轨道交通噪声和振动对环境的影响及控制研究

引言：

随着城市轨道交通网络快速扩张，噪声与振动引发的环境问题日益凸显。本文基于国内外研究现状，探讨噪声振动的源特性、传播规律及环境影响机制，重点研究多维度控制技术的创新与应用。通过跨学科分析方法，旨在构建"源头削减-路径阻断-受体防护"的全链条治理体系，为提升城市声环境质量、实现交通可持续发展提供科学依据。

1.轨道交通噪声对环境的影响

1.1 噪声源特性分析

轨道交通噪声作为城市环境噪声污染的重要来源，其影响范围广、持续时间长且难以避免，已成为现代城市发展中不可忽视的环境问题。轨道交通噪声主要来源于轮轨相互作用、车辆动力系统运行、空气动力效应以及桥梁结构振动等多个方面，这些噪声源在不同运营条件下表现出复杂的声学特性。轮轨噪声是轨道交通最典型的噪声来源，当列车以中高速运行时，轮轨接触面因表面粗糙度、钢轨接缝以及车轮不圆顺等因素产生振动并向空气中辐射噪声，其频率范围主要集中在500-5000Hz之间，恰是人耳最为敏感的频段。车辆动力系统中的牵引电机、齿轮箱、空调机组等设备在运行过程中也会产生持续的中低频噪声，特别是在地下线路中，这类噪声往往因隧道结构的声学共振效应而被放大[1]。

1.2 噪声传播特性

从传播特性来看，轨道交通噪声的传播受多种环境因素影响而呈现复杂的变化规律。地面线路噪声传播受地形地貌、地表植被、气象条件以及沿线建筑布局的综合影响，在开阔平坦区域噪声衰减遵循点声源传播规律，而在城市建筑密集区则会产生多次反射形成混响声场，显著提高环境噪声水平。地下线路噪声主要通过隧道结构传播，在隧道内形成波导效应使噪声传播距离大幅增加，同时通过隧道出口、通风井等结构向地面辐射，影响范围可延伸至隧道上方数百米区域。高架线路噪声传播具有明显的指向性，噪声能量主要集中在轨道梁下方 30^∘–45^∘ 的扇形区域内，且随着距离增加高频成分衰减较快而低频成分保留较多，导致远距离处噪声呈现低频特性。值得注意的是，轨道交通噪声的时间分布也具有显著特征，昼间列车运行密集时段噪声级较高且起伏频繁，而夜间虽然列车频次降低但背景噪声水平较低，单次列车通过造成的噪声突增往往对居民睡眠造成严重干扰。

1.3 环境影响评估

轨道交通噪声对环境的负面影响体现在多个层面。从居民生活角度看，长期暴露于轨道交通噪声环境中会导致明显的心理生理健康问题。研究表明，持续的高噪声环境会引发居民烦躁情绪、降低工作效率，夜间噪声干扰更会破坏睡眠结构，导致失眠、睡眠质量下降等问题，长期积累可能诱发心血管疾病、内分泌紊乱等健康风险。对于学校、医院等声敏感场所，轨道交通噪声会干扰教学活动、影响病人康复，特别是低频噪声难以通过常规隔声手段有效控制，其影响更为持久。从生态环境角度考量，轨道交通噪声会改变沿线区域的声环境特征，对城市野生动物特别是鸟类的栖息、繁殖行为产生干扰，破坏局部生态平衡。在建筑环境方面，高强度噪声会引起建筑构件的微振动，长期作用可能导致建筑装饰材料松动、结构疲劳等问题，尤其对历史保护建筑的潜在影响更值得关注。此外，轨道交通噪声还会降低沿线房地产价值，影响城市土地资源的合理利用，这种社会经济层面的间接影响往往被低估但实际影响深远。

