减振研究让城市生活更安静
由于城市轨道交通系统（包括地下铁道和城市高架轻轨）具有运量大、速度快、安全可靠等优点，已成为解决城市交通拥挤的有效手段。国内已经拥有和正在建设轨道交通系统的城市越来越多，随着城市轨道的延伸，其带来的环境振动污染等问题也越来越突出。在国家自然科学基金的支持下，北京交通大学教授夏禾主持的“城市轨道交通引起的环境振动及防治对策研究”对此进行了深入研究，并提出了减少建筑物振动的系列措施。
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环境振动是一种严重污染
有研究机构通过对我国几个典型城市铁路环境振动的现场实测结果表明，离轨道中心线30米之内区域的振动加速度级大部分接近80分贝（dB）。“振动试验表明，当振动加速度达65分贝时，对睡觉有轻微影响；振动加速度达到69分贝时，所有轻睡的人将被惊醒；振动加速度达到74分贝时，除酣睡的人，一般情况下，其他人将惊醒。”夏禾说，“由于城市轨道交通系统投资巨大，一旦建成则很难改线和迁移，轨道交通的振动污染一旦形成将长期存在。因此，着手研究振动污染规律、振动产生的原因、振动传播途径及控制方法具有非常重要的意义。”
交通振动（主要是轨道交通振动）是指因交通车辆引起的结构振动通过周围地层（地下或地面）向外传播，进一步诱发附近地下结构以及邻近建筑物（包括室内家具等）的二次振动和噪声。交通振动会对附近建筑物特别是古旧建筑物的结构安全以及一些精密仪器、居民和工作人员的生活、工作产生影响。
“为减轻环境振动对居民和建筑物的干扰和影响，国内外学者作了大量研究，试图通过降低振源强度、切断振动传播路径、衰减振动幅度、调整交通线路附近建筑物的自振特性等找到解决办法，也取得了不错的效果。”夏禾说。
研究表明，轨道交通系统振动的振源主要来自以下方面：列车运行时对轨道的重力加载所产生的冲击；列车在运行时，轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动；当车轮滚过钢轨接头时，轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动；轨道的不平顺和车轮的损伤等。对于高架轻轨系统来说，其影响因素主要有列车速度、车辆重量、桥梁结构类型和基础类型、跨度、刚度、挠度等。同时，列车与桥梁的相互作用有时也会加大振动作用。对于地下铁路，其影响因素主要有列车速度、车辆重量、隧道基础和衬砌结构类型、轨道类型、是否采用隔振措施等。
从多个环节寻找解决办法
由列车振动引起的沿线地面建筑物的振动，其振级的大小又与建筑物的结构形式、基础类型以及与地铁的距离有密切的联系。夏禾解释说，对于基础良好、质量较大的高层钢筋混凝土建筑，由于其固有频率低，不易被激励起较大的振动，因而其振级较自土壤传来的振级有相当大的衰减，衰减量可达10～20分贝，因此在距地铁隧道水平距离32米处，高层建筑物地下室内实测振级不大于60分贝，一层以上则测不出地铁行驶时引起的振动；基础一般的砖混结构住宅楼可衰减5～10分贝；而基础较差的建筑，如轻质结构或浅基础的建筑，则衰减量很少，其振级与土壤振级相近，甚至还会出现室内振动大于室外地面振动的现象。
“轨道交通系统引起的振动通过土壤而传递到临近结构物造成振动或破坏，因此，必须首先了解地表下波传特性。同时，工程实际中遇到的土质各种各样，非常复杂，所以在研究波的传播问题时，还要引入现场测试得到的具体参数来解决振动的波动衰减问题。”夏禾说。
振动的有效隔阻可由河渠、橡胶垫层、板桩墙以及桩等屏障来截断、散射、绕射各种应力波来实现。在弹性基础、明沟和充填式沟渠三种隔离模式中，弹性基础对较高频率的隔振效果好，但由于弹性基础的存在，轨道上的最大低频速度和加速度会被放大，所以无论是对于运行列车的平稳性还是对周围环境的隔振来说，弹性基础并不是很理想的方法；对于明沟和充填式沟渠而言，减振沟越深，减振效果越好，而减振效果与沟宽无关。对阻隔列车引起的振动而言，明沟在三种方式中是最好的，可以完全切断振动波的传播。但在实际应用上，明沟有稳定性的问题，须设置支撑构架使其保持稳定。对于低频振动，上述三种隔振措施所引起的效果都不大。
从减振效果来说，碎石道床优于整体道床，但碎石道床具有稳定性较差、养护工作量大、自重较大、轨道建筑高度较大且道床易污染等缺点。所以对地铁而言，一般都采用整体道床，其中包套式短枕整体道床、塑料短枕整体道床、浮置板式整体道床等几种道床型式它们都可起到减振作用。无论是有碴道床还是整体道床，都可在道碴或凝土板下面设置橡胶减振垫，采用适当的弹性扣件，可以增加整体道床的弹性。例如，在北京地铁使用的DTI型和DTV型扣件中，DTV型扣件经过室内试验比DTI型扣件可减少振动5～8分贝。
弹性垫层是增加扣件弹性的重要组成部分，要改善整体道床的缺点，可采用高弹性垫层，或在钢轨表面粘贴由高阻尼材料和约束板材构成的复合阻尼板可以减小钢轨的振动。为探讨阻尼板钢轨的减振效果，研究人员在北京地铁13号线西直门——大钟寺段的钢轨上安装了阻尼板，并对有阻尼板和无阻尼板的钢轨及桥面板进行了测试对比，试验结果表明，在钢轨上安装阻尼板后，钢轨轨腰的峰值加速度降低了6～7分贝，具有一定的减振效果。
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