地鐵車內(nèi)及站臺(tái)振動(dòng)噪聲測(cè)試分析

遲義浩 張智海 王宏閣 肖 宏

（1.北京交通大學(xué)軌道工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100044；2.北京交通大學(xué)土木工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 北京 100044）

1 引言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及我國城市化發(fā)展不斷提速，城市內(nèi)的交通運(yùn)輸壓力正日益增加，成為人們普遍關(guān)心的問題。而地鐵具有載客量大、快捷準(zhǔn)時(shí)、舒適安全等諸多優(yōu)勢(shì)，已成為很多大中城市最為重要的交通方式。

北京地鐵1號(hào)線于1971年1月15日正式開通運(yùn)營(yíng)，北京成為中國第一個(gè)開通地鐵的城市。此后，地鐵建設(shè)快速發(fā)展，截至2019年12月，北京市軌道交通路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)線路達(dá)23條，總里程699.3 km，車站405座（包括換乘站62座）；全國共有40個(gè)城市開通軌道交通，運(yùn)營(yíng)線路208條，線路總長(zhǎng)6 736.2 km。

隨著人們生活水平的不斷提高，乘客對(duì)地鐵的運(yùn)行環(huán)境及乘坐舒適性提出了更高要求。伴隨地鐵的運(yùn)營(yíng)與發(fā)展帶來的弊端——振動(dòng)和噪聲污染也給人們的生活環(huán)境造成了一定的負(fù)面影響。地鐵振動(dòng)噪聲已被列為七大環(huán)境公害之一，國內(nèi)上海、北京等地先后出現(xiàn)過因市民投訴地鐵振動(dòng)和噪聲較大而在開通運(yùn)營(yíng)后進(jìn)行振動(dòng)和噪聲治理、列車限速的情況。

國內(nèi)外專家學(xué)者利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析和仿真建模等方法對(duì)地鐵振動(dòng)和噪聲進(jìn)行了大量的研究。劉存真［1］等人采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法，研究了不同軌道結(jié)構(gòu)對(duì)地鐵車內(nèi)噪聲的影響，為減振降噪提供了參考。王劍明［2］通過研究在地鐵車站鉆爆開挖中的振動(dòng)情況，分析了爆破振動(dòng)效應(yīng)與振動(dòng)強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間的相關(guān)性，對(duì)類似項(xiàng)目有一定的參考價(jià)值。高攀［3］選取海淀黃莊站進(jìn)行站臺(tái)噪聲仿真預(yù)測(cè)，從屏蔽門隔聲角度提出了對(duì)站臺(tái)層聲環(huán)境優(yōu)化的建議。王仁慶、肖飛、解建坤［4］等針對(duì)地鐵列車車體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行部件隔聲測(cè)試與優(yōu)化，并通過車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)，得出了地鐵隔聲量的提高對(duì)動(dòng)態(tài)車內(nèi)噪聲降低有積極作用的結(jié)論。陳俊豪［5］等通過分別測(cè)試不同速度下地鐵車內(nèi)噪聲，使用等效A聲級(jí)分析車內(nèi)噪聲特性，得出站高1.5 m處的噪聲小于坐高1.2 m處噪聲的結(jié)論，為得到地鐵車內(nèi)噪聲分布規(guī)律提供了有力參考。黃興虎［6］等通過對(duì)比不同道床結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的車內(nèi)噪聲的差異性，研究了車內(nèi)噪聲與道床類型之間的關(guān)系。許孝堂、金學(xué)松［7］等人針對(duì)地鐵車內(nèi)噪聲超標(biāo)問題，從車輛、輪軌兩個(gè)方面展開研究，提出車內(nèi)噪聲主要與透射噪聲和結(jié)構(gòu)傳聲這兩個(gè)因素有關(guān)。劉茜［8］等研究了地鐵高架和地下站臺(tái)噪聲的規(guī)律和特點(diǎn)，明確了站臺(tái)最大噪聲值在列車出站時(shí)，位于站臺(tái)列車車頭停止位置。李吉［9］等對(duì)大連地鐵2號(hào)線進(jìn)行調(diào)查與測(cè)試分析，找出了引起噪聲過高的主要因素，即輪軌的沖擊與摩擦都是主要聲源，控制聲源是降噪的最佳方法。Robyn R.M.Gershon［10］等通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：只要有足夠的暴露時(shí)間，地鐵車站環(huán)境中的噪聲水平就有可能超過世界衛(wèi)生組織（WHO）推薦的暴露準(zhǔn)則。在可行的情況下，應(yīng)采用遵循標(biāo)準(zhǔn)控制措施等級(jí)的降低風(fēng)險(xiǎn)策略，以減少地鐵噪聲的暴露。Shah Ravi R［11］等對(duì)短暫暴露于地鐵噪聲中的車站通勤人員進(jìn)行分析研究，通過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，短暫暴露于地鐵噪聲中，無論是否有噪聲保護(hù)措施都不會(huì)導(dǎo)致聽力下降。譚淑英［12］等人考察了乘客流量、車站公共廣播等因素對(duì)廣州地鐵一、二號(hào)線的車站環(huán)境噪聲和列車車廂內(nèi)部噪聲的影響，探討了車站環(huán)境噪聲的日變化趨勢(shì)。

