某軌道交通聲屏障工程深化設(shè)計(jì)方案

沈彬

（上海申華聲學(xué)裝備有限公司，上海市 200070）

0 引 言

城市軌道交通的蓬勃發(fā)展給城市居民出行帶來了便利，人們在享受這個便利的同時卻也要承受地鐵高架段運(yùn)行時產(chǎn)生的噪聲對沿線小區(qū)的影響。本文以寧波市軌道交通2號線二期地面高架段、過渡段及敞開段為例，以聲環(huán)境現(xiàn)狀為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際情況提出以聲屏障為主的噪聲治理方案，使地鐵運(yùn)行后的環(huán)境噪聲基本維持現(xiàn)狀水平。相關(guān)方法和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)可以為類似軌道交通聲屏障工程深化設(shè)計(jì)提供參考[1，2]。

1 項(xiàng)目概況

寧波市軌道交通2號線二期工程線路長度約8.502 km，其中地下線約4.832 km，高架線長度約3.385 km，敞口U型槽約0.285 km。共設(shè)5座車站，其中地下站4座，高架站1座。

寧波市軌道交通2號線二期工程地面高架段、過渡段及敞開段兩側(cè)分布有住宅等敏感建筑物，為了基本維持軌道交通沿線兩側(cè)的聲環(huán)境質(zhì)量或滿足聲環(huán)境質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，在線路兩側(cè)存在敏感建筑物地段采取了設(shè)置聲屏障的降噪措施。

敏感點(diǎn)分布及聲環(huán)境現(xiàn)狀見表1。

2 設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)

（1）噪聲治理原則

現(xiàn)狀環(huán)境噪聲達(dá)標(biāo)的采取措施后預(yù)測超標(biāo)的敏感點(diǎn)經(jīng)治理后噪聲達(dá)標(biāo)。現(xiàn)狀環(huán)境噪聲已經(jīng)超標(biāo)的預(yù)測環(huán)境噪聲又有增量的敏感點(diǎn)，采取有效的噪聲治理措施，降低新增噪聲源的貢獻(xiàn)量，使環(huán)境噪聲基本維持現(xiàn)狀水平。

（2）景觀設(shè)計(jì)原則

在滿足功能要求的前提下，注重和軌道交通整體工程以及和城市景觀的結(jié)合。

（3）噪聲標(biāo)準(zhǔn)

聲環(huán)境影響評價執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)見上表“噪聲敏感點(diǎn)分布以及聲環(huán)境現(xiàn)狀”，2類為60/50 dBA，4a類為70/55 dBA。

3 聲屏障計(jì)算

3.1 隔聲原理

3.1.1 封閉式隔聲降噪結(jié)構(gòu)

（1）單層勻質(zhì)構(gòu)件隔聲量計(jì)算

考慮構(gòu)件的勁度、吻合效應(yīng)、阻尼和邊界條件的影響，隔聲量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：

（2）雙層構(gòu)件隔聲量計(jì)算

雙層板構(gòu)造的隔聲量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：△R為空氣層附加隔聲量。

（3）頻率f0、fc對隔聲量的影響

無論是單層結(jié)構(gòu)還是雙層結(jié)構(gòu)，其隔聲特性受到共振和吻合效應(yīng)的影響，通過設(shè)計(jì)，盡量使隔聲所要求的頻率避開共振頻率f0和吻合效應(yīng)頻率fc。

表1 敏感點(diǎn)分布及聲環(huán)境現(xiàn)狀

3.1.2 吸隔聲屏障

空氣中傳播的聲波遇到屏障時，就會產(chǎn)生反射、透射和繞射現(xiàn)象。一部分越過屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)；一部分穿透屏障到達(dá)受聲點(diǎn)，一部分在屏障壁面產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿著三條道路傳播的聲能分配。聲屏障的作用就是阻擋直達(dá)聲的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當(dāng)聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，而在屏障背后形成“聲影區(qū)”。我們所期待的聲屏障的減噪效果就在“聲影區(qū)”的范圍內(nèi)。與光影區(qū)相比較，由于聲波波長比光波波長大的多，因此，這種“聲影區(qū)”的邊界并不明顯，經(jīng)過屏障邊緣之外，聲源發(fā)出來的聲波可以直接到達(dá)的范圍，叫做“亮區(qū)”。從亮區(qū)到聲影區(qū)之間還有一小段“過渡區(qū)”。位于“聲影區(qū)”內(nèi)的噪聲級低于未設(shè)置聲屏障時的噪聲級，這就是聲屏障降噪的基本原理，見圖1。

圖1 聲屏障的聲繞射原理圖

對于一個無限長聲屏障、點(diǎn)聲源的繞射聲衰減為：

式中：N為菲涅爾數(shù)；λ為聲波波長；d為聲源與受聲點(diǎn)間的直線距離；A為聲源至聲屏障頂端的距離；B為受聲點(diǎn)至聲屏障點(diǎn)端的距離。

