道床结构对地铁车辆车内噪声的影响分析

黄兴虎 刘宗财 郭建强

摘要：通过对国内某地铁线路，在实际运行线路下地铁车内噪声进行测试，对比不同道床结构对应的车内噪声的差异性，研究车内噪声与道床类型之间的关系。结果表明，一般减振道床对应车内噪声比中等减振道床对应车内噪声高出2-3dB（A），并在630Hz出现突出的峰值，对车内噪声影响较为明显。

关键词：道床结构;地铁车辆;车内噪声

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.05.090

0引言

随着城市规模的不断扩大，城市内的交通运输压力越来越成为凸显的问题，而地铁车辆具有快速起停、旅客承载量大、安全准时、能耗低等诸多优势，为有效解决该问题提供了可行方法。因此，越来越多的城市选择建设城市地下交通系统来缓解城市的拥堵。但是，地铁运营在给人们带来出行便利的同时，也带来了一定程度的噪声污染、振动污染等问题，为减少振动对周围环境的影响，尤其是对医院、学校、居民住宅、古建筑等重要地段，在道路的设计施工时会选择采用多种形式的道床结构分段铺设来减少车辆运行时产生的振动对周围环境的影响。研究表明，地铁车辆的噪声主要来自轮轨噪声，轮轨噪声受到车辆运行速度、道床类型影响较为明显，而轮轨噪声的大小与速度的3次方成正比。车辆与道床的不同结构的噪声对轮轨噪声的贡献频率也各不相同，其中轨枕产生的噪声主要在400Hz以下，钢轨产生的噪声主要在500Hz～1000Hz频段范围内，而车轮噪声主要分布在1250Hz以上;由于地铁车辆车内噪声主要集中在1000Hz以下频段峰值相对突出，因此加强道床结构对车辆噪声的影响十分必要，有助于控制中、低频噪声对车内噪声的影响。本文以国内某地铁为研究对象，测试分析车辆经过不同道床时车内噪声的变化情况，研究车内噪声与道床类型之间的关系，为车辆结构的设计与优化提供参考。

1常见的轨道结构

国内的城市轨道交通系统大多在地下建设，因此较多采用无砟形式的道床结构。目前，国内外针对无砟轨道道床结构的减振措施主要采用弹性扣件减振轨道结构、弹性支撑块轨道结构、浮置型梯子式轨道以及浮置板轨道结构等。

弹性扣件连接钢轨和轨下结构，可以有效的减少振动，常见的弹性扣件有：WJ-2型扣件，最大承载横向力40KN，上海轨道1号线、3号线、9号线等部分区段采用了这种扣减;轨道减振器扣件，由德国研制，外形呈蛋型且最早应用于克隆地铁，又称为科隆蛋扣件，上海、广州地铁部分线路采用了该类型扣件，效果较为显著;粘结型板式扣件，由弹性材料将不同部件粘结在一起，通过压缩变形匹配刚度，可设计不同刚度范围;高弹性垫板扣件，扣件内采用弹性垫板，结构方便安装;另外还要双层垫板弹性扣件以及vanguard扣件。

弹性支撑块轨道结构，由弹性支撑块、道床板、混凝土底座以及相关扣件组成，具有双层弹性橡胶垫板，可以根据设计要求，对不同垫板的刚度进行调整和匹配，保证轨道在不同方向的弹性变形和刚度要求，因此可以有效的减振车辆振动对周围环境的影响，上海、北京、广州地铁等线路已经广泛应用。

浮置型梯子式轨道结构，由混凝土纵梁和左右纵梁之间的钢制横向弹性连接件组成“梯子式”的一体化结构，并在纵向轻轨之间进行减振支撑，该轨道结构由于重量小，维护方便等特点主要用于在城市轨道的高架桥。

浮置板轨道结构，主要由钢筋混凝土浮置板、弹性支座、混凝土底座以及相关扣件组成的质量-弹性隔振整体结构，通过扣件将钢轨和钢筋混凝土浮置板连接，将浮置板安置在弹性支座上并在两侧用弹性材料连接固定的结构形式，可用于有砟、无砟轨道，具有高降噪性能、过程造价低等优点，在上海1号线、9号线得到应用。

