軌道交通陶粒混凝土吸聲板降噪效果的測(cè)試分析

朱萬(wàn)旭，張　慶，李　麗，劉衛(wèi)豐，周紅梅，劉　瑋

(1.廣西巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林　541004；2.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西桂林　541004；3.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司軌道工程設(shè)計(jì)研究院，北京　100055；4.北京交通大學(xué),北京　100044；5.柳州漢西鳴建材發(fā)展有限公司，廣西柳州　545025)

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軌道交通陶?；炷廖暟褰翟胄Ч臏y(cè)試分析

朱萬(wàn)旭1，2，張慶3，李麗1，2，劉衛(wèi)豐4，周紅梅5，劉瑋3

(1.廣西巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541004；2.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西桂林541004；3.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司軌道工程設(shè)計(jì)研究院，北京100055；4.北京交通大學(xué),北京100044；5.柳州漢西鳴建材發(fā)展有限公司，廣西柳州545025)

摘要：創(chuàng)造低噪聲的乘車環(huán)境，建立減振降噪環(huán)境友好型的地鐵站區(qū)環(huán)境已成為軌道交通建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。測(cè)試分析一種陶?；炷林谱鞯男滦臀艚Y(jié)構(gòu)HCM型吸聲板的降噪效果。試驗(yàn)在北京交通大學(xué)軌道減振與振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，將吸聲板鋪設(shè)在軌道的鋼軌之間，在道床和隧道壁上布置測(cè)點(diǎn)，模擬干燥、潮濕、下雨以及潮濕后干燥的工況進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。分析結(jié)果表明：不同測(cè)點(diǎn)和工況下，減噪效果都能達(dá)到4～5 dBA；頻域分析表明，吸聲板具有較寬的降噪頻段。對(duì)于隧道壁測(cè)點(diǎn)，吸聲板對(duì)250 Hz以上頻段噪聲的降噪效果較優(yōu)；對(duì)于道床測(cè)點(diǎn)，吸聲板對(duì)500 Hz以上頻段噪聲的降噪效果較好。

關(guān)鍵詞：軌道交通；陶粒混凝土；吸聲板；降噪測(cè)試；HCM

1概述

近年來(lái)我國(guó)大力發(fā)展地鐵公共交通事業(yè)，地鐵線路不斷延長(zhǎng)，客流量不斷增大。創(chuàng)造低噪聲的乘車環(huán)境，建立減振降噪環(huán)境友好型的地鐵站區(qū)環(huán)境已成為軌道交通建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)軌道交通噪聲機(jī)理[1]與控制[2-7]的某些方面進(jìn)行研究，而國(guó)外對(duì)軌道交通噪聲的研究中涉及到諸如噪聲源的定位[8]、聲屏障的計(jì)算設(shè)計(jì)[9-10]、地面結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、輪軌的優(yōu)化設(shè)計(jì)[9]等多個(gè)方面。治理城市軌道交通振動(dòng)噪聲的措施通常從以下3個(gè)方面考慮：噪聲源、噪聲傳播途徑和噪聲接受區(qū)[11]。

從控制噪聲傳播的措施方面考慮，采用全天候道床吸聲板安裝在離噪聲源——輪軌最近處，直接吸收噪聲，避免噪聲的擴(kuò)散，能更好地達(dá)到降低輪軌噪聲的目的。從20世紀(jì)90年代，德國(guó)采用黏土陶粒等為吸音主材研發(fā)了不同類型的軌道吸聲板，并在車站、隧道、區(qū)間正線噪聲敏感區(qū)段進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，取得了良好的效果，降噪效果為3.9～6.2 dB。

桂林理工大學(xué)與中鐵咨詢軌道院等單位通力合作，研發(fā)成功了一種采用陶粒混凝土制作的全天候HCM吸聲板，根據(jù)具體軌道形式，匹配模壓成型，參見(jiàn)圖1。經(jīng)國(guó)家建筑質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，吸音性能等級(jí)很好的達(dá)到了Ⅰ級(jí)。

圖1　HCM吸聲板

為了對(duì)HCM吸聲板減噪效果有比較深入的研究，考慮到現(xiàn)場(chǎng)使用所遇到的干燥、潮濕、下雨以及潮濕后干燥的實(shí)際狀況，在北京交通大學(xué)軌道減振與振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了充分的模擬試驗(yàn)研究。

