軌道交通高架線聲屏障降噪效果模擬研究

鄭聰

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司）

1 概述

聲屏障是一種立于噪聲源和受聲點(diǎn)之間的聲學(xué)障板[1]，從傳播途徑上來阻隔和削弱噪聲影響。聲屏障的降噪效果用插入損失來評(píng)價(jià)，插入損失是安裝聲屏障前后在某特定位置上的聲壓級(jí)之差。

軌道交通高架線噪聲測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，獲取的數(shù)據(jù)量少，且新建項(xiàng)目在聲屏障安裝前不具備測(cè)量條件，只能在安裝后測(cè)量，因此難以計(jì)算出聲屏障真實(shí)的插入損失，無法客觀評(píng)價(jià)聲屏障的效果。數(shù)值模擬具有可操作性強(qiáng)、可重復(fù)性高、表達(dá)直觀、數(shù)據(jù)量大、分析方便等優(yōu)點(diǎn)，本研究采用SoundPLAN 軟件對(duì)聲屏障及其附加降噪措施的效果進(jìn)行模擬研究。

2 聲屏障降噪效果

2.1 軟件介紹

SoundPLAN 軟件的建模、計(jì)算及評(píng)估基于ISO 標(biāo)準(zhǔn)和我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》（HJ2.4-2009）。SoundPLAN 將實(shí)際的生活環(huán)境轉(zhuǎn)化成抽象的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)結(jié)果直觀可靠，是我國聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)常用的工具軟件。

2.2 模擬工況

選取6 節(jié)編組車輛，最高運(yùn)營速度80km/h，列車源強(qiáng)采用廣州地鐵四號(hào)線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比校正。

本次模擬研究不考慮建筑物的影響，僅研究不同聲屏障形式下的噪聲傳播規(guī)律和降噪效果，不考慮行車對(duì)數(shù)影響，以列車通過時(shí)段等效連續(xù)A 聲級(jí)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以道床面標(biāo)高為基準(zhǔn)，選取2m 矮弧形聲屏障、2m 直立聲屏障、3.5m 直立聲屏障、4.5m 直立聲屏障和全封閉聲屏障5 種形式進(jìn)行模擬分析。

2.3 模擬結(jié)果

本次模擬聲屏障對(duì)稱布置且不考慮周圍建筑物影響，因此線路兩側(cè)聲環(huán)境分布完全相同，僅截取一半作為對(duì)比。列車通過時(shí)段部分工況橫截面聲場(chǎng)分布如圖1～圖4 所示。

圖1 無聲屏障聲場(chǎng)分布圖

圖2 2m 弧形聲屏障聲場(chǎng)分布圖

圖3 3.5m 直立聲屏障聲場(chǎng)分布圖

圖4 全封閉聲屏障聲場(chǎng)分布圖

從圖1 可以看出，未采取聲屏障措施時(shí)，噪聲呈扇形，由軌道向外傳播并隨傳播距離的增加而不斷衰減。圖2～圖4 中，噪聲受聲屏障的吸收和遮擋作用，在橋梁兩側(cè)形成了聲影區(qū)，聲影區(qū)內(nèi)噪聲受到削弱，且聲屏障高度越高，聲影區(qū)范圍越大，對(duì)噪聲的削減越明顯；尤其是全封閉聲屏障，噪聲在橋梁上部區(qū)域形成了一個(gè)廊道，在較小范圍內(nèi)集中向上部區(qū)域傳播，對(duì)兩側(cè)的影響很小。

對(duì)距離軌道中心線30m 的一棟30 層建筑物聲環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，提取垂直方向各方案列車經(jīng)過時(shí)段的聲壓級(jí)，如圖5 所示。

圖5 不同聲屏障形式距線路30m 垂直方向聲壓級(jí)

從圖5 可以看出，2m 直立聲屏障對(duì)9 層及以下降噪效果明顯，降噪量約5～8dB（A）；10～16 層降噪效果減弱，降噪量約0.5～4dB（A）；17 層以上無降噪效果。

2m 弧形聲屏障對(duì)10 層以下降噪效果明顯，降噪量約5～9dB（A）；11～16 層降噪效果減弱，降噪量約1～4dB（A）；17～23 層有微弱的降噪效果，降噪量約0.1～0.8dB（A）；23 層以上無降噪效果。