從上式中可以看出，聲屏障的繞射損失完全取決于菲涅爾指數(shù)N，即取決于聲源和受聲點(diǎn)之間的聲程差，聲程差A(yù)+B-d越大，λ聲波波長越?。l率越高）則聲屏障的繞射損失越大，也就是說聲屏障的降噪效果越好，見圖2。

圖2 聲屏障的繞射損失計(jì)算示意圖

3.2 吸聲原理及措施

噪聲源設(shè)備周圍設(shè)置了隔聲圍護(hù)降噪結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁面上做必要的吸聲處理，不但有效加強(qiáng)隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，而且可降低室內(nèi)的混響聲達(dá)5～8 dB（A），同時改善操作人員的操作環(huán)境，起到一定的勞動保護(hù)作用。

房間內(nèi)做吸聲處理后的最大吸聲降噪量一般參照下式計(jì)算

房間內(nèi)做吸聲處理后的平均吸聲降噪量一般參照下式計(jì)算

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 聲屏障形式

寧波市軌道交通2號線二期聲屏障工程主要聲屏障形式包括以下兩種：

（1）全封閉式聲屏障

聲屏障立柱標(biāo)準(zhǔn)間距為2 m立柱通過與預(yù)埋螺栓連接方式固定于橋梁護(hù)欄板上。聲屏障基本組成由下到上依次為：波浪吸聲板、透明隔聲窗、波浪吸聲板、透視隔聲聚碳酸酯板。頂部通長開口滿足自然通風(fēng)、排煙要求。

（2）U型槽全封閉聲屏障

聲屏障立柱標(biāo)準(zhǔn)間距為2 m立柱通過與預(yù)埋螺栓連接方式固定于橋梁護(hù)欄板上。聲屏障由透視隔聲聚碳酸酯板組成端部用聚碳酸酯板封堵。頂部通長開口滿足自然通風(fēng)、排煙要求。

4.2 聲屏障設(shè)置方案

近期需要實(shí)施的聲屏障方案見下表，聲屏障長度以里程差計(jì)算。其中K28+550～NK28+655設(shè)置在一期工程橋梁上，部分U型槽全封閉聲屏障根據(jù)運(yùn)營安全要求設(shè)置，非聲學(xué)用途，見表2、表3。

表2 近期沿線聲屏障實(shí)施方案

5 聲屏障效果模擬

5.1 模擬方法

預(yù)測采用德國Datakustik公司的Cadna/A環(huán)境噪聲預(yù)測評價模擬軟件系統(tǒng)。該軟件主要依據(jù)ISO9613、RLS-90、Schall 03等德國、國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并采用專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)認(rèn)可的方法進(jìn)行修正，計(jì)算精度通過德國國家環(huán)保局及德國公路、公路運(yùn)輸?shù)炔块T檢測；該軟件計(jì)算在德國公路、鐵路運(yùn)輸?shù)炔块T應(yīng)用得到好評。2000年通過我國國家環(huán)?？偩汁h(huán)境工程評估中心評審認(rèn)證。

5.2 模擬思路

根據(jù)聲屏障工藝設(shè)計(jì)，選取3個典型屏障進(jìn)行效果分析。分別為：

（1）單線橋全封閉聲屏障；

（2）雙線橋全封閉聲屏障；

（3）U型槽全封閉聲屏障。

5.3 聲屏障效果分析

根據(jù)無聲屏障等聲級線圖和采取全封閉聲屏障等聲級線圖前后對比，以及表4的預(yù)測結(jié)果，敏感目標(biāo)處的屏障效果為：單線橋全封閉聲屏障效果約8.5～9.9 dB（A），雙線橋全封閉聲屏障效果約8.8～14.7 dB（A），U型槽全封閉聲屏障效果約8.1～13.5 dB（A）。

表3《環(huán)評報(bào)告》措施與施工圖聲屏障措施對照表

表4 預(yù)測值與屏障效果匯總表

清水浦村營運(yùn)中期等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖3，清水浦村營運(yùn)中期單線橋全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖4。

圖3 清水浦村營運(yùn)中期等聲級線圖晝間1.5 m高度

圖4 清水浦村營運(yùn)中期單線橋全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度

結(jié)論：清水浦村敏感點(diǎn)經(jīng)過噪聲治理后，晝間滿足2類區(qū)和4a類區(qū)要求。即：無聲屏障措施本站第一排1-2F和第二排1-2F最大噪聲值為57.8 dB（A）和58.0 dB（A），采取全封閉聲屏障措施后第一排1-2F和第二排1-2F最大噪聲值為48.6 dB（A）和48.2 dB（A），聲屏障降噪效果在 8.5-9.9 dB（A）左右，滿足晝間要求，小于60 dB（A）。

