城市軌道交通高架線噪聲實(shí)測(cè)及傳播規(guī)律研究

馮登宇 耿傳智

城市軌道交通高架線噪聲實(shí)測(cè)及傳播規(guī)律研究

馮登宇 耿傳智

文章對(duì)寧波軌道交通1號(hào)線一期高架線進(jìn)行噪聲實(shí)測(cè)分析，結(jié)果表明：無(wú)聲屏障時(shí)，一次噪聲源S0處全頻段（1～16 000 Hz）A聲壓級(jí)，梯形軌枕相對(duì)普通整體道床增大4.9 dB，道床墊浮置式整體道床相對(duì)于普通整體道床增加0.2 dB；有聲屏障時(shí)，二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處12.5～250 Hz頻段A聲壓級(jí)，梯形軌枕相對(duì)于普通整體道床降低3.6 dB，道床墊浮置式整體道床相對(duì)于普通整體道床降低4.0 dB；二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處聲屏障的降噪效果可達(dá)15.1～19.4 dB。

高架線；噪聲；傳播規(guī)律；研究

隨著城市軌道交通高架線的興起，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了一系列的噪聲方面的問(wèn)題。高架線聲源位置高，噪聲影響范圍大， 二次結(jié)構(gòu)噪聲主要為低頻，傳播距離遠(yuǎn)，穿透力強(qiáng)，給人的身心健康帶來(lái)極大的危害。本文對(duì)寧波軌道交通1號(hào)線一期高架線采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法，在無(wú)聲屏障和全封閉聲屏障情況下，對(duì)梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床、普通整體道床現(xiàn)場(chǎng)噪聲進(jìn)行對(duì)比分析。

1 噪聲實(shí)測(cè)

本次實(shí)測(cè)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行，運(yùn)營(yíng)列車為地鐵B型車，6輛編組，列車在各個(gè)測(cè)試斷面平均速度為52.3～65 km/h。測(cè)試斷面選擇在軌道施工質(zhì)量良好、相對(duì)安靜且盡可能遠(yuǎn)離其他固定振源影響的空曠區(qū)域或時(shí)段進(jìn)行測(cè)試。

1.1 測(cè)點(diǎn)地點(diǎn)選擇及測(cè)試儀器

本文對(duì)高架線梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床、普通整體道床在有聲屏障和無(wú)聲屏障情況下的6個(gè)斷面的噪聲進(jìn)行測(cè)試，斷面噪聲測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示，S0為距離外軌7.5 m軌面上1.5 m測(cè)點(diǎn)（定義該位置噪聲數(shù)據(jù)為一次噪聲源），SH0為橋梁中心線梁底面以下0.3 m測(cè)點(diǎn)（定義該位置噪聲數(shù)據(jù)為二次結(jié)構(gòu)噪聲源），SD0為橋梁中心線以下地面以上1.2 m測(cè)點(diǎn)，SD1、SD2、SD3、SD4分別為距離外軌中心7.5 m、15 m、30 m、60 m地面以上1.2 m測(cè)點(diǎn)。

測(cè)試儀器采用具有1/3倍頻程濾波器分析功能的杭州愛(ài)華積分聲級(jí)計(jì)（AWA6228-4+1/3oct，圖2）。

1.2 測(cè)試內(nèi)容及數(shù)據(jù)采集

噪聲測(cè)試內(nèi)容包括列車通過(guò)時(shí)段的全頻段（1～16 000 Hz）、12.5～250 Hz頻段A聲壓級(jí)，列車未通過(guò)時(shí)的背景噪聲值，汽車車流量（按大、中、小型，記錄監(jiān)測(cè)累計(jì)時(shí)間），地鐵流量（記錄監(jiān)測(cè)累計(jì)時(shí)間）。

測(cè)試中，聲級(jí)計(jì)動(dòng)態(tài)時(shí)間響應(yīng)特性為快檔（Fast），以超過(guò)背景噪聲5～10 dB確定列車通過(guò)時(shí)段，并采集其中10趟列車通過(guò)時(shí)的噪聲數(shù)據(jù)平均值作為噪聲分析數(shù)據(jù)。

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 無(wú)聲屏障

圖3給出了無(wú)聲屏障情況下各測(cè)點(diǎn)噪聲A聲壓級(jí)，由圖3可以看出，在無(wú)聲屏障的情況下，3種軌道結(jié)構(gòu)型式下，隨著測(cè)點(diǎn)距外軌中心線距離的增大，噪聲A聲壓級(jí)呈下降趨勢(shì)；一次噪聲源S0處梯形軌枕噪聲88.5 dB＞道床墊浮置式整體道床噪聲83.8 dB＞普通整體道床噪聲83.6 dB，這是因?yàn)闇p振軌道在減振的同時(shí)使鋼軌的振動(dòng)增大，從而導(dǎo)致輪軌噪聲增大；二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處普通整體道床噪聲77.3 dB＞梯形軌枕噪聲75.8 dB＞道床墊浮置式整體道床噪聲65 dB，道床墊浮置式整體道床降低結(jié)構(gòu)噪聲比較明顯。

