京滬高速鐵路不同線路形式噪聲暴露研究

王波 田豐

摘要：高速鐵路以其運營量大、車速快、時間準、安全快捷的優(yōu)勢適應現(xiàn)代社會經濟發(fā)展的新需求，已經成為我國發(fā)達地區(qū)城市間主要的客流交通運輸方式，在高速鐵路快捷的給人民群眾提供便利的出行時，其在運行過程中對鐵路沿線兩邊環(huán)境造成了嚴重的噪聲污染。選取京滬高鐵安徽段為研究對象，研究高速鐵路運行期間不同型號高速列車的噪聲傳播途經以及變化規(guī)律，分別按照高架、路基、路塹三種不同線路形式噪聲衰減進行分析。結果表明：高速列車通過高架線路的1h等效聲級噪聲值先隨距離增大后減小，在30 m處噪聲值較大，隨后隨距離增大而減小;單車聲暴露級的衰減規(guī)律與單車通過聲級和th等效聲級的衰減規(guī)律基本相似。高速列車通過路基線路的1h等效聲級衰減規(guī)律與橋梁線相比衰減趨勢比較一致，但未明顯出現(xiàn)橋梁段的先增大后減小的趨勢;單車通過等效聲級的衰減總體趨勢隨距離增大而減小。高速列車通過路塹線路的1h等效聲級的衰減隨著距離增加.與路基形式基本相似，但未出現(xiàn)高架的先增加后減小的情況;路塹的單車通過等效聲級在距離衰減規(guī)律與路基基本相似，但其衰減更快。

關鍵詞：高速鐵路;噪聲;高架;路基;路塹

中國分類號：U238

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0116-05

1 引言

隨著我國經濟快速發(fā)展，人們對出行的要求變得更高了，對于高速快捷的交通方式也更加青睞，高速鐵路以其運營量大、車速快、時間準、安全快捷的優(yōu)勢適應現(xiàn)代社會經濟發(fā)展的新需求[1]。目前，高速鐵路已經成為我國發(fā)達地區(qū)城市間主要的客流交通運輸方式，而且我國已經成為世界上高速鐵路運營和在建里程最長的國家[2～4]。在高速鐵路快捷的給人民群眾提供便利的出行時，其在運行過程中對鐵路沿線兩邊環(huán)境造成了嚴重的噪聲污染[5]。噪聲是高速鐵路運行期間產生地最嚴重的環(huán)境污染問題，直接危害人民群眾的聽力，不僅會對人民的身心健康產生影響，對動物也有影響，也對建筑構筑物和機械設備產生不同程度的損傷L6～8]。雖然高速鐵路在人群密集區(qū)設置了聲屏障，在許多產生噪音的機械設備上安裝了消音裝置，但高速鐵路在運行時還會有很大的噪聲[9～11]。

通過測定京滬高速鐵路安徽段運行期間產生的噪聲，本文研究高速鐵路運行期間不同型號高速列車的噪聲傳播途經以及變化規(guī)律，分別按照高架、路基、路塹三種不同線路形式運行期間噪聲衰減進行分析，以期為今后高速鐵路減輕噪聲污染及設置聲屏障提供基礎數(shù)據(jù)和理論支持。

2 研究區(qū)概況

京滬高速鐵路作為京滬快速客運通道，是我國“四縱四橫”客運專線網重要的主干道，是新中國成立以來的一條建設里程長、投資大、標準高的高速鐵路。全線長1318km，沿途共設置23個車站，貫穿北京、天津、上海三大直轄市和冀魯皖蘇四省，連接環(huán)渤海和長江三角洲兩大經濟區(qū)。京滬高速鐵路安徽段北起宿州，南至滁州，全長265km，途經宿州、蚌埠、滁州三市。本文研究范圍為鐵路外軌中心線兩側200 m區(qū)域[12]，如圖1所示。

3 京滬高速鐵路安徽段噪聲測試

3.1 測試依據(jù)

參考《聲環(huán)境質量標準》、《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》和《鐵路沿線環(huán)境噪聲測量技術規(guī)定》技術要求[13]，結合京滬高速鐵路運行狀態(tài)，分別按照1h整個時間段測試及單車測試。

3.2 測試布點

分別在高架、路基和路塹布置一個測點，高架和路基的衰減測點布置在距線路中心線15 m、30 m、60 m、90 m、120 m、150 m、180 m處，各點垂直布置在地面3.5m和地面1.2 m。路塹型衰減測點布置在距線路lI心線30 m、45 m、60 m、120 m和200 m處，測點高度為地面1.2米。測試期間主要考慮五種列車車型分別為CRH380A、CRH380AL、CRH380BL、CRH2A、CRH2B等車型，測試時列車運行時速在230～250 km/h（CRH2A和 CRH2B），280～300 km/h（ CRH380AL、CRH380A和CRH380BL）[14].