2實(shí)驗(yàn)介紹

北京交通大學(xué)軌道減振與振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室(圖2)是目前國(guó)內(nèi)唯一建在地下的軌道與隧道工程實(shí)驗(yàn)室。它是一個(gè)上下雙層結(jié)構(gòu)，隧道底板埋深分別為10 m和18 m，隧道凈寬和凈高均是4 m，隧道壁厚0.55 m，上下重疊處的夾層土厚4 m。本實(shí)驗(yàn)在地下二層隧道中進(jìn)行。測(cè)試儀器包括軌道振源發(fā)生器SBZ30(圖3)、INV 3018C型24位高精度數(shù)據(jù)采集儀、INV9206型聲壓傳感器、HS6020型活塞式聲壓校準(zhǔn)計(jì)等。

圖2　實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地(單位：m)

圖3　軌道振源發(fā)生器SBZ30

在隧道壁及道床的測(cè)點(diǎn)及吸聲板布置如圖4所示。按以下5種工況順序進(jìn)行測(cè)試。

(1)無(wú)HCM吸聲板工況。即背景工況，在吸聲板沒(méi)有安裝前， 先測(cè)試其聲壓。

圖4　測(cè)點(diǎn)及吸聲板布置示意

(2)干燥HCM吸聲板工況。

(3)半飽和(含水)HCM吸聲板工況。在吸聲板上灑水，讓其處于潮濕狀態(tài)。

(4)飽和(含水)HCM吸聲板工況。噴水充分濕潤(rùn)后，模擬下雨工況進(jìn)行測(cè)試。

(5)潮濕HCM吸聲板干燥后測(cè)試工況。模擬雨后工況，吸聲板在試驗(yàn)室中一直晾置，數(shù)周后進(jìn)行測(cè)試。

3測(cè)試結(jié)果及分析

為了消除數(shù)據(jù)采集中集中電流等其他因素的干擾，數(shù)據(jù)處理前均采取一定的濾波措施。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)與人耳對(duì)寬頻帶聲音的靈敏度相當(dāng)，所以聲壓級(jí)計(jì)權(quán)采用A計(jì)權(quán)。對(duì)測(cè)試采集的聲壓信號(hào)，采用適于瞬態(tài)信號(hào)的矩形窗分別在時(shí)域和頻域內(nèi)進(jìn)行分析。其聲壓級(jí)計(jì)算公式如下[12]。

式中Lp——聲壓級(jí)；

P——聲壓；

P0——基準(zhǔn)聲壓。

3.1　時(shí)域分析

為了避免數(shù)據(jù)的隨機(jī)干擾，采集系統(tǒng)對(duì)每種工況至少20組數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，每組數(shù)據(jù)的采集時(shí)間為60 s，并對(duì)其中6組數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。其中，5種工況下隧道壁測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)典型時(shí)程曲線如圖5所示。圖中，縱坐標(biāo)為聲壓級(jí)，取90～110 dBA的范圍，橫坐標(biāo)為數(shù)據(jù)采集的時(shí)間，同時(shí)標(biāo)出了60 s采集時(shí)間內(nèi)聲壓級(jí)的最大值。

圖5　隧道壁測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)典型時(shí)程曲線

從典型的測(cè)試時(shí)程曲線對(duì)比可以看出，其聲壓級(jí)最大值由背景工況的104.48 dB，在放置吸聲板的各工況均降低了4 dB以上，說(shuō)明吸聲板在各種工況下均能降噪，HCM吸聲板減噪效果是明顯的。

進(jìn)一步對(duì)隧道壁測(cè)點(diǎn)和道床測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)的時(shí)程有效值各組數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均，對(duì)比分析如表1所示。

表1　隧道壁與道床測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)有效值對(duì)比　dBA

從表1數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)論。

(1)吸聲板灑水后，其降噪效果反而更好些，由降噪4 dB，進(jìn)一步下降到5 dB多。說(shuō)明吸聲板內(nèi)部孔洞連通性好，能夠迅速將水排開(kāi)，不但能很好地避免積水影響降噪效果，而且其內(nèi)部影響吸聲效果的物質(zhì)，比如灰塵，能夠被水帶走，吸聲板具備自清潔能力。

(2)潮濕干燥后工況降噪效果最為明顯，與無(wú)吸聲板工況相比，隧道壁聲壓級(jí)有效值降低5.5 dBA，道床聲壓級(jí)有效值降低5.5 dBA，比吸聲板干燥工況的降噪分貝分別低1.4和1.5 dBA?？紤]到實(shí)際工程中道床上灰塵不可避免，HCM吸聲板中孔洞結(jié)構(gòu)也許應(yīng)更疏松些，在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)達(dá)到更佳的降噪效果。

