1前言 城市軌道交通雜訊汙染是個非常複雜的問題。它與車輛雜訊、輪軌雜訊、軌道結構、路基、橋梁結構、車輛執行速度以及周邊環境都有密切關係,解決城市軌道交通雜訊問題是乙個綜合的系統工程。
本文針對北京城市鐵路地面軌道交通線雜訊產生的基本規律、雜訊影響程度的評估方法,從理論上進行了研究;對不同道路結構型別、不同車速和行駛方向產生的雜訊,進行了現場實測,取得了關於軌道交通雜訊理論計算所需要的重要參考資料。根據理論計算結果及消聲裝置的消聲原理和效能特點,提出了北京城市鐵路地面軌道交通線雜訊控制對策。按所提出的控制方法在北京城市鐵路地面軌道交通線沿線實施後,其雜訊值完全控制在國家有關雜訊標準範圍內,降噪效果達到了預期的目標。
2城市軌道交通雜訊的理論計算與實測分析
影響城市軌道交通雜訊輻射大小的因素很多,但最重要的有兩個,一是列車自身的雜訊輻射,這主要由列車的牽引雜訊(主要取決於電機雜訊)、空調雜訊以及車體的雜訊輻射;另乙個是輪軌雜訊,這主要**於輪軌的摩擦、撞擊以及輪軌的阻尼特性、路基、道床等因素。本文主要針對輪軌雜訊進行研究。
2.1城市軌道交通雜訊的理論計算
根據聲傳播理論,軌道交通雜訊可看作為一不相干的有限長的線聲源。根據不相干有限長線聲源的理論,垂直距離線聲γ處的聲強i為:
2.2北京城市軌道交通雜訊的計算與分析
北京城市鐵路是北京市第一條地面輕軌交通線,全長41km,沿途有許多居民住宅區,屬於環境雜訊敏感地段。
2.2.1列車7.5m處軌道交通雜訊值l0值的確定
根據軌道交通雜訊計算式(6),需要提供車速為60km/h時距離鋼軌7.5m處列車的a計權雜訊級l0,而該值通常需要由實驗確定。城市鐵路道路結構一般有三種型別:
地面線路、高路堤線路和高架線路,本研究重點擊擇了具有這三種不同道路結構型別特點的軌道交通雜訊情況進行了現場實測。雜訊實測值分別見圖
一、圖二、圖三。
由圖可知:軌道交信道路結構不同,其雜訊輻射水平也不同,以地面線路最低,高架線路最高;隨著車速的增加,雜訊輻射水平呈增加的趨勢;距鋼軌的距離越遠,雜訊輻射水平越小。
考慮到車速不同,輻射雜訊不同的影響因素,通常在計算平均輻射雜訊值時,取55~70km/h之間測量值的平均值,作為相當於車速為60km/h、距離鋼軌7.5m處的列車軌道交通雜訊基準值l0。
本研究綜合上列三圖的實測結果,對車速為60km/h、距離鋼軌7.5m處不同線路結構的軌道交通雜訊基準值l0取值如下:
地面線路:l0=84.6dba(實測平均值)≈85dba(基準值)
高路堤線路:l0=89.2dba(實測平均值)≈89dba(基準值)
高架線路:l0=91.6dba(實測平均值)≈92dba(基準值)
另外,對於不同車速,由於r=7.5m處的實際測量值與基準雜訊值的偏差也不一樣,因此在計算軌道交通雜訊時需要對車速修正。
2.2.2軌道交通雜訊衰減與距離增加的關係
表2給出了軌道雜訊隨距離衰減的實測值與基準雜訊值l0的比較,從而使經過距離修正後的雜訊值更接近實測值。
圖四為軌道交通雜訊衰減與距離增加的關係。由圖可見,隨著距離的增加,軌道雜訊的影響大幅度下降,當遠離鋼軌120m時,軌道交通雜訊的影響已被衰減了12dba。
2.2.3軌道交通雜訊的頻率特性
由高路堤段上、下行線實測的軌道交通雜訊頻譜圖(圖
五、六)可看出,軌道交通雜訊具有兩個明顯的峰值,乙個在低頻,乙個在中頻。低頻主要在50~63hz,中頻主要在500~1000hz。本研究,主要針對500~2000hz頻率段的軌道交通雜訊,進行控制對策及其方法研究。
3城市軌道交通雜訊控制對策
3.1城市軌道交通雜訊控制的主要措施
(1)合理規劃。通常線路的選擇既要考慮充分發揮城鐵交通的作用和經濟利益,同時也要盡量避開居民集中的地區,例如美國芝加哥的城鐵就修建在高速公路的中間,距離公路兩旁的建築物很遠,其雜訊影響顯然低於公路交通雜訊。在城市發展規劃中,居民住宅和醫院、學校等雜訊敏感建築物應遠離地鐵,以避免遭受雜訊的影響。
(2)發展低雜訊車輛。車輛雜訊是軌道交通重要的雜訊源,它主要由電機、風扇、壓縮機和車體本身的振動產生。因此開發低雜訊電機和低雜訊風扇產品,做好壓縮機的隔聲和消聲器,提高車體的隔聲、利用阻尼和隔振技術降低車體的輻射雜訊,是降低城市車輛交通雜訊的有效措施,採取這些措施後,可使車輛本身的雜訊至少降低10dba。
