摘要:随着城市轨道交通的快速发展和人们生活质量的提高，地铁列车运行引发的振动噪声问题引起了广泛关注，并且成为地铁开通运营后面临的主要问题之一。针对南京地铁1号线珠江路站旁地铁大厦内噪声较大的问题，在线路上采取了钢轨低接头打磨和换铺嵌套型减振扣件等振动噪声整治措施。为了评估整治效果，对措施实施前后隧道壁振动、室内振动及噪声进行了对比测试。测试结果表明，整治后珠江路站及周边建筑的振动噪声水平大幅降低，整治效果明显。
关键词:地铁;振动;噪声;嵌套式减振扣件;钢轨打磨
地铁由于其运量大、速度快、准点率高等优点，已经成为解决城市交通拥堵问题的一种有效措施[1]。近年来随着城市轨道交通的快速发展和人们生活水平的提高，列车运行引发的环境问题越发引起人们的关注，尤其是振动和噪声问题[2-3]。列车运行引起的轨道结构振动通过周围地层向外传播，会诱发地面建筑物的二次振动和噪声辐射，对居民生活、工作造成一定影响[4]。
针对城市轨道交通振动噪声问题，多种减振措施已经在实际运营中得到应用，并取得了较好的效果。高晓刚等[5]通过振动及频谱响应测试实验，对比了双层非线性减振扣件、III型轨道减振器扣件及DTVI2扣件的减振情况。冯光福等[6]通过静、动态试验分析了QY-2型扣件的减振性能。吴建忠[7]通过落锤减振试验，对比分析了弹性整体道床和轨道减振器扣件的减振效果。涂勤明[8]通过环境振动测试分析了钢弹簧浮置板轨道的减振性能。郭强等[9]通过现场实验研究了曲线段不同减振轨道的振动情况。
现针对南京地铁1号线地铁列车运行引起的珠江路站附近地铁大厦振动及二次结构噪声问题，在现状调研基础上，提出了振动噪声的整治方案，并开展了系统的测试研究，对整治方案实施前后的振动及二次结构噪声进行了对比分析。
1现状调研及整治方案
南京地铁1号线珠江路站内轨道采用DTVI2型扣件，未采取任何减振降噪措施。经现场调研，发现钢轨焊接接头处存在低接头问题。焊接低接头是线路常见的病害，列车通过焊接低接头时会产生较大的冲击力[10-11]。在不影响既有线运营的前提下，本着减振降噪且方便实施的原则，制定了将DTVI2型扣件替换为减振扣件，同时进行钢轨低接头打磨的综合整治措施。扣件更换措施如图1所示，钢轨低接头的打磨如图2所示。
目前，既有的中等减振扣件普遍存在螺栓长度比普通扣件长且无法通用的问题。而且，扣件组装高度也高于普通扣件10mm以上，采用此类扣件改造需要对改造段前后的钢轨进行顺坡，会增大改造难度、压缩限界净空。分体嵌套式扣件与其他既有的中等减振扣件相比优势明显，轨下垫板、弹条、轨距垫、道钉、套管等零部件可与普通扣件通用，尤其是组装高度能做到和既有普通扣件一致，不改变轨面高程，实现了真正意义上的“原位替换”，也实现了最大限度上的零部件通用。目前，分体嵌套式扣件已在北京、杭州等城市的既有线改造中采用，取得了很好的效果。此外，在合肥、重庆、西安等城市新建线中已开始逐步推广应用。
2振动噪声测试方案
为评估振动噪声整治措施的效果，对措施实施前后的振动噪声水平进行了测试，测试内容包括轨行区振动测试、室内振动测试及室内噪声测试[12-14]。
2.1测试设备
1)采集仪及分析平台。隧道振动及室内振动噪声测试采用INV3062V网络分布式采集仪进行数据采集，采用动态测试分析平台软件DASP进行数据分析。
2)传感器。轨行区振动测试隧道壁采用LC0161BG压电加速度传感器，其频率响应范围在0.1～1000Hz，量程为5g，测试精度为0.00002g。室内二次结构噪声测试采用丹麦B&K4189-1/2英寸自由场传声器，其频率范围为6.3～20kHz，量程为14.5～146dB;室内振动测试采用B&K振动加速度计，测量信号频率分析范围为4～200Hz，量程为0.5g，横向灵敏度小于1%。
2.2测点选择
南京地铁1号线珠江路站附近地铁线路与地形、建筑物的平面位置关系如图3所示，地铁大厦1楼会议室中心至左右线线路中心距离分别为20m和35m。隧道轨面到地面15m，DTVI2扣件更换为嵌套式减振扣件的里程范围(青色线)为上行K9+273～K9+458、下行K9+275～K9+640，隧道内的测点位于站台范围内上行K9+375。隧道测试截面的线路特征见表1。地面建筑物内振动及二次结构噪声测点，位于地铁大厦室内1层会议室。