3.3 測試儀器

本文選擇杭州愛華儀器有限公司生產的AWA5680型多功能聲級計，AWA5680型多功能聲級計使用數(shù)字檢波專利技術，符合GB/T 3785.1- 2010 2級、TEC61672 2級標準，級線性范圍寬，測量頻率范圍為20～12500 Hz，測量上限130dB或140dB（用戶定制），可測量A、C、Z頻率計權。測量過程中無需切換量程，使用方便，通過模塊化設計，包含了積分聲級計、個人聲暴露計、噪聲統(tǒng)計分析儀等功能。

3.4 測試量

由于我國尚無專門針對高速鐵路制定的噪聲限值標準，參照相關國際現(xiàn)行標準進行評定[15]。在《Railway applications Acoustics Measurement of noiseemitted by railbound vehicles》（ISO 3095 - 2005）標準中規(guī)定列車發(fā)射噪聲的測量量為通過時段內等效連續(xù)A計權聲壓級LpAeq，Tp和通過暴露聲級TEL，相關測量定義如下。

3.4.1 暴露聲級

暴露聲級的公式為：

式中：LAE為暴露聲級，dB;t。為時間，基準持續(xù)時間（1 s）;t2-t1為規(guī)定的時間間隔，此時間應足夠長，使能包含所說明事件的所有有意義的噪聲，s;Pa （t）為瞬時A聲壓，Pa;p。為基準聲壓（20 μPa）。

3.4.2 通過暴露聲級

在時間間隔T內檢測并歸一化至Tp的單次列車通過的A汁權聲級。時間間隔T應足夠長以包括所有與該事件相關的聲能量，即至少要考慮在Tp時間段內背景噪聲高10 dB的的聲能。TEL用下述方程表示：

式中：TEL為列車通過暴露聲級，dB;T為測量的時間間隔，s：Tp。為列車經過的時間，s，即整車長除以車速;pA（t）為瞬時A計權聲壓，Pa;p。為基準聲壓（20 μPa）。

TEL與暴露聲級LAE的關系用方程表示：

式中：T。為參考時間間隔（=1s）。

3.4.3 列車通過時段等效聲級

列車車頭到達測試地點開始，到列車車尾離開測試地點這段時間內的等效連續(xù)A計權聲級。其表達式為：

式中：LpAeq，Tp為列車通過時段等效聲級，dB;T為測量的時間間隔，s;TP為列車經過的時間，Tp=t2 -t1，s;pA （t）為瞬時A計權聲壓，Pa;p。為基準聲壓（20 μPa）。

LAE與LpAeq，T符合如下關系：

3.4.4 晝間或夜間等效聲級

晝間或夜間等效聲級的公式為：

式中：Leq為晝間或夜間等效聲級，dB;T為晝間或夜間的時間，s;n為晝間或夜間通過的列車數(shù)量;LAE，i為晝間或夜間通過的笫i列列車的暴露聲級。

4 結果與分析

4.1 高架測點數(shù)據(jù)分析

4.1.1 1 h等效聲級

測試期1h內共通過高速列車13列，分別按照地面上1.2 m和3.5 m進行測量和分析，變化規(guī)律如圖2所示。

從圖2中可以看出，在高速鐵路運行產生的噪聲在水平方向衰減時，產生先增大后減小趨勢的原因是由于高鐵列車通過時與高架梁體和防撞墻的遮擋一定程度上使聲波傳播途徑發(fā)生了改變。在地面1.2 m和3.5m高度位置距離15 m處的噪聲值比30 m處分別低2.3 dB和1.6 dB。30 m外，距離加倍噪聲衰減2.9至4.4dB。

