科技论文之浅谈环保的城市轨道交通

　　我国现代城市轨道交通建设还存在着众多的污染问题，如：噪音污染，辐射污染以及环境污染等等。轨道交通属于服务人类的大工程，在建设和谐社会的今天，我们不仅要考虑到现在，而且要考虑到未来的影响。本文是一篇优秀科技论文，讲到了环保轨道交通的建设问题。

　　提要:本文通过对国内轨道交通发展前景、环境现状、主要污染类型、特点、产生机理和影响因素等方面的分析，提出从规划设计、施工和运营三个方面进行综合环境污染治理的措施，以实现环保的城市轨道交通。

　　关键词:国内轨道交通,规划设计,施工,运营环保措施

　　1国内轨道交通发展的环境现状

　　近年来，随着快速轨道交通在国内城市综合交通体系中充当客运骨干地位的确立和定位，我国大型、特大型城市的轨道交通规划、建设步人了一个空前的高峰期。目前，全国超过百万人口的城市有34个，除已运营的100多km轨道交通线路(北京、上海、广州、天津)外，还有21座城市33条线路、长约650 km的轨道交通线路正在筹建或建设中，预计本世纪初30年内，全国运营的轨道交通线路将突破1 000 km 。短时间内，建设、运营如此规模庞大、复杂、综合的轨道交通线路，不仅仅在规划理论、设计或建设技术、新材料、配套设备等方面存在诸多的困难和难题，更重要的是在获得“快速、便捷、大容量”运营线路的同时，轨道交通所带来的诸如振动、噪声、电磁辐射、景观等环境污染问题接踵而至，并对沿线居民、文教、高、精、尖科研院所正常的生活、学习、工作造成很大的影响。在这些污染中，以振动和噪声的危害居首。振动污染已被世界环境组织列为第七大公害。纵观国内外的轨道交通运营史，美国纽约地铁车站的噪声曾高达100-115 dB，接近人耳的痛阂;捷克发生了地铁线路附近古教堂因振动产生裂缝、乃至倒塌的恶性事件;我国北京地铁西单车站附近的居民，因无法忍受地铁造成的振动和噪声而进行投诉。凡此种种环境污染事件，不得不引起社会广泛的思考和关注，尤其在“以人为本”的今天，轨道交通的环保问题，已成为健康、可持续发展的首要问题。下面从规划设计、施工、运营等一整套体系出发，分析重点环境污染(振动、噪声和电磁辐射)问题，从而提出实现环保轨道交通的方法和措施。

　　2城市轨道交通规划设计阶段的环保措施

　　城轨交通的环境污染，主要以建成通车后的振动和噪声污染为主，其次为电磁辐射污染和景观污染等。防治措施通常采用主动和被动两种形式。主动防治即先行分析污染源、污染产生的机理、影响因素，而后对症下药，从污染产生的源头上采用先进的技术设计手段，阻断或削弱污染。

　　2.1城市轨道交通的振动和嗓声

　　2.1.1城市轨道交通振动、噪声的特点、产生机理和影响因素

　　城市轨道交通的振动和噪声随着列车运行间隔(一般2}6 min)、运行时间(一般早5:00;晚11:00)呈现出间歇性和非全天候的特点，其主要产生于轮轨系统和动力系统。列车运行时产生的振动属于随机振动问题，其引起的振波通过结构传到周围地层，进而通过土壤向四周传播，诱发附近结构及建筑物的二次振动。导致振动的主要因素有:轨道不平顺引起的随机性激振源、车轮偏心引起的周期性激振源、车轮通过轨缝、道岔时的瞬间激振源和轮轨碰撞等。噪声分为空气声和固体声，一般通过声源、传播途径和接受点三个方面来分析，除轨轮噪声为线声源外，其余均为点声源。噪声级的强度主要由轨道设置位置确定:地下车内噪声大于地面噪声;高架噪声大于地面噪声。影响噪声的因素主要有:列车速度、轮轨结构、钢轨波磨、钢轨类型、最小曲线半径、车辆设备、活塞风、通风系统、隧道结构及埋深、高架结构振动辐射、集电弓摩擦和列车运行产生的气流噪声等。

　　运营城轨的振动和噪声不是相互独立的，二者之间在某种程度上存在着必然的联系，大部分的运营噪声往往是轮轨相互撞击而产生的，其减振降噪的技术措施，应以控制振动为主，振动减小意味着占噪声主导地位的固体声也随之减小。

　　2.1.2基于环保的减振降噪规划设计措施

　　在轨道交通路网规划和可行性研究前期，采取的环保措施是:以现场环境调查或环评报告为依据，对环境敏感点尽量绕避，对可能的小半径段落尽量采取增大曲线半径的做法，但此两点往往受地形、地物、地质、线路敷设方式、城市规划等条件的制约不易实现。

