寧波軌道交通高架線綜合降噪效果測試與分析

許永富 尹鐵鋒 馮立力 王東方 董子博

(1. 寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司 浙江寧波 315010； 2. 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 北京 100044)

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寧波軌道交通高架線綜合降噪效果測試與分析

許永富1尹鐵鋒1馮立力2王東方1董子博1

(1. 寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司 浙江寧波 315010； 2. 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 北京 100044)

寧波軌道交通1號線一期工程高架線開展了無聲屏障、全封閉聲屏障、全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下的噪聲對比測試試驗(yàn)。在各測量斷面處布置7個噪聲測點(diǎn)，并得到12.5～20 000 Hz頻段的噪聲聲壓級與頻譜曲線，分析各工況下噪聲頻譜特性與降噪效果。結(jié)果表明：僅采用全封閉聲屏?xí)r，噪聲源強(qiáng)處降噪效果最佳，且降噪效果隨水平距離的增大呈衰減趨勢；在全封閉聲屏障的基礎(chǔ)上采用梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床后各測點(diǎn)(測點(diǎn)1除外)處降噪效果進(jìn)一步增大，減振軌道確保了全封閉聲屏障的降噪效果；減振軌道能有效減小橋梁結(jié)構(gòu)噪聲，但同時也增大了輪軌噪聲；全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床的降噪效果優(yōu)于全封閉聲屏障+梯形軌枕。

軌道交通；聲屏障；梯形軌枕；道床墊浮置式整體道床；降噪效果

城市軌道交通是一種有效解決城市擁堵的主要交通方式，在未來幾十年具有大力發(fā)展的趨勢。高架線因建設(shè)成本低、建設(shè)速度快、運(yùn)營成本低、節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)在我國軌道交通中得到大量的應(yīng)用，但高架線噪聲問題也嚴(yán)重困擾著人們[1]。

目前針對城市軌道交通高架線噪聲問題已有大量研究[2-7]，研究和實(shí)踐也表明采用聲屏障能降低高架線噪聲問題。為保障聲屏障的降噪效果，高架線路往往同時設(shè)置軌道減振措施[8]，筆者選取寧波軌道交通1號線一期工程高架線開展了無聲屏障、全封閉聲屏障、全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床4種工況下的噪聲對比測試試驗(yàn)，得到了各工況下噪聲頻譜特性，分析了各工況下噪聲降噪效果。

1 噪聲測試試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)所用儀器包括聲級計、監(jiān)測箱、無線傳輸模塊等，如表1所示，其中聲級計頻率采集范圍為12.5～20 000 Hz。

表1 噪聲測試試驗(yàn)主要儀器

1.2 試驗(yàn)概況

選取寧波軌道交通1號線一期工程高架線開展噪聲測試試驗(yàn),試驗(yàn)對4種工況進(jìn)行對比測試。

全封閉聲屏障由下到上依次為波浪形金屬吸聲板(寬1 000 mm)、聚甲基丙烯酸甲酯板(寬1 500 mm)、波浪形金屬吸聲板(寬2 000 mm)、聚碳酸酯板。全封閉聲屏障如圖1所示。

圖1 全封閉聲屏障

梯形軌枕由兩片預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土縱梁通過鋼管連接組成框架式軌道板，單邊縱梁寬580 mm，高165 mm，長度為5 800 mm，每延米梯形軌枕質(zhì)量約0.479 t；道床墊浮置式整體道床分浮置板、道床墊和底座3層，底座高110 mm，底座和浮置板之間設(shè)置30 mm厚減振墊，道床板寬約2 415 mm，軌下截面處厚度約為268 mm，道床板長5 850 mm，每延米道床墊浮置式整體道床質(zhì)量約1.618 t。3種軌道結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 減振軌道結(jié)構(gòu)