2.3测点布置
测点布置情况如图4所示。隧道截面测点布置在远离站台一侧，包括钢轨、道床、隧道壁测点。建筑物内振动和二次噪声测试在地铁大厦会议室内，房间内布置1个噪声测点，距地面高度为1.2m，朝向房屋中间，如图4(b)中测点1;室内振动布置3个测点，如图4(b)中测点2～4，测量室内垂向加速度。测试现场布置如图5所示。
3测试结果分析
3.1轨行区振动测试
对整治措施实施前后钢轨、道床和隧道壁垂向振动进行测试，测点在1～200Hz频率段范围内Z计权的1/3倍频程图如图6所示，1～80Hz范围内最大Z振级见表2。
1)整治措施实施后道床、隧道壁测点在全频带内的振动加速度级均有所降低，其中在1～8Hz和40～200Hz内振动加速度级的降低尤为明显;钢轨测点除了在12.5～50Hz频带内的振动加速度级略有增加外，在其他频段内均有所降低。
2)整治措施实施前，钢轨、道床、隧道壁垂向振动加速度级均在63Hz附近出现较为明显的峰值。该频率与DTVI2扣件固有频率相关，在更换扣件后频率变低，三者的垂向振动加速度级峰值频率均变为40～50Hz频段。
3)整治措施实施后钢轨、道床、隧道壁最大Z振级比整治措施实施前分别降低了4.23dB、15.54dB和12.73dB。
通过钢轨低接头打磨，提高了平整度，从源头上降低了振动。采用嵌套型减振扣件后改变了扣件自振频率，从传播途径减小了振动。从图7可以看出，两种措施的采用在中低频范围内起到了良好的减振降噪作用。
3.2室内振动测试
对整治措施实施前后列车经过时室内测点的垂向振动进行测试，在4～200Hz频段范围内的Z计权的1/3倍频程中心频率如图8所示。
可以看出，整治措施实施前，各测点的垂向振动加速度级均在63Hz附近出现较为明显的峰值。整治措施实施后，63Hz附近峰值已不存在，而是往低频方向移动，幅值比整治措施实施前有明显降低。在25～200Hz频段内，各测点的垂向振动有明显降低。
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列车高峰时段经过测点时，对室内各振动测点的加速度信号进行频谱分析，得到各测点加速度分频最大振级VLmax，见表3。室内振动评估的限值采用昼间65dB、夜间62dB。由表3可知，整治措施实施前，各振动测点分频最大振级虽满足规范要求，但总体振动水平偏大，平均值为52.21dB;整治措施实施后，各测点分频最大振级平均为39.91dB，降低了12.29dB。测点2分频最大振级降低最明显，降低了18.20dB。
3.3室内二次结构噪声测试
图9为整治措施实施前后列车经过时噪声测点1的A计权的倍频程图。由图可见，整治措施实施后峰值对应的频率往低频方向移动，且声压级明显降低。声压级峰值频率由措施实施前的63Hz变为50Hz，峰值处声压级降低了约3dB(A)。
对列车高峰时段经过测试断面时采集到的噪声信号进行频谱分析，得到噪声测点1的等效A声压级LAeq，见表4。从表4可以看出，整治措施实施前，噪声测点虽满足昼间规范要求，但等效A声压级均在35dB(A)附近。整治措施实施后，噪声水平明显降低，在30dB(A)以下，约下降了5dB(A)。
4结论
针对南京地铁1号线珠江路站地面建筑振动和噪声问题，开展了隧道振动、地面建筑物的振动和噪声的现场测试。根据测试数据的分析，主要有以下结论。
1)振动噪声整治措施实施后，轨行区钢轨、道床、隧道壁垂向振动测点最大Z振级比实施前分别降低了4.23、15.54和12.73dB。钢轨、道床、隧道壁垂向振动加速度级峰值对应频率均从高频往低频方向移动，且频率对应的峰值有所减小。
2)振动噪声整治措施实施后，室内各测点的垂向振动明显降低减小，各测点分频最大振级的平均值约为40dB，约降低了12dB;室内等效A声压级小于30dB(A)，约下降了5dB(A)。
综上，钢轨低接头增大了轮轨冲击力，打磨从源头上减小了振动。采用嵌套型减振扣件降低中低频振动，从传播途径减小了振动。因此，两种措施的采用起到了减振降噪的作用。整治措施实施后，轨行区振动、室内振动及二次结构噪声均大幅降低，整治效果显著。——论文作者：佘才高1,4，张伯林1,4，刘铁旭2,4,5，陈鹏2,4,5，霍海龙3,4,5
