城市軌道交通高架線噪聲實測及傳播規律研究

馮登宇 耿傳智

城市軌道交通高架線噪聲實測及傳播規律研究

馮登宇 耿傳智

文章對寧波軌道交通1號線一期高架線進行噪聲實測分析，結果表明：無聲屏障時，一次噪聲源S0處全頻段（1～16 000 Hz）A聲壓級，梯形軌枕相對普通整體道床增大4.9 dB，道床墊浮置式整體道床相對于普通整體道床增加0.2 dB；有聲屏障時，二次結構噪聲源SH0處12.5～250 Hz頻段A聲壓級，梯形軌枕相對于普通整體道床降低3.6 dB，道床墊浮置式整體道床相對于普通整體道床降低4.0 dB；二次結構噪聲源SH0處聲屏障的降噪效果可達15.1～19.4 dB。

高架線；噪聲；傳播規律；研究

隨著城市軌道交通高架線的興起，在運營過程中出現了一系列的噪聲方面的問題。高架線聲源位置高，噪聲影響范圍大， 二次結構噪聲主要為低頻，傳播距離遠，穿透力強，給人的身心健康帶來極大的危害。本文對寧波軌道交通1號線一期高架線采用現場實測的方法，在無聲屏障和全封閉聲屏障情況下，對梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床、普通整體道床現場噪聲進行對比分析。

1 噪聲實測

本次實測在實際運營階段進行，運營列車為地鐵B型車，6輛編組，列車在各個測試斷面平均速度為52.3～65 km/h。測試斷面選擇在軌道施工質量良好、相對安靜且盡可能遠離其他固定振源影響的空曠區域或時段進行測試。

1.1 測點地點選擇及測試儀器

本文對高架線梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床、普通整體道床在有聲屏障和無聲屏障情況下的6個斷面的噪聲進行測試，斷面噪聲測點位置如圖1所示，S0為距離外軌7.5 m軌面上1.5 m測點（定義該位置噪聲數據為一次噪聲源），SH0為橋梁中心線梁底面以下0.3 m測點（定義該位置噪聲數據為二次結構噪聲源），SD0為橋梁中心線以下地面以上1.2 m測點，SD1、SD2、SD3、SD4分別為距離外軌中心7.5 m、15 m、30 m、60 m地面以上1.2 m測點。

測試儀器采用具有1/3倍頻程濾波器分析功能的杭州愛華積分聲級計（AWA6228-4+1/3oct，圖2）。

1.2 測試內容及數據采集

噪聲測試內容包括列車通過時段的全頻段（1～16 000 Hz）、12.5～250 Hz頻段A聲壓級，列車未通過時的背景噪聲值，汽車車流量（按大、中、小型，記錄監測累計時間），地鐵流量（記錄監測累計時間）。

測試中，聲級計動態時間響應特性為快檔（Fast），以超過背景噪聲5～10 dB確定列車通過時段，并采集其中10趟列車通過時的噪聲數據平均值作為噪聲分析數據。

2 測試結果及分析

2.1 無聲屏障

圖3給出了無聲屏障情況下各測點噪聲A聲壓級，由圖3可以看出，在無聲屏障的情況下，3種軌道結構型式下，隨著測點距外軌中心線距離的增大，噪聲A聲壓級呈下降趨勢；一次噪聲源S0處梯形軌枕噪聲88.5 dB＞道床墊浮置式整體道床噪聲83.8 dB＞普通整體道床噪聲83.6 dB，這是因為減振軌道在減振的同時使鋼軌的振動增大，從而導致輪軌噪聲增大；二次結構噪聲源SH0處普通整體道床噪聲77.3 dB＞梯形軌枕噪聲75.8 dB＞道床墊浮置式整體道床噪聲65 dB，道床墊浮置式整體道床降低結構噪聲比較明顯。

圖1 高架線噪聲測點布置 （單位：m）

圖2 測試儀器及現場

圖3 無聲屏障各測點噪聲A聲壓級

圖4給出了無聲屏障區段梯形軌枕噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖4可以看出，在無聲屏障情況下，梯形軌枕一次噪聲源S0處的噪聲主頻率范圍為630～800 Hz，其主要成分為輪軌噪聲；梯形軌枕二次結構噪聲源SH0處噪聲主要集中在中心頻率20～100 Hz和630～800 Hz范圍內。