但目前我國對(duì)地鐵振動(dòng)和噪聲的大小、規(guī)律的統(tǒng)計(jì)，由于地鐵沿線住戶投訴的原因，主要關(guān)注于住戶家里及振源的測(cè)試研究，對(duì)站臺(tái)不同位置處振動(dòng)和噪聲的變化規(guī)律鮮有報(bào)道。本文為探究上述問題，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，對(duì)某地鐵站臺(tái)以及車廂內(nèi)的振動(dòng)和噪聲水平開展系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與分析，揭示車內(nèi)和站臺(tái)振動(dòng)噪聲分布情況，為后續(xù)地鐵線路建設(shè)以及振動(dòng)和噪聲控制提供一定參考。

2 工程概況及監(jiān)測(cè)方法

2.1 背景調(diào)查

測(cè)試地段地鐵線路位于地下，站臺(tái)形式為島式站臺(tái)，站臺(tái)寬度14 m。列車為B型車6節(jié)編組，采用第三軌供電，長(zhǎng) ×寬 ×高為（19×2.8×3.8）m。軌道結(jié)構(gòu)為短枕式整體道床結(jié)構(gòu)，線路正線運(yùn)行速度約為70 km／h，最小發(fā)車間隔為2 min。

2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法

（1）車廂內(nèi)振動(dòng)噪聲測(cè)量

根據(jù)規(guī)范《城市軌道交通列車噪聲限值和測(cè)量方法》（GB 14892—2006）的要求，分別在車門和轉(zhuǎn)向架位置上的車廂中部設(shè)置測(cè)點(diǎn)，且位于軸向中心線地面以上1.5 m處，自各站之間列車啟動(dòng)至停止進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。

（2）站臺(tái)上振動(dòng)噪聲測(cè)量

根據(jù)規(guī)范《城市軌道交通車站站臺(tái)聲學(xué)要求和測(cè)量方法》（GB 14227—2006）的要求，在距離車門橫向距離50、130、300 cm等位置處設(shè)置測(cè)點(diǎn)，自列車即將到站至出站進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，采用等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq評(píng)價(jià)車站列車進(jìn)、出站過程的站臺(tái)噪聲。監(jiān)測(cè)前用校準(zhǔn)器將聲級(jí)計(jì)校準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)聲級(jí)。