不同的道床结构具有各自的特点，为对比分析不同道床结构对车内噪声的影响，选取国内某地铁线路，测试运行状态下车内噪声，研究车内噪声与道床类型之间的关系。

2线路试验测试

选取1车位研究对象，测试运行状态下的车内噪声，按照标准《GB 14892-2006 城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》的要求，沿着1车车体中轴线，分别在1车的客室前部、中部、后部布置噪声测点，测点高度距离地板1.2m，方向朝上。

试验测试设备选用B&K的数据采集系统，包括数据采集板卡、B&K麦克风传感器以及专用的传感器连接线，所用设备均在鉴定校准周期范围内，可以保证试验数据的真实有效。

實验测试在正常运行的线路上进行，车辆状态及线路条件均满足标准相关要求。实验测试过程中，测试车厢内处测试人员外，无其他人员，同时车辆的设备均处于正常开启状态，所有车门均处于关紧状态。数据采集过程中，避免鸣笛、制动以及通话等异常因素的影响。分别测试70km/h、90km/h、100km/h车内噪声。试验现场照片如图1所示 。

3试验结果分析

实际运行线路由于受到线路条件的影响，运行速度存在一定的波动，车内外噪声也存在一定的变化，为更有效的研究车内噪声与轨道条件之间的相关性，结合线路轨道的道床类型，选取一般减振道床和中等减振道床两种类型对应的不同速度下车内噪声为研究对象，结果如表1所示。

由表1中的数据可以看出，相同速度下，同一测点的车内噪声，一般减振道床对应的车内噪声明显高出中等减振道床，约2-3dB（A）。客室中部的测点相对客室端部的噪声声压级较小，约3～4dB（A）。随着速度的增加，车内噪声逐渐增大;一般减振道床和中等减振道床两者的变化趋势基本一致，且车内噪声的变化值与速度的变化值之间基本满足轮轨噪声与速度之间的变化关系的计算公式，即：Lp1-Lp2=33log（V1/V2）的变化规律，其中，Lp1为速度为V1时的声压级，Lp2为速度为V2时的声压级。分析其原因，由于地铁车辆在明线运行，且速度较低（200km/h以下），气动噪声对车内噪声影响较小，车内噪声主要受轮轨噪声的影响。

对比分析相同速度下车内不同测点的噪声频谱曲线，如图2所示，可以看出车内不同测点的噪声，测点2的噪声相对测点1和测点3声压级要小，而且3个测点的噪声频谱均在500～1000Hz的频段内出现峰值，噪声能量相对突出，分析其主要原因，由于测点1和测点3在转向架正上方，受轮轨噪声影响较为明显。

為进一步分析一般减振道床和中等减振道床对应车内噪声的差异性，选取相同速度下测点2 在不同类型道床下运行时的车内噪声，对比分析其频谱曲线，如图3所示，从图中可以看出，相同速度下，一般减振道床对应的车内噪声与中等减振道床对应的车内噪声相比，在500-1000Hz的频段范围内幅值更加突出，并且在630Hz出现峰值频率，对应的幅值比中等减振道床的车内噪声高出8dB（A）。分析图4中的频谱曲线，对比不同速度下一般减振道床对应的车内噪声变化规律可以看出，随着速度的提高，一般减振道床对应的车内噪声主要在500Hz以上的频段呈现明显的增大趋势，不同频段声压级增大的幅值基本为3-5dB（A）;而对比中等减振道床对应的车内噪声的频谱曲线，随着速度的增加，车内噪声的频谱曲线整体上呈现向上 “平移”的变化趋势，各个频段内的噪声幅值均有所增加。

分析其原因，主要由于车辆在不同的减振道床上运行时，由于道床的减振效率和作用频段不同，对噪声的降噪效果也有所差异，中等减振道床相对一般减振道床，对500-1000Hz频段的噪声尤其是630Hz频段内的噪声降噪效果明显，而一般减振道床对低频段的噪声具有一定的抑制作用，具体的原因需要结合轨道的振动衰减测试再做进一步的分析。

4结论

本文通过对不同类型的道床结构的车内噪声进行测试分析，研究车内噪声与道床类型之间的关系，得到主要结论如下：

（1）对比噪声声压级总值，相同速度下，一般减振道床对应的车内噪声比中等减振道床的车内噪声高出2-3dB（A）。

（2）对比噪声频率特性，一般减振道床的车内噪声在500-1000Hz频段范围内较中等减振道床高，峰值相对突出，在630Hz出现突出峰值。

（3）不同类型的道床对不同频段的声音的衰减效果各不相同，需要根据线路特点，合理的设计道床的类型。

参考文献

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