圖5給出了無聲屏障區段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖5可以看出，在無聲屏障情況下，道床墊浮置式整體道床一次噪聲源S0處的噪聲主頻率范圍為630～800 Hz，其主要成分為輪軌噪聲；二次結構噪聲源SH0處噪聲主要集中在中心頻率20 Hz、31.5～100 Hz和630～800 Hz范圍內。

圖6給出了無聲屏障區段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖6可以看出，在無聲屏障情況下，普通整體道床一次噪聲源S0處的噪聲主頻率范圍為630～800 Hz，其主要成分為輪軌噪聲；二次結構噪聲源SH0處的噪聲主要集中在中心頻率12.5～250 Hz范圍內。

圖7給出了無聲屏障情況下，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床、普通整體道床等3種軌道一次噪聲源S0處的噪聲1/3倍頻程頻譜圖，由圖7可知，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床與普通整體道床的噪聲頻譜趨勢大致相同，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床2種減振軌道在12.5～31.5 Hz、400～1 250 Hz頻段有一定的降噪效果。

圖5 無聲屏障區段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖6 無聲屏障區段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖7 無聲屏障區段一次噪聲源S0處噪聲1/3倍頻程頻譜

通過以上無聲屏障不同軌道結構型式的噪聲分析，可見：

（1）在無聲屏障條件下，列車通過時段一次噪聲源S0處噪聲全頻段A聲壓級，梯形軌枕相對普通整體道床增大4.9 dB，道床墊浮置式整體道床相對于普通整體道床增大0.2 dB；

（2）無聲屏障條件下，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床和普通整體道床二次結構噪聲源SH0處噪聲，低頻結構噪聲占了很大比重，這是由于梁板屏蔽了輪軌高頻噪聲的結果；

（3）在3種軌道結構下，隨著離外軌中心線的距離增大，噪聲均呈現出降低的趨勢，其中S0、SH0、SD0處有明顯的降幅，SD1、SD2、SD3、SD4處降幅不大，說明噪聲在垂直方向上的單位距離衰減幅度高于水平方向上的單位距離衰減幅度。

2.2 全封閉聲屏障

圖8給出了全封閉聲屏障各測點噪聲A聲壓級，由圖8可知，在全封閉聲屏障下，一次噪聲源S0處的噪聲梯形軌枕69.1 dB＞道床墊浮置式整體道床68.7 dB＞普通整體道床67.7 dB，二次結構噪聲源SH0處的噪聲普通整體道床69.6 dB＞梯形軌枕68.5 dB＞道床墊浮置式整體道床67.4 dB，其原因同無聲屏障情況。

圖8 全封閉聲屏障各測點噪聲A聲壓級

圖9給出了全封閉聲屏障區段梯形軌枕噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖9可知，在全封閉聲屏障下，梯形軌枕噪聲500 Hz頻段以下二次結構噪聲源SH0處噪聲比其他測點大，說明在全封閉聲屏障下梯形軌枕的噪聲主要以結構噪聲為主，主頻率范圍為630～800 Hz。

圖10給出了全封閉聲屏障區段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖10可知，在全封閉聲屏障下，道床墊浮置式整體道床噪聲250 Hz頻段以下二次結構噪聲源SH0處噪聲比其他測點位置大，說明在全封閉聲屏障下道床墊浮置式整體道床的噪聲主要以結構噪聲為主，主頻率范圍為50～80 Hz和630～800 Hz。

圖9 全封閉聲屏障區段梯形軌枕噪聲1/3倍頻程頻譜

圖10 全封閉聲屏障區段道床墊浮置式整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖11給出了全封閉聲屏障區段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖11可知，在全封閉聲屏障下，普通整體道床噪聲400 Hz頻段以下二次結構噪聲源SH0處噪聲比其他測點位置大，說明在全封閉聲屏障下普通整體道床的噪聲主要以結構噪聲為主，主頻率范圍為50～63 Hz。

圖11 全封閉聲屏障區段普通整體道床噪聲1/3倍頻程頻譜

圖12給出了全封閉聲屏障情況下，3種軌道一次噪聲源S0處噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖12可知，列車通過時段一次噪聲源S0處噪聲全頻段A聲壓級，梯形軌枕相對普通整體道床增大1.4 dB，道床墊浮置式整體道床相對于普通整體道床增大1.0 dB。