(3)降低輪軌雜訊。輪軌雜訊是軌道交通雜訊的乙個主要雜訊源。它主要是由車輪與鐵軌的撞擊和摩擦產生。
降低輪軌雜訊主要措施包括給車輪和鐵軌加阻尼材料,橡膠車輪,短軌換長軌,以減少接縫,降低鐵軌本身的振動,給車輪加裙邊等。採取這些措施後,也可使輪軌雜訊降低8～10dba。
(4)修建聲屏障。當聲波在傳播的途徑中遇到障礙物時,會產生輻射,有相當一部分聲音能量被反射回來,只有部分聲能繞過障礙物傳到另一邊,從而使雜訊得到降低。因此聲屏障是降低傳播途中聲能量的重要措施。
(5)建築物隔聲。在許多情況下,當環境條件受到限制,也可考慮建築物隔聲,特別是門窗的隔聲是主要的措施,一般的隔聲量也能達到20～30dba。
(6)綠化減噪。綠化減噪措施是一種生態降噪的措施。通常100m的林帶,約有10dba的降噪效果,因此在條件許可的環境下,可以和聲屏障結合起來,既起到吸聲的效果,又可以美化環境。
3.2城市鐵路聲屏障工程實施及效果評估
3.2.1聲屏障的原理
聲屏障是設於雜訊源和受保護雜訊敏感點之間的聲學障板,是用來降低雜訊對雜訊敏感點區域性環境汙染的重要措施之一。
當交通雜訊遇到聲屏障後產生反射,只有部分聲能越過聲屏障頂端繞射到其背面,在背面形成聲影區。聲屏障設計的基本原則是使受聲點(雜訊敏感區)處於聲影區內,即聲屏障能夠阻擋聲源的直達聲,使繞射聲儘量減少為原則。
聲屏障繞射的聲衰減取決於雜訊的聲程差和聲源的雜訊頻率。聲程差越大,聲衰減越大。聲程差和受聲點離聲屏障的距離以及聲屏障材料的聲學效能等因素有關。
聲屏障越高,聲源和受聲點離聲屏障越近,則聲程差越大。有限長度的聲屏障還應同時考慮屏障長度方向兩端的繞射聲衰減。此外,雜訊的頻率越高,繞射的聲衰減也越大。
聲屏障的設計目標值即為聲屏障的插入損失。通常,城市鐵路列車編組為4節列車,每列車輛總長約100m,每列車相當於乙個流動的線聲源,保護雜訊敏感點的聲屏障的長度大於列車的長度,因此在計算聲屏障的插入損失時採用無限長線聲源的計算方法。
3.2.2北京城市鐵路交通雜訊聲屏障控制措施
為使雜訊控制做到技術和經濟合理,北京城鐵吸收了國內外先進的技術,在聲屏障的結構形式和材質等方面做了重點研究。聲屏障的結構形式。按雜訊敏感地帶與線路的實際關係及隔聲要求,將全線的聲屏障設計為三種形式,即全封閉式、半封閉式和直立式。
聲屏障的吸聲部分為ha-s型吸聲板或波浪吸聲板,透明部分為夾膠玻璃或耐力板。波浪吸聲板內部吸聲材料採用無緘憎水玻璃布包裹離心玻璃棉,隔聲指數stc≥30;夾膠玻璃結構的兩外側玻璃厚5mm,中間為0.76mm厚的膠膜,隔聲指數stc≥30;耐力板採用透明耐光板,隔聲指數stc≥25。
全線共設定單側聲屏障6.4km,全封閉聲屏障756m,總計43249m2。
3.2.3聲屏障降噪處理方案
圖七為典型段的城市軌道交通雜訊控制聲屏障外觀圖。
表3列出了聲屏障的形式、點位、屏障高度及長度。
3.2.4實施效果評估
通過北京市環境保護監測中心對建成的聲屏障效果的抽查監測,結果表明被保護的敏感點目標白天城鐵交通雜訊均低於《交通幹線兩側白天70dba的環境雜訊標準》,各敏感點的等效聲壓級在56.2dba-66.2dba的範圍內。
平均降噪效果基本達到了預期的目標,特別是全封閉的聲屏障的降噪效果可達30dba以上(見表4)。
4結論 北京城市鐵路的聲屏障工程是首次對軌道交通雜訊傳播的規律及治理進行了理論的**和實際的應用,結果表明聲屏障示範工程是成功的。
軌道交通不同道路結構的雜訊輻射水平不同,以地面線路最低,高架線路最高。在車速為60km/h、距離鋼軌7.5m處不同線路結構的軌道交通雜訊基準值l0取值如下:
地面線路:l0=84.6dba(實測平均值)≈85dba(基準值)
高路堤線路:l0=89.2dba(實測平均值)≈89dba(基準值)
高架線路:l0=91.6dba(實測平均值)≈92dba(基準值)
當距離很遠時,雜訊隨距離的衰減是符合點聲源的衰減規律的,即距離增加一倍,衰減約6dba。
城市鐵路的聲屏障工程減噪效果明顯,敏感點的雜訊平均下降了近10dba,達到了城市區域環境雜訊標準的要求。尤其是全封閉聲屏障的效果特別明顯,降噪效果達到30dba以上。
參考文獻:
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