3.2　頻域分析

為了對(duì)吸聲板的聲學(xué)性能進(jìn)行較細(xì)致的了解，對(duì)隧道壁測(cè)點(diǎn)和道床測(cè)點(diǎn)的聲壓進(jìn)行1/3倍頻程譜分析[12]。同樣從至少20組記錄數(shù)據(jù)中選取6組進(jìn)行分析，將其記錄的1/3倍頻程譜線性平均，以消除測(cè)試中的隨機(jī)干擾。對(duì)比分析結(jié)果如圖6～圖7所示。圖中橫坐標(biāo)為倍頻程中心頻率，縱坐標(biāo)為倍頻程幅值采用聲壓級(jí)表示。

圖6　不同工況隧道壁測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)倍頻程譜對(duì)比

圖7　不同工況道床測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)倍頻程譜對(duì)比

通過(guò)以上對(duì)比分析可得以下結(jié)論。

(1)吸聲板具有較寬的降噪頻段。對(duì)于隧道壁測(cè)點(diǎn)，吸聲板對(duì)250 Hz以上頻段噪聲的降噪效果比較明顯；對(duì)于道床測(cè)點(diǎn)，吸聲板對(duì)500 Hz以上頻段噪聲的降噪效果比較明顯。

(2)鑒于實(shí)際軌道交通的噪聲發(fā)生頻率在200～4 000 Hz，HCM吸聲板應(yīng)對(duì)實(shí)際軌道降噪具有較好的效果。

(3)吸聲板在200～500 Hz之間的頻段的降噪性能還應(yīng)提高。

4結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析，得出陶?；炷林谱鞯腍CM吸聲板全天候、自清潔，具有較好的降噪性能。在隧道實(shí)驗(yàn)室中，其在干燥、潮濕、下雨及潮濕后干燥的工況下，降噪分貝都能達(dá)到4～5 dB。通過(guò)頻域分析，HCM吸聲板具有較寬的降噪頻段。對(duì)于隧道壁測(cè)點(diǎn)，吸聲板對(duì)250 Hz以上頻段噪聲的降噪效果較好；對(duì)于道床測(cè)點(diǎn)，吸聲板對(duì)500 Hz以上頻段噪聲的降噪效果較好，應(yīng)對(duì)實(shí)際軌道降噪具有較好的效果。此外，試驗(yàn)結(jié)果也表明，HCM吸聲板的降噪性能還有提高的空間，應(yīng)就合理空隙率、低頻降噪方面加強(qiáng)研究，希冀在實(shí)際工程應(yīng)用中不斷得到驗(yàn)證、完善和改進(jìn)。

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啟事

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《鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》編輯部

2016年1月

Test and Analysis of Noise Reduction Effect of Ceramsite Concrete Sound-absorbing Board

ZHU Wan-xu1，2， ZHANG Qing3， LI Li1，2， LIU Wei-feng4， ZHOU Hong-mei5， LIU Wei3

(1.Guangxi Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering; 2.College of Civil Engineering and Architecture，

Guilin University of Technology， Guilin 541004, China; 3.Railway Engineering Design & Research Institute， China Railway

Engineering Consulting Group Co.， Ltd.， Beijing 100020, China; 4.Beijing Jiaotong University， Beijing 100044, China;

5.Liuzhou HCM Building Materials Development Co.， Ltd.， Liuzhou 545025, China)

Abstract：In recent years， creating low noise traveling environment and establishing vibration and noise reduction environment friendly subway environment has become the trend of the construction of rail transit in China. This paper analyzes the noise reduction effect of a new sound-absorbing structure-HCM sound-absorbing board made of ceramsite concrete. Tests were carried out in Track Vibration Damping and Vibration Control Laboratory of Beijing Jiaotong University. The sound-absorbing boards were laid between the rails of the track and measuring points were arranged in the road bed and the wall of the tunnel. The boards were tested under simulated dry， humid， rainy and wet dry conditions. Analysis results show that: noise reduction by 4～5 dBA can be obtained at different measuring points under different conditions; sound-absorbing board has a wide noise reduction spectrum indicated by analysis. At tunnel wall measuring points， noise reduction is more effective when frequency is over 250 Hz， and at road bed measuring points， the same is true when frequency is over 500 Hz.

Key words：Rail transit; Ceramsite concrete; Sound-absorbing board; Noise reduction test; HCM

通訊作者：李麗(1980—)，女，講師，碩士，E-mail：ziyingshi2008@163.com。

作者簡(jiǎn)介：朱萬(wàn)旭(1972—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士，E-mail：zhuwanxu@vip.163.com。

基金項(xiàng)目：廣西壯族自治區(qū)科研計(jì)劃課題(桂科攻1598001)；廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心項(xiàng)目(KH2013YB023)

收稿日期：2015-05-26； 修回日期：2015-06-29

中圖分類號(hào)：U239.5； TU52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.01.010

文章編號(hào)：1004-2954(2016)01-0048-04