疲劳，使得工作效率下降，差错率较以往正常情况有所上升。
(4)噪声污染对仪器设备和建筑结构的危害
实验研究表明:特强噪声会导致仪器设备受到损伤，甚至会导致仪器设备失效。噪声污染对仪器设备的影响与噪声频率、噪声强度乃至仪器设备本身的结构及安装方式等因素均有关系[6]。当噪声超过140d B时，对轻型建筑具有破坏作用。例如当轨道交通列车在钢轨上“飞速”驶过时，列车的头部和尾部会产生压力和密度突变，最终形成N形冲击波;长期作用下该冲击波会降低建筑物的结构强度，使建筑物受到不同程度的损伤;当N形冲击波的频率与建筑物的固有频率相同时，会导致建筑物的振幅加剧，这将对建筑物的结构造成严重破坏，如出现门窗损伤、墙壁开裂、抹灰震落等现象。
2 、城市轨道交通噪声污染成因分析
2.1 、车轮～轨道噪声污染
城市轨道交通列车在轨道上运营时，车轮与轨道相接触的地方会发生力的相互作用，使得车轮和轨道发生震动而向周围辐射声波，这种因钢轨与车轮之间的相互作用所产生的声响便是车轮～轨道噪声污染。该噪声(主要有轰鸣噪声、撞击噪声和摩擦噪声)污染是城市轨道交通的主要噪声污染来源。其实，使得车轮和轨道发生震动的主要因素如下:(1)城市轨道交通列车的悬挂阻尼及悬挂高度设计不合理，悬挂阻尼及悬挂高度越高，车轮和轨道发生震动的几率越大;(2)城市轨道交通列车的车体重量过大，对轨道的冲击力也大，车轮和轨道发生的震动剧烈。
2.2 、轨道车辆的非动力噪声污染
该噪声污染主要是指轨道车辆的制动系统在实施制动的过程中，其制动盘与制动闸瓦之间的摩擦振动，它能激发制动闸瓦片、闸瓦托架以及制动盘等部件产生自激振动而形成噪声污染。当这种自激振动而形成噪声的频率1～16Hz时，与人体的共振频率一致，很容易对人体造成伤害[7]。
2.3、 高架轨道噪声污染
当列车行驶在高架线路上时，车轮～轨道相互作用所产生的振动便通过轨道传递给其下的支承结构，该支承结构便将震动向其周边地区进行辐射传播，形成较高的噪声污染。研究发现[8]:距离轨行区25m左右，9～13层楼窗外1.5m处，其噪声级已达到90～98d B，已对人们的正常生活产生较为严重的干扰。
2.4 、牵引动力系统噪声污染
牵引系统设备运转所产生的噪声污染主要是指受电弓与接触网(或供电第三轨)之间的滑动摩擦而产生的噪声污染以及牵引电机及其冷却风扇、齿轮箱、空气压缩机工作所产生的噪声污染。特别是受电弓与接触网(或供电第三轨)之间的滑动摩擦而产生的噪声及空气压缩机工作所产生的噪声，他们是牵引动力系统噪声污染的主要来源，他们随列车运行速度的提高而增长。研究表明[9]:列车运行速度增长1倍，其牵引动力系统噪声污染将增长3倍。
2.5 、地下轨道向地面传递其承载的噪声污染
城市轨道交通地下轨道与车轮间的相互作用而产生的振动会传递给地下隧道结构，进而传递给隧道周围的土壤;而隧道周围的土壤又将该震动传递给隧道附近的建筑物，从而导致地下隧道墙壁的震动和噪声污染在建筑物房间内的第二次辐射。地下轨道向地面传递其承载的噪声污染是一个相当严重的污染源，也是城市民众向交通管理部门投诉的一个主要对象。
控制城市轨道交通噪声污染已刻不容缓。为此，中华人民共和国环境保护部于2010年1月发布了《地面交通噪声污染防治技术政策》;国家环境保护部、发改委、科技部等国务院11个部门于2011年1月联合发布了《关于加强环境噪声污染防治工作改善城乡声环境质量的指导意见》。国家一系列噪声污染的政策法律颁布及实施，使得环境噪声污染在一定程度上有所缓解，但远未达到预期效果;减振降噪，任重道远[10]。
3 、城市轨道交通噪声污染的防控措施
3.1、 车轮～轨道噪声污染的防控措施
(1)在轨道铺设过程中，当条件容许时尽量采用合适的半径曲线，避免采用小半径曲线;原因:在城市轨道交通列车经过小半径曲线时，车轮会受到转向架的约束而较难正切钢轨运行，进而当车轮在钢轨上向前滚动时会沿着轨面横向滑动，产生轮轨接触面的粘着及空转，引起车轮共振。
(2)在轨道铺设过程中，采用重型减噪措施，减少噪声污染;尽可能地采用无缝钢轨线路，减少钢轨与钢轨的接头数量，尽可能减少列车车轮与钢轨间接头处的撞击次数。此措施相关数据[11]见表1。
表1 轨道结构类型及振动减少量