列車為實(shí)際運(yùn)營的地鐵B型車，6輛編組，轉(zhuǎn)向架中心距為12.6 m，轉(zhuǎn)向架軸距為2.3 m，帶司機(jī)室拖車長19.65 m，動車長19 m，寬2.892 m，運(yùn)行速度約60 km/h，測試期間測試區(qū)段列車接近于空車。

試驗(yàn)共4個斷面，均為直線段WJ-2A扣件、無縫鋼軌、30 m簡支箱梁，其他如表2所示。各斷面場地條件、梁柱類型和尺寸等基本條件一致[9]，每個斷面共7個測點(diǎn)，測點(diǎn)位置如表3所示。

表2 噪聲測試試驗(yàn)斷面基本情況

表3 測點(diǎn)位置 m

注：1) 測點(diǎn)1代表噪聲源強(qiáng)[10];2) 有全封閉聲屏障時，測點(diǎn)2代表橋梁結(jié)構(gòu)噪聲[11-12];3) 全封閉聲屏障+梯形軌枕工況因現(xiàn)場條件無測點(diǎn)7測試數(shù)據(jù)。

為減小背景噪聲的影響，試驗(yàn)主要選取18:00-21:00的10趟列車通過時段噪聲能量平均值作為噪聲分析依據(jù)。

2 測試結(jié)果及分析

2.1 背景噪聲

背景噪聲按地鐵列車實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行晝間16 h等效A聲級和夜間運(yùn)營時段2 h的等效A聲級測量，高架段各測點(diǎn)處背景噪聲如圖3所示。

圖3 4種工況下各測點(diǎn)處背景噪聲

由圖3可知，無聲屏障工況下各測點(diǎn)處背景噪聲晝間為52.7～61.3 dB(A)，夜間運(yùn)營時段為49.3～58.8 dB(A)；全封閉聲屏障工況下各測點(diǎn)處背景噪聲晝間為53.1～59.9 dB(A)，夜間運(yùn)營時段為43.9～56.4 dB(A)；全封閉聲屏障+梯形軌枕工況下各測點(diǎn)處背景噪聲晝間為59.9～63.1 dB(A)，夜間運(yùn)營時段為50.9～58.2 dB(A)；全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下各測點(diǎn)處背景噪聲晝間為51.5～61.2 dB(A)，夜間運(yùn)營時段為49.9～59.3 dB(A)。

2.2 等效A聲級

各工況下測點(diǎn)1～7處噪聲等效A聲級如圖4所示。由圖可知，無聲屏障工況下測點(diǎn)1處噪聲(噪聲源強(qiáng))最大，達(dá)83.6 dB(A)，隨水平距離的增大，噪聲逐漸減小；全封閉聲屏障工況下測點(diǎn)1～6處噪聲均減小，全封閉聲屏障具有一定降噪效果，但隨水平距離逐漸增大，降噪效果逐步降低；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下測點(diǎn)2～7處噪聲進(jìn)一步減小，但測點(diǎn)1處噪聲較全封閉聲屏障工況增大，這是因?yàn)闇p振措施在減小橋梁結(jié)構(gòu)噪聲的同時增大了輪軌噪聲。

圖4 各工況下各測點(diǎn)處噪聲

2.3 頻譜特性

各工況下測點(diǎn)1～7處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級等效A聲級如圖5～11所示。由圖可知，全封閉聲屏障工況下各測點(diǎn)在部分頻段聲壓級大大高于無聲屏障工況(主要體現(xiàn)在50～80Hz)，這主要是由于聲屏障的二次噪聲引起，而全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況，由于減振軌道減小了固定在橋梁上的聲屏障振動，從而減小了聲屏障的二次噪聲。6、7號測點(diǎn)由于距離公路近，背景噪聲主要受地面交通和社會生活噪聲的影響，對高頻段聲壓級有一定影響。