在垂直方向的衰減特點如下：在30 m以內，噪聲分布具有明顯的空間分布，在15 m遠時聲級高的是3.5m測量點，并隨高度減小而變小;在30 m遠時，地面1.5m和3.5 m聲級差別減少，距離60 m處基本一致，此后隨著距離的增大，地面3.5 m始終大于地面1.5 m，到180 m遠處再次基本相同。

4.1.2 單車通過等效聲級

通過對每個車次的列車通過噪聲進行統(tǒng)計，對條件一致的列車信號進行平均處理，從而討論列車通過時間內等效聲級隨距離與高度的變化關系。在高架形式的不同車型單車通過噪聲衰減規(guī)律分析如圖3所示。

從圖3可以看出，不同高度的測點之間，其水平衰減規(guī)律存在著一定差異，各高度點位的衰減趨勢與1h等效聲級的衰減規(guī)律比較類似。距離加倍，衰減量為3.7～5.7 dB。通常在30 m內受到橋梁梁體的遮擋，造成噪聲的最大值出現(xiàn)。

4.1.3 單車聲暴露級

測試階段主要涉及到五種車型，通過分析每個車次的列車通過噪聲產生的單車聲暴露級隨距離的變化規(guī)律如圖4所示。

從圖4可以看出，單車聲暴露級的衰減規(guī)律與單車通過聲級和1h等效聲級的衰減規(guī)律基本相似。

4.2 路基測點數(shù)據(jù)分析

4.2.1 1 h等效聲級

測試期1h時段內共通過14列車，分別按照地面上1.2 m和3.5 m進行測量和分析，1h等效聲級變化規(guī)律如圖5所示。

從圖5可以看出，與橋梁線相比路基線不同高度測點的衰減趨勢比較一致，但未明顯出現(xiàn)橋梁段的先增大后減小的趨勢，這是由于由于路基往往高度較低，噪聲傳播受到路基自身影響較小，輻射主要能量往往能直接到達測試點位。距離加倍，噪聲衰減量為4.0～4.9 dB。

4.2.2 單車通過等效聲級

測試時段主要涉及到5種車型，分析其列車的單車等效聲級（圖6）。

如圖6所示，以單車等效聲級為評價量，其距離加倍衰減量為3.7～5.7 dB范圍內。單車通過等效聲級中不同高度的測點之間，其水平衰減規(guī)律基本一致，各高度點位的衰減總體趨勢隨距離增大而減小。

4.2.3 單車聲暴露級

測試期涉及到3種主要車型在1.2 m和3.5 m高處的單車聲暴露級衰減情況（圖7）。

如圖7所示可知：以單車聲暴露級為評價量，距離加倍其衰減量為3.2～5.4 dB。以單車暴露聲級為評價量時的距離衰減速率低于單車通過時段等效聲級，這是由于距離越遠列車影響時間越長。

4.3 路塹測點數(shù)據(jù)分析

4.3.1 1 h等效聲級

測試期問1h時段內通過8列車，分析1h等效聲級（圖8）。

如圖8所示，路塹噪聲的衰減隨著距離增加，與路基形式基本相似，未出現(xiàn)高架的先增加后減小的情況。噪聲能量輻射的衰減在60 m以內較快，其后隨著距離增加逐步放緩。

4.3.2 單車聲暴露級

分析了兩種車速車型（即新舊車型）的單車聲暴露級衰減情況（圖9）。

如圖9所示：車速300 Km/h的列車聲暴露級總體上大于車速250 Km/h的列車，差距為1.2～2.O dB。以單車聲暴露級為評價量，距離加倍其衰減量為3.6～5.7 dB。雖然路塹的在距離衰減規(guī)律與路基基本相似，但其衰減更快。

4.3.3

24 h的1 h等效聲級

由于路塹的1 h等效聲級及單車衰減比路基情況快，通過考察24 h全天的等效聲級進一步分析該路線形式的衰減規(guī)律。測試距離為30 m，測試結果如圖10所示。

從圖10可知道，在晚上24：00及1：00～5：00時段的等效噪聲級較小，平均值僅為44.6 dB。而從6：00～23：00時段的等效噪聲級則平均達到65.5 dB。