(3)定期打磨钢轨顶面，消除轨顶不平;降低车轮经过轨顶时对钢轨的撞击，减少噪声污染，此措施相关数据[11]见表2。
表2 不同钢轨条件的振动减少量
(4)定期检查并打磨车轮扁疤，消除因车轮扁疤而导致车轮的不圆整，降低列车高速运行过程中车轮扁疤对钢轨的骤然“压力”及“撞击力”，减少噪声污染[12]。
3.2 、轨道车辆的非动力噪声污染的防控措施
(1)采用新型材料闸瓦，增大闸瓦的摩擦力，降低制动过程中产生的噪声污染。
(2)在制动盘与制动闸瓦之间涂抹润滑剂，减少制动盘与制动闸瓦之间的摩擦力，降低列车在制动过程中制动盘与制动闸瓦之间噪声污染。
(3)采用高度集成的智能化运输设备，控制列车以最佳车速运行，尽可能减少制动次数，最大限度地减轻制动盘与制动闸瓦之间摩擦力，降低列车在制动过程中制动盘与制动闸瓦之间噪声污染。研究表明[13]:轨道车辆制动盘与制动闸瓦之间因摩擦而产生噪声与列车的运行速度及闸瓦压力均有关系，具体为:
其中LA为声级，f为制动盘与制动闸瓦之间的压力，v为列车运行的速度。
可见，合理控制列车的运行速度及制动盘与制动闸瓦之间的压力，可以有效地降低牵引动力系统噪声污染。
3.3、 高架轨道噪声污染的防控措施
(1)采用降低钢轨振动的工程技术。如采用降振减噪型钢轨:在钢轨腹板的两侧粘贴减振橡胶带及钢板。粘贴的橡胶带具有弹性功能，具有较大的弹性形变，是阻尼振动的理想材料，可以达到降振减噪的目的。
(2)采用工程技术以限制钢轨将其振动传递给高架结构。如采用降振减噪型的轨道减振器扣件:轨道减振器扣件的承轨板与底座之间采用硫化减振橡胶粘贴，利用橡胶圈的剪切变形获得较低竖向刚度，较DTI型扣件的振动传递减少15～30 d B[13]。
(3)在高架轨道两侧设置高质量的声音屏障实现降低钢轨噪声污染向周围地区的传递;如:声音屏障应设在轨面高度2m以上，对于桥梁处的声音屏障可考虑下封闭式或全封闭式的声音屏障。
3.4 、牵引动力系统噪声污染的防控措施
(1)采用新型材料受电弓，降低受电弓与接触网(或供电第三轨)之间的滑动摩擦而产生的噪声污染。
(2)在受电弓与接触网(或供电第三轨)之间涂上特殊材质的润滑剂，降低受电弓与接触网(或供电第三轨)之间的滑动摩擦而产生的噪声污染。
(3)定期对牵引电机及其冷却风扇、齿轮箱、空气压缩机进行维护，确保其工况良好，降低其在工作过程中所产生的噪声污染。研究表明:空气压缩机的噪声污染随着输入功率增加而增大，且与排气量、列车运行速度均有关系，我国城市轨道列车空气压缩机输入功率与噪声的关系式[14]为:
其中LA为声级，N为输入功率(1～100kw),C为排气量，v为列车运行的速度。
可见，合理控制输入功率及列车运行的速度，可以有效地降低牵引动力系统噪声污染。
3.5 、地下轨道向地面传递其承载的噪声污染之防控措施
(1)在居民区铺设地下轨道时，应充分考虑噪声几何衰减原理，合理安排不同功能建筑物与轨道交通线路之间的距离[15]。
(2)列车在地下运行经过居民区时，采用限速行驶，降低列车车辆与轨道间的震动。
(3)对地下轨道而言，它向地面传递其承载的噪声取决于车速的状态(匀速状态、加速状态及减速状态)和地下轨道距地面的高度，相关数据[16]见表3和表4。
表3 车辆运行状态及振动修正量
表4 轨面深度及振动修正
注:v0取65km/h.
其中，v为列车的实际速度。可见:匀速状态下(同一条件)，实际速度v越高，它向地面传递其承载的噪声越大;同一条件下，轨面距地面的高度越大，它向地面传递其承载的噪声越小[16]。因此，地下轨道采用最佳速度及条件允许情况下轨面深度越高，其向地面传递其承载的噪声越小。
4 、结束语
城市轨道交通在给城市民众带来快捷便利出行的同时，也给城市带来了严重的噪声污染。显然，治理城市轨道交通的噪声污染问题已迫在眉睫。在治理过程中，要充分考虑城市轨道交通的规划方案，城市各相关职能部门应密切配合，确保从源头减少城市轨道交通噪声的产生并尽可能多地采用有效措施降低其噪声污染。此外，技术科研人员应加大科学技术的研究工作，努力将城市轨道交通噪声污染降到最低，从而真正实现城市的可持续健康发展。
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