1) 圖5為測點(diǎn)1處噪聲頻譜圖，無聲屏障工況下曲線表明，高架線噪聲源強(qiáng)處噪聲(主要為輪軌噪聲)主頻為630～800 Hz；全封閉聲屏障工況下63～16 000 Hz頻段聲壓級明顯減小，40～63 Hz頻段聲壓級有所增大；采用全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床后，40～63 Hz頻段聲壓級有一定減小，但630～800 Hz頻段聲壓級增大。表明聲屏障對中高頻噪聲有較好的降噪效果，對低頻噪聲無效果，減振軌道能在一定程度上降低低頻噪聲，但卻增大了輪軌噪聲。

圖5 測點(diǎn)1處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

2) 圖6為測點(diǎn)2處噪聲頻譜圖，曲線表明，各工況下測點(diǎn)2處噪聲含有較多成分的低頻噪聲(主要為橋梁結(jié)構(gòu)噪聲)；全封閉聲屏障工況下，除50～63 Hz外所有頻段聲壓級均減小，而50～63 Hz頻段聲壓級的增大是由聲屏障二次噪聲引起；采用全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床后，50～630 Hz頻段聲壓級進(jìn)一步減小，表明減振軌道在一定程度上保證了聲屏障的降噪效果。

圖6 測點(diǎn)2處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

3) 圖7為測點(diǎn)3處噪聲頻譜圖，曲線表明各工況下測點(diǎn)3處噪聲中低頻噪聲占較大比例；全封閉聲屏障工況下80～1 000 Hz頻段聲壓級明顯減小，而31.5～63 Hz頻段聲壓級有較明顯增大；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，80～1 000 Hz頻段聲壓級進(jìn)一步減小且31.5～63 Hz頻段聲壓級也有效減小。

圖7 測點(diǎn)3處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

4) 圖8為測點(diǎn)4處噪聲頻譜圖，曲線表明，全封閉聲屏障工況下630～800 Hz頻段聲壓級有一定減小，而40～63 Hz頻段聲壓級有較明顯增大；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，40～500 Hz頻段聲壓級有明顯減小。

圖8 測點(diǎn)4處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

5) 圖9為測點(diǎn)5處噪聲頻譜圖，曲線表明，全封閉聲屏障對1 600 Hz以上的高頻段聲壓級有較明顯的衰減，而對1 600 Hz以下中低頻頻段聲壓級無效果；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，對40～500 Hz頻段聲壓級有明顯衰減，再一次表明，減振軌道保證了聲屏障的降噪效果。

圖9 測點(diǎn)5處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

6) 圖10為測點(diǎn)6處噪聲頻譜圖，曲線表明，測點(diǎn)6處噪聲的中心頻率為40～63 Hz和630～800 Hz，因?yàn)闇y點(diǎn)6距離橋梁較遠(yuǎn)，受橋梁和輪軌噪聲共同影響；全封閉聲屏障工況下，630～800 Hz及以上頻段有一定的衰減作用，但效果并不明顯，40～63 Hz頻段聲壓級有較明顯的增大，經(jīng)過A計權(quán)后，綜合表現(xiàn)為噪聲等效A聲級的減?。蝗忾]聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，對40～500 Hz頻段聲壓級有明顯衰減，聲屏障與減振軌道的綜合降噪效果優(yōu)于單純聲屏障降噪效果。

圖10 測點(diǎn)6處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

7) 圖11為測點(diǎn)7處噪聲頻譜圖，測點(diǎn)7處噪聲的中心頻率也為40～63 Hz和630～800 Hz，測點(diǎn)7同樣受橋梁和輪軌噪聲共同影響；全封閉聲屏障工況下幾乎全頻段聲壓級均增大；全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下40～500 Hz頻段聲壓級較全封閉聲屏障工況有了明顯衰減，尤其是400～800 Hz頻段聲壓級比無聲屏障工況減小明顯。