圖12 全封閉聲屏障一次噪聲源S0處噪聲1/3倍頻程頻譜

圖13給出了全封閉聲屏障情況下，二次結構噪聲源SH0處噪聲1/3倍頻程頻譜，由圖13可知，梯形軌枕和道床墊浮置式整體道床能有效減小橋梁結構噪聲；二次結構噪聲源SH0處12.5～250 Hz頻段A聲壓級反映了橋梁結構噪聲，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床對于40～80 Hz頻段的橋梁結構噪聲有明顯的降低效果。

通過以上全封閉聲屏障不同軌道結構型式的噪聲分析，可見：

（1）全封閉聲屏障條件下，梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床和普通整體道床一次噪聲源S0處，以及SD0、SD1、SD2、SD3、SD4處的噪聲，由于聲屏障遮擋了大部分的輪軌噪聲，噪聲以橋梁結構噪聲為主，且主要集中在中心頻率20～100 Hz和630～800 Hz范圍內；

（2）二次結構噪聲源SH0處（主要結構噪聲）梯形軌枕相對于普通道床降噪效果為3.6 dB，道床墊浮置式整體道床相對于普通整體道床降噪效果為4.0 dB，可見梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床2種減振軌道在降低結構噪聲方面效果接近。梯形軌枕和道床墊浮置式整體道床對于40～250 Hz頻段的橋梁結構噪聲均有降低，且在40～80 Hz頻段有明顯的降低，這與梯形軌枕和道床墊浮置式整體道床的自振頻率有關（梯形軌枕自振頻率29 Hz，道床墊浮置式整體道床自振頻率19 Hz）。

圖13 全封閉聲屏障二次結構噪聲源SH0處噪聲1/3倍頻程頻譜

3 結論

列車通過時段，無聲屏障和全封閉聲屏障條件下，普通整體道床、梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床噪聲對比分析，得出以下結論：

（1）全封閉聲屏障對于一次噪聲源S0處全頻段降噪效果達15.1～19.4 dB；

（2）全封閉聲屏障對于200 Hz以上的噪聲有明顯的降噪效果，對于一次噪聲源S0處的降噪效果最明顯；而對于二次結構噪聲源SH0處，以及SD0、SD1、SD2、SD3、SD4處，由于受梁體的遮擋和高架橋上遮板的作用，聲屏障的降噪效果沒有一次噪聲源S0處明顯；

（3）聲屏障主要降低的是高頻噪聲，即輪軌噪聲；

（4）梯形軌枕、道床墊浮置式整體道床2種減振軌道主要降低的是低頻噪聲，即結構噪聲。將聲屏障和2種減振軌道有效的結合利用起來，可以在全頻段范圍內有效的降低城市軌道交通高架線噪聲。

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責任編輯 朱開明

Study on Measurement and Patterns of Propagation of Elevated Line Noise in Urban Rail Transit

Feng Dengyu, Geng Chuanzhi

The paper makes an introduction on the noise measurements and analysis on the 3 different elevated tracks of ladder type sleeper, roadbed fl oating slab track and typical type slab track works of phase 1 on the Ningbo Metro Line 1. The results show that when there is no sound barrier, the whole band frequency of 1～16000 Hz is at the level A at the location of 7.5 m from the center of the outer rail and 1.5 m away above the rail surface. Compared with the ordinary slab track, the noise of the ladder sleeper type is increased by 4.9 dB, and the noise of the track slab with roadbed fl oating is increased by 0.2 dB. When there is a sound barrier, at the location of 0.3 m below the bridge bottom, it is at the level A of the band frequent of 12.5～250 Hz. Compared with ordinary monolithic roadbed, the noise of the ladder sleeper is reduced by 3.6 dB. Compared with ordinary monolithic roadbed bed, the noise of the roadbed fl oating monolithic track is reduced by 4 dB. With the comparison of the same conditions of without sound barrier and with sound barrier, the noise control effect and noise reduction frequency by sound barriers are obtained.

elevated track, structure noise, propagation pattern, study

TB535

2015-07-30

馮登宇：同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院，碩士研究生，上海 201804