圖1 高架線噪聲測(cè)點(diǎn)布置 （單位：m）

圖2 測(cè)試儀器及現(xiàn)場(chǎng)

圖3 無(wú)聲屏障各測(cè)點(diǎn)噪聲A聲壓級(jí)

圖4給出了無(wú)聲屏障區(qū)段梯形軌枕噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖4可以看出，在無(wú)聲屏障情況下，梯形軌枕一次噪聲源S0處的噪聲主頻率范圍為630～800 Hz，其主要成分為輪軌噪聲；梯形軌枕二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲主要集中在中心頻率20～100 Hz和630～800 Hz范圍內(nèi)。

圖5給出了無(wú)聲屏障區(qū)段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖5可以看出，在無(wú)聲屏障情況下，道床墊浮置式整體道床一次噪聲源S0處的噪聲主頻率范圍為630～800 Hz，其主要成分為輪軌噪聲；二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲主要集中在中心頻率20 Hz、31.5～100 Hz和630～800 Hz范圍內(nèi)。

圖6給出了無(wú)聲屏障區(qū)段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖6可以看出，在無(wú)聲屏障情況下，普通整體道床一次噪聲源S0處的噪聲主頻率范圍為630～800 Hz，其主要成分為輪軌噪聲；二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處的噪聲主要集中在中心頻率12.5～250 Hz范圍內(nèi)。

圖7給出了無(wú)聲屏障情況下，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床、普通整體道床等3種軌道一次噪聲源S0處的噪聲1/3倍頻程頻譜圖，由圖7可知，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床與普通整體道床的噪聲頻譜趨勢(shì)大致相同，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床2種減振軌道在12.5～31.5 Hz、400～1 250 Hz頻段有一定的降噪效果。

圖5 無(wú)聲屏障區(qū)段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖6 無(wú)聲屏障區(qū)段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖7 無(wú)聲屏障區(qū)段一次噪聲源S0處噪聲1/3倍頻程頻譜

通過(guò)以上無(wú)聲屏障不同軌道結(jié)構(gòu)型式的噪聲分析，可見(jiàn)：

（1）在無(wú)聲屏障條件下，列車通過(guò)時(shí)段一次噪聲源S0處噪聲全頻段A聲壓級(jí)，梯形軌枕相對(duì)普通整體道床增大4.9 dB，道床墊浮置式整體道床相對(duì)于普通整體道床增大0.2 dB；

（2）無(wú)聲屏障條件下，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床和普通整體道床二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲，低頻結(jié)構(gòu)噪聲占了很大比重，這是由于梁板屏蔽了輪軌高頻噪聲的結(jié)果；

（3）在3種軌道結(jié)構(gòu)下，隨著離外軌中心線的距離增大，噪聲均呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，其中S0、SH0、SD0處有明顯的降幅，SD1、SD2、SD3、SD4處降幅不大，說(shuō)明噪聲在垂直方向上的單位距離衰減幅度高于水平方向上的單位距離衰減幅度。

2.2 全封閉聲屏障

圖8給出了全封閉聲屏障各測(cè)點(diǎn)噪聲A聲壓級(jí)，由圖8可知，在全封閉聲屏障下，一次噪聲源S0處的噪聲梯形軌枕69.1 dB＞道床墊浮置式整體道床68.7 dB＞普通整體道床67.7 dB，二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處的噪聲普通整體道床69.6 dB＞梯形軌枕68.5 dB＞道床墊浮置式整體道床67.4 dB，其原因同無(wú)聲屏障情況。

圖8 全封閉聲屏障各測(cè)點(diǎn)噪聲A聲壓級(jí)

圖9給出了全封閉聲屏障區(qū)段梯形軌枕噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖9可知，在全封閉聲屏障下，梯形軌枕噪聲500 Hz頻段以下二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲比其他測(cè)點(diǎn)大，說(shuō)明在全封閉聲屏障下梯形軌枕的噪聲主要以結(jié)構(gòu)噪聲為主，主頻率范圍為630～800 Hz。

圖10給出了全封閉聲屏障區(qū)段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖10可知，在全封閉聲屏障下，道床墊浮置式整體道床噪聲250 Hz頻段以下二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲比其他測(cè)點(diǎn)位置大，說(shuō)明在全封閉聲屏障下道床墊浮置式整體道床的噪聲主要以結(jié)構(gòu)噪聲為主，主頻率范圍為50～80 Hz和630～800 Hz。

圖9 全封閉聲屏障區(qū)段梯形軌枕噪聲1/3倍頻程頻譜

圖10 全封閉聲屏障區(qū)段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖11給出了全封閉聲屏障區(qū)段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖11可知，在全封閉聲屏障下，普通整體道床噪聲400 Hz頻段以下二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲比其他測(cè)點(diǎn)位置大，說(shuō)明在全封閉聲屏障下普通整體道床的噪聲主要以結(jié)構(gòu)噪聲為主，主頻率范圍為50～63 Hz。

