王钦山

济南轨道交通集团建设投资有限公司，山东 济南 250014

1 轨道交通的振动产生机理

轨道交通运行期间的振动来源主要体现在两方面：列车的轮轨系统和动力系统。轮轨的接触刚度较大，随运行时间的延长而逐步出现磨损，导致车辆车轮失圆或是局部产生缺陷。地铁车辆运行期间，有较多的车轮与钢轨接触并产生作用，存在较强的作用力，轮对轨道方向和水平方向有不平顺的作用力，其会带来横向振动问题。此外，还存在竖向振动作用，具体与车轮偏心等周期性激励、车轮与钢轨发生碰撞等原因有关。

2 轨道交通运行期间的振动传播特点

在轨道交通运行中，地铁振动是集纵波、横波、表面波于一体的波动现象，其具有明显的复杂性，也存在较复杂的传播形态，不同深度下的振动加速度值存在差异，其中地下2m深处为地表处的20%～50%，随深度的增加而减小，4m时则为10%～30%。在整个地铁运行期间的振动现象中，表面波起到主导作用。

振动传播时，波的能量发生扩散，沿途遇到各类介质且会在一定程度上被介质吸收。以介质类别为依据，可以将噪声分为两类：（1）固体声，列车-轨道系统桩基振动经由轨道、道床、隧道等结构或装置发生向建筑物的传播；（2）空气声，指的是以空气为介质实现传播的噪声。

在振动传播路径中，振动能量生成有两条路径：（1）随弹性波的扩散而减弱振动；（2）在振动介质的阻尼作用下而被削弱。各类结构介质的阻尼不尽相同，其中橡胶的阻尼最大，其次是钢筋混凝土，金属的阻尼最小，如钢、铜、铝。

3 轨道交通振动的主要影响因素

轨道交通运行期间所产生的振动受到多项因素的影响，可围绕车辆、轨道、道床、隧道、地质条件、建筑物六个方面展开探讨，识别各自的主要影响因素，具体如表1所示。

表1 影响轨道交通振动的主要因素

4 轨道交通振动的控制措施

轨道交通运行过程中产生的振动对周边环境的干扰性较强，因此需在设计阶段对振动的产生机制、传播特性形成准确的认识，以便根据实际情况制订有效的振动控制措施和减振措施。在振动的控制工作中，需将振源、振动传播途径、受保护建筑三个方面作为立足点，采取相适应的控制措施，在最大程度上削弱振动，尽可能实现对周边建筑物的防护。

4.1 振源的控制

从源头上采取措施减小振动，以提高控制工作的主动性，可采取的方法如下：（1）注重车轮的选型，以特性车轮或消声车轮较为合适。（2）适度修正车轮踏面，同时对轨轮踏面做润滑处理。（3）选用优质钢轨，如阻尼钢轨较为可行，定期予以打磨处理，并检查钢轨接缝，对其实际情况做出判断，采取保养措施。（4）优化轨道转弯半径，不宜设置为小半径曲线，可以配套灵活性较强的转向架。（5）在不影响正常通行的前提下减小车辆载重，以削弱对建筑所带来的振动影响。（6）配备适量的弹性扣件，切实提高道床的弹性。例如，DTV型扣件可作为首选对象，在同条件下，其比DTI型扣件减少振动5～8dB。（7）宜根据轨道交通的整体设计状况合理采用盘式制动的方法。（8）适配直线电机，原因在于该类电机的齿轮转动具有“安静性”，无明显的噪声和振动，同时兼具节能环保、维修便捷多重优势。（9）以轨道交通沿线的地质条件以及现状建（构）筑物的布设情况为立足点，合理控制地铁列车的运行速度。理论上，随着地铁列车运行速度的提高，振动传播的速度加快，因此列车的实际运行速度几乎与瑞利波速相当或是超过该值时，地基振动强度将明显超过低速运行状态。瑞利波指的是沿界面传播的面波，在不同地质条件下的传播速度有所差异，土壤中可达到900～1800km/h，沙壤土中相对较低，为126km/h。

