某軌道交通聲屏障工程深化設計方案

沈彬

（上海申華聲學裝備有限公司，上海市 200070）

0 引 言

城市軌道交通的蓬勃發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行時產生的噪聲對沿線小區的影響。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，以聲環境現狀為標準，結合實際情況提出以聲屏障為主的噪聲治理方案，使地鐵運行后的環境噪聲基本維持現狀水平。相關方法和經驗的總結可以為類似軌道交通聲屏障工程深化設計提供參考[1，2]。

1 項目概況

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的聲環境質量或滿足聲環境質量的標準要求，在線路兩側存在敏感建筑物地段采取了設置聲屏障的降噪措施。

敏感點分布及聲環境現狀見表1。

2 設計原則及標準

（1）噪聲治理原則

現狀環境噪聲達標的采取措施后預測超標的敏感點經治理后噪聲達標。現狀環境噪聲已經超標的預測環境噪聲又有增量的敏感點，采取有效的噪聲治理措施，降低新增噪聲源的貢獻量，使環境噪聲基本維持現狀水平。

（2）景觀設計原則

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合。

（3）噪聲標準

聲環境影響評價執行標準見上表“噪聲敏感點分布以及聲環境現狀”，2類為60/50 dBA，4a類為70/55 dBA。

3 聲屏障計算

3.1 隔聲原理

3.1.1 封閉式隔聲降噪結構

（1）單層勻質構件隔聲量計算

考慮構件的勁度、吻合效應、阻尼和邊界條件的影響，隔聲量計算的經驗公式為：

（2）雙層構件隔聲量計算

雙層板構造的隔聲量計算經驗公式為：

式中：△R為空氣層附加隔聲量。

（3）頻率f0、fc對隔聲量的影響

無論是單層結構還是雙層結構，其隔聲特性受到共振和吻合效應的影響，通過設計，盡量使隔聲所要求的頻率避開共振頻率f0和吻合效應頻率fc。

表1 敏感點分布及聲環境現狀

3.1.2 吸隔聲屏障

空氣中傳播的聲波遇到屏障時，就會產生反射、透射和繞射現象。一部分越過屏障頂端繞射到達受聲點；一部分穿透屏障到達受聲點，一部分在屏障壁面產生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發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聲的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產生繞射現象，而在屏障背后形成“聲影區”。我們所期待的聲屏障的減噪效果就在“聲影區”的范圍內。與光影區相比較，由于聲波波長比光波波長大的多，因此，這種“聲影區”的邊界并不明顯，經過屏障邊緣之外，聲源發出來的聲波可以直接到達的范圍，叫做“亮區”。從亮區到聲影區之間還有一小段“過渡區”。位于“聲影區”內的噪聲級低于未設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、點聲源的繞射聲衰減為：

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

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N，即取決于聲源和受聲點之間的聲程差，聲程差A+B-d越大，λ聲波波長越小（頻率越高）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算示意圖

3.2 吸聲原理及措施

噪聲源設備周圍設置了隔聲圍護降噪結構的內側壁面上做必要的吸聲處理，不但有效加強隔聲圍護結構的隔聲量，而且可降低室內的混響聲達5～8 dB（A），同時改善操作人員的操作環境，起到一定的勞動保護作用。

房間內做吸聲處理后的最大吸聲降噪量一般參照下式計算

房間內做吸聲處理后的平均吸聲降噪量一般參照下式計算

4 設計方案

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

聲屏障立柱標準間距為2 m立柱通過與預埋螺栓連接方式固定于橋梁護欄板上。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、排煙要求。

（2）U型槽全封閉聲屏障

聲屏障立柱標準間距為2 m立柱通過與預埋螺栓連接方式固定于橋梁護欄板上。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、排煙要求。

4.2 聲屏障設置方案

近期需要實施的聲屏障方案見下表，聲屏障長度以里程差計算。其中K28+550～NK28+655設置在一期工程橋梁上，部分U型槽全封閉聲屏障根據運營安全要求設置，非聲學用途，見表2、表3。

表2 近期沿線聲屏障實施方案

5 聲屏障效果模擬

5.1 模擬方法

預測采用德國Datakustik公司的Cadna/A環境噪聲預測評價模擬軟件系統。該軟件主要依據ISO9613、RLS-90、Schall 03等德國、國際相關標準，并采用專業領域內認可的方法進行修正，計算精度通過德國國家環保局及德國公路、公路運輸等部門檢測；該軟件計算在德國公路、鐵路運輸等部門應用得到好評。2000年通過我國國家環保總局環境工程評估中心評審認證。

5.2 模擬思路

根據聲屏障工藝設計，選取3個典型屏障進行效果分析。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的預測結果，敏感目標處的屏障效果為：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《環評報告》措施與施工圖聲屏障措施對照表

表4 預測值與屏障效果匯總表

清水浦村營運中期等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖3，清水浦村營運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 清水浦村營運中期等聲級線圖晝間1.5 m高度

圖4 清水浦村營運中期單線橋全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度

結論：清水浦村敏感點經過噪聲治理后，晝間滿足2類區和4a類區要求。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）。

清水浦村營運中期等聲級線圖夜間1.5 m高度見圖5，清水浦村營運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 清水浦村營運中期等聲級線圖夜間1.5 m高度

圖6 清水浦村營運中期單線橋全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度

結論：清水浦村敏感點經過噪聲治理后，夜間滿足2類區和4a類區要求，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）。

臨江小區營運中期等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖7，臨江小區營運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。

結論：臨江小區敏感點經過噪聲治理后，晝間滿足2類區要求，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 臨江小區營運中期等聲級線圖晝間1.5 m高度

圖8 臨江小區營運中期雙線橋全封閉聲屏障等聲級線圖晝間1.5 m高度

臨江小區營運中期等聲級線圖夜間間1.5 m高度見圖9，圖10臨江小區營運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 臨江小區營運中期等聲級線圖夜間間1.5 m高度

圖10 臨江小區營運中期雙線橋全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度

結論：臨江小區敏感點經過噪聲治理后，夜間滿足2類區要求，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）。

虹橋村營運中期等聲級線圖晝間1.5 m高度見圖11，虹橋村營運中期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 虹橋村營運中期等聲級線圖晝間1.5 m高度

結論：虹橋村敏感點經過噪聲治理后，晝間滿足2類區和4a類區要求，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

虹橋村營運中期等聲級線圖夜間1.5 m高度見圖13，虹橋村營運中期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 虹橋村營運中期等聲級線圖夜間1.5 m高度

圖14 虹橋村營運中期U型槽全封閉聲屏障等聲級線圖夜間1.5 m高度

結論：虹橋村敏感點經過噪聲治理后，夜間滿足2類區和4a類區要求，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）。

結論根據聲學計算及聲學模擬，本項目的設計方案完全符合環評要求。

6 結 語

聲屏障對輪軌噪聲有明顯的阻隔降噪作用，但無法降低二次結構聲，軌道運營后列車通過時，敏感點將受到較大的二次結構聲影響。因此，軌道交通項目整體降噪方案不僅要實施聲屏障降噪措施，還要對地鐵軌道做進一步的減振優化措施，如減振扣件、浮置板道床等等。