圖11 全封閉聲屏障區(qū)段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖12給出了全封閉聲屏障情況下，3種軌道一次噪聲源S0處噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖12可知，列車通過(guò)時(shí)段一次噪聲源S0處噪聲全頻段A聲壓級(jí)，梯形軌枕相對(duì)普通整體道床增大1.4 dB，道床墊浮置式整體道床相對(duì)于普通整體道床增大1.0 dB。

圖12 全封閉聲屏障一次噪聲源S0處噪聲1/3倍頻程頻譜

圖13給出了全封閉聲屏障情況下，二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖13可知，梯形軌枕和道床墊浮置式整體道床能有效減小橋梁結(jié)構(gòu)噪聲；二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處12.5～250 Hz頻段A聲壓級(jí)反映了橋梁結(jié)構(gòu)噪聲，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床對(duì)于40～80 Hz頻段的橋梁結(jié)構(gòu)噪聲有明顯的降低效果。

通過(guò)以上全封閉聲屏障不同軌道結(jié)構(gòu)型式的噪聲分析，可見(jiàn)：

（1）全封閉聲屏障條件下，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床和普通整體道床一次噪聲源S0處，以及SD0、SD1、SD2、SD3、SD4處的噪聲，由于聲屏障遮擋了大部分的輪軌噪聲，噪聲以橋梁結(jié)構(gòu)噪聲為主，且主要集中在中心頻率20～100 Hz和630～800 Hz范圍內(nèi)；

（2）二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處（主要結(jié)構(gòu)噪聲）梯形軌枕相對(duì)于普通道床降噪效果為3.6 dB，道床墊浮置式整體道床相對(duì)于普通整體道床降噪效果為4.0 dB，可見(jiàn)梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床2種減振軌道在降低結(jié)構(gòu)噪聲方面效果接近。梯形軌枕和道床墊浮置式整體道床對(duì)于40～250 Hz頻段的橋梁結(jié)構(gòu)噪聲均有降低，且在40～80 Hz頻段有明顯的降低，這與梯形軌枕和道床墊浮置式整體道床的自振頻率有關(guān)（梯形軌枕自振頻率29 Hz，道床墊浮置式整體道床自振頻率19 Hz）。

圖13 全封閉聲屏障二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處噪聲1/3倍頻程頻譜

3 結(jié)論

列車通過(guò)時(shí)段，無(wú)聲屏障和全封閉聲屏障條件下，普通整體道床、梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床噪聲對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

（1）全封閉聲屏障對(duì)于一次噪聲源S0處全頻段降噪效果達(dá)15.1～19.4 dB；

（2）全封閉聲屏障對(duì)于200 Hz以上的噪聲有明顯的降噪效果，對(duì)于一次噪聲源S0處的降噪效果最明顯；而對(duì)于二次結(jié)構(gòu)噪聲源SH0處，以及SD0、SD1、SD2、SD3、SD4處，由于受梁體的遮擋和高架橋上遮板的作用，聲屏障的降噪效果沒(méi)有一次噪聲源S0處明顯；

（3）聲屏障主要降低的是高頻噪聲，即輪軌噪聲；

（4）梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床2種減振軌道主要降低的是低頻噪聲，即結(jié)構(gòu)噪聲。將聲屏障和2種減振軌道有效的結(jié)合利用起來(lái)，可以在全頻段范圍內(nèi)有效的降低城市軌道交通高架線噪聲。

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責(zé)任編輯 朱開(kāi)明

Study on Measurement and Patterns of Propagation of Elevated Line Noise in Urban Rail Transit

Feng Dengyu, Geng Chuanzhi

The paper makes an introduction on the noise measurements and analysis on the 3 different elevated tracks of ladder type sleeper, roadbed fl oating slab track and typical type slab track works of phase 1 on the Ningbo Metro Line 1. The results show that when there is no sound barrier, the whole band frequency of 1～16000 Hz is at the level A at the location of 7.5 m from the center of the outer rail and 1.5 m away above the rail surface. Compared with the ordinary slab track, the noise of the ladder sleeper type is increased by 4.9 dB, and the noise of the track slab with roadbed fl oating is increased by 0.2 dB. When there is a sound barrier, at the location of 0.3 m below the bridge bottom, it is at the level A of the band frequent of 12.5～250 Hz. Compared with ordinary monolithic roadbed, the noise of the ladder sleeper is reduced by 3.6 dB. Compared with ordinary monolithic roadbed bed, the noise of the roadbed fl oating monolithic track is reduced by 4 dB. With the comparison of the same conditions of without sound barrier and with sound barrier, the noise control effect and noise reduction frequency by sound barriers are obtained.

elevated track, structure noise, propagation pattern, study

TB535

2015-07-30

馮登宇：同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院，碩士研究生，上海 201804