2m 矮弧形聲屏障和直立式聲屏障相比，雖然高度一樣，但由于弧形聲屏障更靠近聲源，形成的聲影區(qū)面積更大，因此整體效果較直立式好，降噪量最大可增加1.5dB（A）左右，且降噪范圍更廣。

3.5m 和4.5m 聲屏障降噪效果較2m 高聲屏障略好，10 層以下降噪量約5～12dB（A）；11～16 層降噪量約1～5dB（A）；17～25 層有微弱的降噪效果；25 層以上無降噪效果。隨著直立式聲屏障高度的增加，降噪量有所提升，4.5m 聲屏障較3.5m 聲屏障在13 層以下降噪量可增加0.5～1.5dB（A），在13 層以上可增加0.2dB（A）左右。

全封閉聲屏障的降噪效果明顯優(yōu)于其他聲屏障，在1～30 層高度均能起到降噪作用。其中1～23 層降噪效果明顯，降噪量約5～16dB（A）；24 層以上降噪量也可達(dá)3 B（A）以上。

綜上所述，聲屏障措施對(duì)降低軌道交通高架線列車噪聲效果明顯，且隨著聲屏障有效高度的增加，效果越顯著。對(duì)于單層或多層（9 層以下）住宅，3.5m 聲屏障可獲得良好的效果；對(duì)于高層（10 層以上）住宅，可適當(dāng)增加聲屏障高度或采用全封閉聲屏障。

3 疏散平臺(tái)下吸聲板降噪效果

軌道交通高架線通常在雙線橋線路中間設(shè)置疏散平臺(tái)，利用疏散平臺(tái)下的空間設(shè)置吸聲板，可就近吸收輪軌噪聲，起到一定降噪效果。該措施一般與直立式聲屏障結(jié)合設(shè)置，在廣州地鐵14、21 號(hào)線得到應(yīng)用。

在3.5m 直立聲屏障基礎(chǔ)上對(duì)比設(shè)置疏散平臺(tái)下吸聲板后的效果，距軌道中心線30m 列車經(jīng)過時(shí)段的聲壓級(jí)如圖6 所示?？梢钥闯?，設(shè)置疏散平臺(tái)下吸聲板后降噪效果有一定加強(qiáng)，1～16 層較明顯，附加降噪量為0.5～2dB（A）；高樓層效果較小，20 層以上無效果。

圖6 疏散平臺(tái)下吸聲板降噪效果

4 軌邊吸聲板降噪效果

軌邊吸聲板直接安裝在輪軌兩側(cè)，就近吸收阻礙聲源傳播。軌邊吸聲板是最靠近聲源的一種吸聲方式，吸聲體的利用效率最高，但由于靠近輪軌，需協(xié)調(diào)好與車輛和軌道的關(guān)系。目前軌邊吸聲板在香港馬鞍山線有所應(yīng)用。

在3.5m 直立聲屏障基礎(chǔ)上對(duì)比設(shè)置軌邊吸聲板后的效果，距離軌道中心線30m 列車經(jīng)過時(shí)段的聲壓級(jí)如圖7 所示。

圖7 軌邊吸聲板降噪效果

可以看出設(shè)置軌邊吸聲板后降噪效果有所加強(qiáng)，但不同樓層差異較大。1～9 層附加降噪量較小，約0.5dB（A），這是因?yàn)橹绷⑹铰暺琳蠈?duì)低樓層已經(jīng)起到了較好的降噪效果，軌邊吸聲板的作用不明顯；10～24 層隨著直立聲屏障降噪效果下降，軌邊吸聲板效果凸顯，達(dá)到1～3dB（A）；對(duì)于更高樓層，軌邊吸聲板聲影區(qū)范圍已無法覆蓋，幾乎起不到作用。

5 結(jié)束語

聲屏障降噪效果隨聲屏障有效高度的增加而提升，整體上隨樓層的增高而下降。聲屏障高度受限時(shí)，可通過加大聲屏障的弧度來增大聲影區(qū)面積，提高降噪效果。封閉式聲屏障降噪效果明顯優(yōu)于直立式，線路兩側(cè)有高層建筑時(shí)，應(yīng)優(yōu)先設(shè)置封閉式聲屏障。

疏散平臺(tái)下吸聲板和軌邊吸聲板在直立式聲屏障基礎(chǔ)上可以起到附加降噪的作用，在實(shí)際工程中可根據(jù)降噪目標(biāo)值與聲屏障搭配使用，作為綜合降噪措施的一部分。