　　2.1.2.1控制振动的设计措施

　　设计阶段减振的环保措施主要体现为主动控制，即选用减振性能优良的机车车辆、桥隧结构和轨道结构形式，利用阻尼等技术从降低振源的激振强度、切断或削弱振动的传播途径等方面进行合理、有效、经济的选型和结构设计，以达到控制振动的目的。

　　2.1.2.1.1车辆选型方面的减振措施

　　我国的机车车辆制造技术与世界先进水平相比，尚存在一定的差距，所以在开发、研制的同时，应积极引进发达国家减振性能优良的机车车辆，降低其机电系统及悬挂系统产生的振动和噪声，此举不失为一种良好的策略。如广州地铁2号线机车车辆的核心技术来源于技术先进的德国公司，测试运行表明，机车车辆的振动和噪声均满足环保要求。

　　2.1.2.1.2桥隧结构设计方面的振动控制措施

　　高架结构设计采用减振、隔振措施，如桥梁采用钢筋混凝土梁、支座采用橡胶支座，并避免系统产生共振现象;地下隧道结构尽量采用质量、刚度大，整体性能好的矩形隧道结构，或者增设隔振层等措施，一般均能收到较好的减振效果。

　　2.1.2.1.3轨道结构的减振设计措施

　　(1)选用重型钢轨

　　有研究表明，增加钢轨质量可以减少高频振动，提高轨枕抗冲击能力。我国现行轨道交通线路推荐采用的钢轨形式，除车场线外，正线及辅助线一般均采用60 kg/m钢轨，经与50 k岁m钢轨对比分析结果显示，可以降低10%的振动冲击。

　　(2)采用无缝线路

　　轨道设计为无缝线路轨道，可以减少钢轨接头，从而有效地避免了由于接头冲击产生的振动。

　　(3)轨道扣件减振设计

　　(a)轨道减振器扣件

　　轨道减振器扣件(俗称科隆蛋)为全弹性分开式、三级减振扣件，采用硫化工艺将减振橡胶圈、承轨板和底座粘结成一个整体，并利用橡胶的剪切就形，获得较低的竖向刚度，从而达到减振的目的。该扣件适用于减振要求较高的地段。如上海地铁1,2号线和广州地铁1号线在减振要求较高地段均铺设了这种扣件，经现场测试，可以取得5-7 dB的隔振效果，其加速传递函数值较DTIII型扣件可减少10-20 dB。

　　(b)柔性扣件

　　该扣件是将橡胶粘贴在钢板和轨底之间，并于上板和底板间放置减振器，限制轨道横向位移，实践运用表明，这种扣件可以提供较强的隔振能力。

　　(c)洛德扣件(Lord)

　　该扣件采用胶结垫板，隔振效果与轨道减振器扣件相当。

　　(4)道床减振设计

　　(a)套靴式弹性支撑块道床结构(LVT)

　　套靴式弹性支撑块轨道结构由支撑块、橡胶包套、微孔橡胶垫板、铁垫板、板上下橡胶垫和单趾弹簧扣件组成。最大优点是钢轨支撑刚度较低，橡胶包套可以提供足够的纵、横向弹性，减振效果明显，适用于较减振地段铺设。这种轨道结构1966年首次应用于瑞士Boxberg隧道，其后，美国、英国、德国、法国、意大利和日本都进行了广泛的应用;我国国铁西康线秦岭隧道、广州地铁2号线、北京地铁实验段和香港西铁均有应用实例，减振效果较碎石道床低6-8 dB 。

　　(b)浮置板式整体道床

　　对于轨道交通特殊减振地段(如学校、医院、高档宾馆等)，若线路无法绕避而隔振要求在10 dB以上的敏感点，常需采用浮置板式整体道床，该道床依所用弹性材料的不同，分为橡胶浮置板整体道床和钢弹簧浮置板整体道床。减振原理是:在轨道上部建筑和基础之间插人一个固有频率很低的线性谐振器，阻尼振动渗人基础并向周边扩散。橡胶浮置板轨道在国内外有着广泛的应用，如苏黎世电车轨道，慕尼黑、法兰克福的地铁、华盛顿地铁等;我国香港机场快线、香港西铁线、大陆的广州1号线和2号线(改进型)等均有实践应用，减振效果明显，一般可达15-20 dB。但橡胶浮置板存在橡胶易老化，不易检修更换的缺点。钢弹簧浮置板目前以德国隔而固公司生产的隔而固螺旋钢弹簧浮置板技术最优、性能良好，国内在青海有其生产厂家，这种浮置板系统的固有频率低(5-7 Hz)，减振效果可达20-25 dB，疲劳寿命长，易更换维修，缺点是造价昂贵。该道床在德国、英国、巴西等国已有成功的应用;我国北京城铁线路在穿越和平里居民楼时，由于采用较高减振轨道结构(DI轨道减振器扣件和套靴式弹性支撑块轨道结构)不能使振动达到GB 10070规定的标准，所以采用了该种钢弹簧浮置板轨道结构，经模拟测试可以达到环保要求。