5 結論

（1）高速列車通過高架線路的1h等效聲級衰減規(guī)律為：在水平方向上噪聲值先隨距離增大后減小，在30m處噪聲值較大，隨后隨距離增大而減小;垂直方向上，測點高的1h等效聲級高于測點低的，趨勢為先隨距離增大而減小，60 m后隨距離增大而增大，180 m基本一致。單車通過等效聲級中不同高度的測點之間，其水平衰減規(guī)律存在著一定差異，各高度點位的衰減趨勢與1h等效聲級的衰減規(guī)律比較類似。單車聲暴露級的衰減規(guī)律與單車通過聲級和1h等效聲級的衰減規(guī)律基本相似。

（2）高速列車通過路基線路的1h等效聲級衰減規(guī)律與橋梁線相比路基線不同高度測點的衰減趨勢比較一致，并未明顯出現(xiàn)橋梁段的先增大后減小的趨勢。單車通過等效聲級中不同高度的測點之間，其水平衰減規(guī)律基本一致，各高度點位的衰減總體趨勢隨距離增大而減小。以單車暴露聲級為評價量時的距離衰減速率低于單車通過時段等效聲級。

（3）高速列車通過路塹線路的1h等效聲級的衰減隨著距離增加，與路基形式基本相似，但未出現(xiàn)高架的先增加后減小的情況。路塹的單車通過等效聲級在距離衰減規(guī)律與路基基本相似，但其衰減更快。由于路塹的1h等效聲級及單車衰減比路基情況快，通過考察24h全天的等效聲級進一步分析該路線形式的衰減規(guī)律。在晚上24：00及1：00～5：00時段的等效噪聲級較小，平均值僅為44.6 dB，而從6：00～23：00時段的等效噪聲級則平均達到65.5 dB。

參考文獻：

[1]王姣娥，焦敬娟，金鳳君.高速鐵路對中國城市空間相互作用強度的影響[J].地理學報，2014，69（12）：1833～1846.

[2]趙勇，田四明，孫毅.中國高速鐵路隧道的發(fā)展及規(guī)劃[J].隧道建設，2017，37（1）：11～17。

[3] Han Yao，Ze Liu. The Spatial Effects of High Speed Rail on Intermediate Cities in China -A Case Study of Beijing- Shanhai Express Railway[M].Springer Berlin Heidelberg：2014 -06 - 15.

[4]戴學珍，徐敏，李杰，京滬高速鐵路對沿線城市效率和空問公平的影響[J].經濟地理，2016136（3）：72～77+108.

[5]蘇衛(wèi)青.高速鐵路噪聲影響評價研究[J].鐵道標準設計，2011（5）：100～104.

[6]田豐，高速鐵路噪聲煩惱評估與對策研究[D].南京：南京大學，2014.

[7]周兵，高速鐵路噪聲暴露對機體神經生理影響研究[D].杭州：浙江大學，2011.

[8]翟國慶，李爭光，陳鈺.等，從傳播途徑優(yōu)化控制市區(qū)鐵路噪聲[J].環(huán)境科學，2018（8）：2372～2376.

[9]胡文林，胡敘洪，齊春雨，等.高速鐵路橋梁聲屏障插入損失五聲源預測模式研究[J]，鐵道標準設計，2016，60（4）;118～124.

[10]吳小萍，費廣海，廖晨彥.高速鐵路不同高度聲屏障的降噪效果分析[J].中國鐵道科學，201 5，36（3）：127～132.

[11]鄧俊，賀玉龍，楊立中，等.350km/h高速列車不同線路形式處噪聲測試分析[J].噪聲與振動控制，2010，30（6）：119～122.

[12j京滬高速鐵路工程概況[J].中國鐵路，2008（5）：10～14.

[13]朱相棟.京津高速鐵路噪聲測試及研究[C]∥中國環(huán)境科學學會2009年學術年會論文集（第二卷）.北京：中國環(huán)境科學學會，2009;6.

[14]黃振暉，王貴國，蔣大旺，等.國內外高速試驗列車綜述[J].中國鐵路，2013（4）：100～105.

[15] Makarewicz Rufin，Minor- u Yoshida，Railroad Noise in an OpenSpace [J]. Appliecl Acousfics，1996 ，49 （4） ：291～306.