圖11 測點(diǎn)7處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

2.4 插入損失

插入損失是評價減振降噪措施降噪效果的物理量，描述為在其他條件相同的無減振降噪措施時，某測點(diǎn)等效A聲級與有減振降噪措施同測點(diǎn)的等效A聲級之差。

不同工況下各測點(diǎn)處插入損失如圖12所示，由圖可知：

1) 全封閉聲屏障工況下噪聲源強(qiáng)(測點(diǎn)1)處插入損失最大，達(dá)15.9 dB(A)；測點(diǎn)2、3處插入損失依次為7.7 dB(A)、3.2 dB(A)，可認(rèn)為噪聲減小的作用之一是全封閉聲屏障遮擋了輪軌噪聲；測點(diǎn)4～7處插入損失呈減小趨勢(測點(diǎn)7插入損失為負(fù))，表明聲屏障的降噪效果隨水平距離的增大逐漸降低。

2) 全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，除測點(diǎn)1外所有測點(diǎn)處的插入損失均增大，表明減振軌道確保了全封閉聲屏障的降噪效果；測點(diǎn)1處插入損失的減小是因?yàn)闇p振軌道增大了輪軌噪聲所致。

3) 全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下，各測點(diǎn)的插入損失均大于全封閉聲屏障+梯形軌枕工況，表明全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床的效果優(yōu)于全封閉聲屏障+梯形軌枕。

圖12 不同工況下各測點(diǎn)插入損失

3 結(jié)論

本文選取寧波軌道交通1號線一期工程高架段開展了無聲屏障、全封閉聲屏障、全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床4種工況下的噪聲對比測試試驗(yàn)，分析了各工況下噪聲頻譜特性與降噪效果，所得主要結(jié)論如下：

1) 僅采用全封閉聲屏?xí)r，噪聲源強(qiáng)(測點(diǎn)1)處降噪效果最佳，且降噪效果隨水平距離的增大呈衰減趨勢。

2) 采用全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床，除測點(diǎn)1外所有測點(diǎn)處降噪效果進(jìn)一步增大，減振軌道確保了全封閉聲屏障的降噪效果。

3) 減振軌道能有效減小橋梁結(jié)構(gòu)噪聲，但同時也增大了輪軌噪聲。

4) 全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床的降噪效果優(yōu)于全封閉聲屏障+梯形軌枕。

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(編輯：郝京紅)

Test and Analysis on the Noise Reduction of Ningbo Rail Transit Elevated Line

Xu Yongfu1Yin Tiefeng1Feng Lili2Wang Dongfang1Dong Zibo1

(1. Ningbo Rail Transit Co., Ltd., Ningbo,Zhejiang 315010; 2. School of Civil Engineering Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)

Under the conditions of no sound barrier, fully-closed sound barrier, fully-closed sound barrier+ladder sleeper and fully-closed sound barrier+damping pad roadbed, noise tests were carried out in the first construction stage of Ningbo Rail Transit Line 1. There were 7 measuring points on each testing section. The sound pressure level and frequency spectrum curve of 12.5-20000 Hz were acquired, and the noise spectrum characteristics and noise reduction effect were analyzed under these conditions. The results show that when fully-closed sound barrier has been adopted, the noise reduction is the biggest and the noise reduction increases with the horizontal distance attenuation trend. When fully-closed sound barrier+ladder sleeper or fully-closed sound barrier+damping pad roadbed have been adopted, noise reduction increases further in all measuring points except point 1, and the vibration damping track ensures noise reduction of fully-closed sound barrier. Vibration damping track reduces the bridge-structure noise and increases wheel-rail noise. Fully-closed sound barrier+damping pad roadbed is better than fully-closed sound barrier+ladder sleeper.

rail transit; sound barrier; ladder sleeper; damping pad roadbed; effects on noise reduction

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.05.019

2016-02-03

2016-04-10

許永富，男，工程師，主要從事城市軌道交通減振降噪研究， 501176579@qq.com

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278043)

U231

A

1672-6073(2016)05-0094-05