　　2.1.2.2控制噪声的设计措施

　　轨道交通的噪声主要来自以下几个方面:轨道结构、高架结构的振动辐射作用、车辆设备和机电系统等，其中，前两项在振动设计中已作了充分考虑。对车辆设备的噪声控制可进行车辆特殊设计，如增加裙板(如香港西铁)或车底设置吸附结构使之达标;机电系统噪声可采用减少集电弓数量、安装集电弓外罩和提高接触网拉力等措施。

　　另外，对地面和高架线路，可以通过设置合理的声屏障(含树障)，有效的降低噪声。

　　2.2电磁辐射污染研究

　　在轨道交通系统中，所有的电动设备附近都会产生电磁场，而电磁场不但对交通沿线的通讯和信号产生电磁干扰，更重要的是对人类健康存在着潜在的不利影响。其主要辐射源有:牵引供电系统、供电电源系统以及列车运行中火花放电造成的宽频带射频电磁干扰。目前国内对此项污染的理论研究和实践比较欠缺，在工程建设中的具体做法是尽可能的拉大彼此之间的距离。但作为环保轨道交通的一个方面，还须从理论和设计的角度引起人们的重视。

　　2.3.观污染的环保设计措施

　　景观污染主要指横亘于市区的高架轨道交通结构，由于造型欠佳或是与周边环境、建筑缺乏协调或是人的审美观差异而导致人们在视觉和心理上不舒适和压抑的感受。其本身对人和周围的建筑、设备不构成任何伤害。这类污染可通过设计精巧、通透、优美的梁型和墩柱以及做好与周边环境的规划协调来实现。

　　3城市轨道交通施工期间的环保措施

　　轨道交通施工期间的环境污染主要来自于施工场地大型施工、运输等机具的噪声和振动，如打桩机、破碎机、空压机、混凝土搅拌机、起重机、挖掘机、推土机、振动棒和重型运输汽车等，大部分机具在30 m外的平均A声级超过《GB12523-89建筑工场界噪声限值》，相当一部分设备70 dB(A)的影响范围可达100-170 m,打桩机70 dB(A)的影响半径可达1.5 km2;其次，打桩机的振动为施工期间主要的振动源，距振源80-100 m以外才能满足GB10070-88规定的标准。另外，施工期间还有水、大气、固体废弃物等环境污染，这些环境污染都将对施工场地附近居民日常的工作、生活和学习造成严重的影响，必须进行严格的管理控制，其主要措施如下:

　　(1)优化施工场地设计方案，尽量减小影响范围。

　　(2)加强施工管理，严格控制部分环境影响大的机具的作业影响。

　　(3)力求选用振动、噪声小的机具或作业方式。

　　(4)文明施工，降低人为噪声。

　　(5)对水、大气、固体废弃物等污染采取相应的治理措施，使其达到排放标准。

　　4城市轨道交通运营期间的环保措施

　　运营期间轨道交通的环保，主要是指线路开通后的被动环境污染防治问题，主要有以下几种措施:

　　(1)轨道交通列车运行时，由于钢轨腹板较薄，横向刚度小，轨腰容易产生振动，引起噪声，防治措施是在轨腰两侧粘贴减振橡胶和钢板，达到衰减阻尼振动和噪声的作用。日本高速铁路采用这种方式后，噪声降低了3-5 dB。

　　(2)在钢轨踏面部分涂增粘物质，可以减小车轮在轨顶面的滑动，从而有效的减小滑动摩擦产生的噪声;在小曲线钢轨内侧涂油，可以减小振动和啸叫噪声。

　　(3)车轮定期琏修、打磨，使之圆顺，对减小撞击和滚动产生的振动和噪声效果明显。

　　(4)消除钢轨局部不平顺，可有效的减小振动和撞击噪声。

　　5结束语

　　城市轨道交通在成为新型交通工具的同时，也成了现代化都市的一种象征和标志，由此看来，它不能仅仅停留在实现最大交通功能的层面上，而是要以文明、发达的城市窗口形象展现在世人面前，这就要求轨道交通的方方面面有一个较高的起点。目前，国内的轨道交通规划、建设已进入一个“快速拉升”阶段，环保不力的经验、教训国内外比比皆是，本文正是基于这种“建设面广，建设速度快，环保措施考虑少”的现状，从规划、设计、施工和运营等四个方面提出较为系统的环境污染治理措施，以期对建设环保的城市轨道交通起到一定的借鉴作用。

　　参考文献

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