清水浦村營運(yùn)中期等聲級線圖夜間1.5 m高度見圖5，清水浦村營運(yùn)中期單線橋全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度見圖6。

圖5 清水浦村營運(yùn)中期等聲級線圖夜間1.5 m高度

圖6 清水浦村營運(yùn)中期單線橋全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度

結(jié)論：清水浦村敏感點(diǎn)經(jīng)過噪聲治理后，夜間滿足2類區(qū)和4a類區(qū)要求，即，無聲屏障措施本站第一排、第二排1F和2F最大噪聲值為56.4 dB（A）和56.6 dB（A），采取全封閉聲屏障措施后第一排、第二排1F和2F最大噪聲值為47.2 dB（A）和46.7 dB(A)，聲屏障降噪效果在 8.5-9.9 dB（A）左右，滿足夜間要求，小于50 dB（A）。

臨江小區(qū)營運(yùn)中期等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖7，臨江小區(qū)營運(yùn)中期雙線橋全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖8。

結(jié)論：臨江小區(qū)敏感點(diǎn)經(jīng)過噪聲治理后，晝間滿足2類區(qū)要求，即，無聲屏障措施本站第一排2-9F和第二排2-6F最大噪聲值為63.7 dB（A）和54.4 dB（A），采取全封閉聲屏障措施后第一排2-9F和第二排2-6F最大噪聲值為49.9 dB（A）和48.2 dB（A），聲屏障降噪效果在 11.8-14.6 dB（A）左右，滿足晝間要求，小于60 dB（A）。

圖7 臨江小區(qū)營運(yùn)中期等聲級線圖晝間1.5 m高度

圖8 臨江小區(qū)營運(yùn)中期雙線橋全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度

臨江小區(qū)營運(yùn)中期等聲級線圖夜間間1.5 m高度見圖9，圖10臨江小區(qū)營運(yùn)中期雙線橋全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度見圖10。

圖9 臨江小區(qū)營運(yùn)中期等聲級線圖夜間間1.5 m高度

圖10 臨江小區(qū)營運(yùn)中期雙線橋全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度

結(jié)論：臨江小區(qū)敏感點(diǎn)經(jīng)過噪聲治理后，夜間滿足2類區(qū)要求，即，無聲屏障措施本站第一排2-9F和第二排2-6F最大噪聲值為62.3 dB（A）和53.0 dB（A），采取全封閉聲屏障措施后第一排2-9F和第二排2-6F最大噪聲值為48.6 dB（A）和43.1 dB（A），聲屏障降噪效果在 11.8-14.6 dB（A）左右，滿足夜間要求，小于50 dB（A）。

虹橋村營運(yùn)中期等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖11，虹橋村營運(yùn)中期U型槽全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖12。

圖11 虹橋村營運(yùn)中期等聲級線圖晝間1.5 m高度

結(jié)論：虹橋村敏感點(diǎn)經(jīng)過噪聲治理后，晝間滿足2類區(qū)和4a類區(qū)要求，即，無聲屏障措施本站第一排1-2F和第二排1-2F最大噪聲值為62.7 dB（A）和55.9 dB（A），采取全封閉聲屏障措施后第一排1-2F和第二排1-2F最大噪聲值為49.2 dB（A）和46.0 dB（A），聲屏障降噪效果在 8.1-12.6 dB（A）左右，滿足晝間要求，小于60 dB（A）。

圖12 虹橋村營運(yùn)中期U型槽全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度

虹橋村營運(yùn)中期等聲級線圖夜間1.5 m高度見圖13，虹橋村營運(yùn)中期U型槽全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度見圖14。

圖13 虹橋村營運(yùn)中期等聲級線圖夜間1.5 m高度

圖14 虹橋村營運(yùn)中期U型槽全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度

結(jié)論：虹橋村敏感點(diǎn)經(jīng)過噪聲治理后，夜間滿足2類區(qū)和4a類區(qū)要求，即，無聲屏障措施本站第一排1-2F和第二排1-2F最大噪聲值為61.2 dB（A）和54.5 dB（A），采取全封閉聲屏障措施后第一排1-2F和第二排1-2F最大噪聲值為47.7 dB（A）和44.5 dB（A），聲屏障降噪效果在 8.1-12.6 dB（A）左右，滿足夜間要求，小于50 dB（A）。

結(jié)論根據(jù)聲學(xué)計(jì)算及聲學(xué)模擬，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案完全符合環(huán)評要求。

6 結(jié) 語

聲屏障對輪軌噪聲有明顯的阻隔降噪作用，但無法降低二次結(jié)構(gòu)聲，軌道運(yùn)營后列車通過時，敏感點(diǎn)將受到較大的二次結(jié)構(gòu)聲影響。因此，軌道交通項(xiàng)目整體降噪方案不僅要實(shí)施聲屏障降噪措施，還要對地鐵軌道做進(jìn)一步的減振優(yōu)化措施，如減振扣件、浮置板道床等等。