4.2 传播路径的减振措施

在传播路径中将振动波进行阻断隔离是减振常用的手段，通常会采用阻波块、隔振沟、隔振墙来阻断振动波。阻波块，是形成块状物体来阻断振动波的传送，通常要在土中置放效果优良的隔振材料制作成障碍物体，利用自身的效果来吸收阻碍振动波的传输。因此，放置的隔振材料的选择尤为重要，在选择上要考虑到质量、厚度、弹性等要素。此外，放置的深度也不可忽略，要考虑到波障的结构等影响效果的物体。通常情况下，阻波块阻波屏障的减振效果是5～15dB。

隔振沟即阻挡减少振动波传输的空沟，越深的沟减振阻挡的效果越明显，但是这个深度还是有一定的点，否则过犹不及，反而减振阻波效果不显著。还要注意的是，隔振效果不会受到沟的宽度的影响，而填充材料存在影响，因此需合理选用填充材料，一定要选择刚度优良的填充材料，这样才会使阻波隔振效果显著。隔振沟的位置和隔振阻波也有一定的关系，但是影响甚小，经过测量，最好选择在离振源3m左右的位置。但是，并不是所有的地方及建筑周围都适合建造隔振沟，隔振沟建设的对于地势地理有一定的要求，因而有一定的局限性。

隔振墙就是用来阻挡振动传播的，是在隔振沟中填充隔音材料建造的，当振动的频率传输到隔振墙，会引起隔振沟中粗砂泡沫等材料的振动，这些材料之间的分子会相互作用、彼此摩擦，从而产生热量，即振动墙通过隔音的材料把传来的振动波转为了热能，这样再散发传递出的能量已经不再是振动波了，起到了隔离振动的功能。由此可见，隔振墙所需的填充材料一定要质量密度极高，这样隔振墙所起到的隔振效果才会越明显。

4.3 建筑物的隔振措施

建造建筑物时，一定要选用质量优质的建筑材料，还要保证建筑物墙体的厚度。如若需要，可以考虑建造隔墙。如果建筑物结构的刚度不够，通常会把剪力墙放置在合适的位置，或者安置好梁柱再结合构件合适的尺寸使刚度分布满足要求。建筑物的自振频率和地面交通引发的环境振动频率与地铁诱发环境振动频率有着一定的关系，研究检测发现，二者之间差别越小，引发的共振会越大，那么建筑物对于振动的反应也会越大。

以屏障隔振的方法为例展开分析。屏障隔振采用了某种特定的装置，起到“隔断”的作用，即阻止或是调整振动波的传播，可有效防护屏蔽区，以防结构受到振动影响。屏障隔振的应用优势体现在耐久性好、经济高效的层面，具体可以细分为连续屏障和非连续屏障两类：（1）连续屏障。①开口空沟。在相对波长较短时，其具有可行性。②以泥浆、砂子等为填充材料的沟。根据规律，随着沟深度的增加，隔振频率的下限降低，从而阻隔振动波的传播，达到减振的效果。理论上，只要沟的深度足够，通过连续屏障的应用就可以取得理想的隔振效果。③混凝土刚性隔振墙。其应用效果主要取决于墙体的材质、厚度以及深度。（2）非连续屏障。①圆柱形排桩。长度和深度为关键的控制指标，两者共同决定隔振的覆盖范围，在加大长度和深度的方式下，能够减少从底面和侧面绕过的波。②根据地层特性打入合适尺寸的柱桩，各结构共同作用，形成完整的柱列或柱阵，可以取得较好的减振效果，常被应用于地铁振动的控制工作中，可以减小振动对沿线建筑物的干扰。

5 结束语

随着我国交通行业的崛起，轨道交通引发的环境振动也成了需要面对的问题。对此，文章只是粗略分析，借此希望相关工作者可以提出有效的控制措施和解决方法，避免过多地扰民从而影响生产生活，最终实现交通行业的高效、长远发展。