2.轨道交通噪声控制研究

2.1 声源控制技术

轨道交通噪声控制是一个涉及多学科交叉的系统工程，需要从声源控制、传播途径阻断和受声点防护三个层面构建全方位的噪声治理体系。在声源控制技术方面，降低轮轨噪声是最为关键的环节，当前主要采取车轮和轨道双重优化的技术路线。对于车轮而言，通过采用阻尼环车轮、弹性车轮等特殊结构设计，能有效降低轮轨冲击振动产生的噪声辐射，这类车轮通过在轮辋内部嵌入阻尼材料或采用复合弹性结构，可将轮轨噪声降低5-8dB。在轨道方面，打磨消除钢轨表面波磨、采用无缝线路减少钢轨接头是基础性降噪措施，而更具创新性的方法包括开发低刚度轨道结构、使用嵌入式轨道系统等，这些技术通过改变轮轨接触动力学特性，从源头上减少振动噪声的产生。车辆动力系统的噪声控制同样不容忽视，现代牵引系统通过优化电机电磁设计、采用弹性悬挂安装方式、加装隔声罩等措施，可使动力设备噪声降低 10-15dB。对于高速列车，空气动力噪声的控制尤为关键，通过优化车头流线型设计、平滑车体表面过渡、改进受电弓导流装置等方法，能显著降低列车高速运行时的气动噪声，实验数据显示，经过空气动力学优化的新一代列车在 300km/h 速度运行时，气动噪声可比传统设计降低 7-10dB[2]。

2.2 传播途径控制

在噪声传播途径控制方面，声屏障是最为常见且有效的措施，其降噪效果取决于屏障高度、材质及与声源的距离关系。传统直立式声屏障通常采用金属或混凝土结构，可取得 5-8dB的插入损失，而新型复合结构声屏障通过结合吸声材料和衍射控制设计，降噪效果可达 10-12dB。对于地下线路，隧道壁面的声学处理尤为重要，采用多孔吸声材料衬砌或安装共振吸声结构，能有效吸收轮轨噪声中的中高频成分，减少噪声沿隧道传播的距离。高架线路的噪声控制则需要特别关注结构传声问题，通过在轨道梁与桥墩之间设置弹性支座、在道床与梁体之间加装隔振垫等措施，可阻断振动噪声通过桥梁结构向周边环境的传播。此外，利用地形地貌和绿化带构建天然声屏障也是一种经济环保的降噪方式，宽度达 20-30m 的密集绿化带可产生3-5dB的降噪效果，同时兼具景观美化功能。

2.3 受声点防护措施

受声点防护措施主要针对已经传播到敏感区域的噪声进行最后的阻隔，在建筑隔声设计方面，采用双层或三层中空玻璃窗可使室内噪声降低25-35dB，特别设计的通风隔声窗在保证换气需求的同时也能提供良好的隔声性能。对于学校、医院等特别敏感场所，可采用建筑整体隔声设计方案，包括浮筑地面、弹性墙体结构、消声通风系统等综合措施，创造安静的室内声环境。在城市规划层面，通过合理控制轨道交通沿线土地用途，避免在噪声影响严重区域布置居住区，或设置商业、办公等噪声耐受性较强的功能作为缓冲带，能从宏观上降低噪声对居民的影响程度。

结语：

本研究揭示了轨道交通噪声振动的环境作用机制，验证了多层级控制技术的有效性。未来需进一步研发新型减振降噪材料，完善智能监测系统，并将生态设计理念融入轨道交通全生命周期。建议加强政策引导与技术标准制定，推动噪声振动控制从被动治理转向主动防控，最终实现交通建设与环境保护的协同发展。

参考文献：

[1]王逢朝, 夏禾. 地铁列车振动对邻近建筑物的影响及对策研究[J].振动工程学报, 2019, 32(4): 589-597.

[2]刘维宁, 马蒙等. 城市轨道交通振动与噪声控制的研究进展[J]. 中国科学:技术科学, 2020, 50(3): 267-280.