3 試驗(yàn)研究

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)規(guī)范《城市軌道交通列車噪聲限值和測(cè)量方法》（GB 14892—2006）的要求，在車內(nèi)車廂中部和轉(zhuǎn)向架位置布置兩個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)和噪聲測(cè)點(diǎn)，在車外車門中軸線上距車門橫向距離50、130、300 cm，及橫向130 cm、縱向100 cm等四個(gè)位置處布置四個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn)，距離地面高度1.5 m。測(cè)點(diǎn)布置見圖1、圖2，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)見圖3。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置立面（單位：mm）

圖2 測(cè)點(diǎn)布置平面（單位：mm）

圖3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 車內(nèi)振動(dòng)分析

列車運(yùn)行過程中所測(cè)試的車內(nèi)振動(dòng)時(shí)域圖見圖4。

圖4 列車運(yùn)行過程中的時(shí)域

共測(cè)試20次車輛運(yùn)行的振動(dòng)加速度量值，取平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 車體振動(dòng)加速度

由表1可知：列車運(yùn)行過程中，車內(nèi)振動(dòng)總量值均大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值0.2 g，因此，乘客的舒適性評(píng)價(jià)屬極不舒適狀態(tài)。根據(jù)《北京地鐵工務(wù)維修規(guī)則》，列車處于Ⅳ級(jí)狀態(tài)。通過對(duì)比轉(zhuǎn)向架位置和車廂中部位置的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)向架位置普遍高于車廂中部位置。

3.2.2 車內(nèi)噪聲分析

為了解列車運(yùn)行時(shí)車內(nèi)噪聲頻譜特性，對(duì)其進(jìn)行1／3倍頻程分析，繪制頻譜特性曲線見圖5。

圖5 車內(nèi)噪聲曲線

由圖5可看出：車內(nèi)噪聲頻帶主要集中在1～31.5 Hz、500 ～800 Hz以及1024 Hz處，轉(zhuǎn)向架位置噪聲大于車廂中部位置噪聲，車內(nèi)噪聲主要以中低頻成分為主。對(duì)其進(jìn)行等效A聲級(jí)分析可知，該區(qū)段上行方向車內(nèi)轉(zhuǎn)向架上方最大噪聲為89.76 dB，超出限值6.76 dB，車廂中部客室內(nèi)最大噪聲為88.47 dB，超出限值5.47 dB；該區(qū)段下行方向車內(nèi)轉(zhuǎn)向架上方最大噪聲為93.71 dB，超出限值10.71 dB，車廂中部客室內(nèi)最大噪聲為91.95 dB，超出限值8.95 dB。通過對(duì)比轉(zhuǎn)向架位置和車廂中部位置的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)向架位置普遍高于車廂中部位置。

3.2.3 站臺(tái)噪聲分析

設(shè)計(jì)三種不同測(cè)試方案。方案一：三個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn)均朝向車門，距離車門距離見圖6；方案二：1個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn)平行車輛運(yùn)行方向，其余不變；方案三：3個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn)均朝向車門，距離有所改變。通過測(cè)量列車進(jìn)出站過程的站臺(tái)噪聲，采用等效A聲級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)量結(jié)果見圖7。

圖6 測(cè)試方案

圖7 列車進(jìn)出站過程中測(cè)得的站臺(tái)噪聲

由圖7可知：列車進(jìn)出站過程中距車門中心橫向距離50 cm處，站臺(tái)噪聲平均為75.75 dB，橫向距離130 cm處為75.12 dB，橫向距離300 cm處為74.85 dB，均小于80 dB，未超出限值。雖未超限，但建議孕婦、幼兒等特殊人群距離車門更遠(yuǎn)一些。方案一和方案二的“測(cè)點(diǎn)1”處噪聲相差不大，且未超出限值，說明噪聲大小與方向無關(guān)。

4 結(jié)論

（1）列車運(yùn)行過程中，車內(nèi)振動(dòng)總量值均大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值0.2 g，因此，乘客的舒適性評(píng)價(jià)屬于極不舒適狀態(tài)。根據(jù)《北京地鐵工務(wù)維修規(guī)則》，列車處于Ⅳ級(jí)狀態(tài)。通過對(duì)比轉(zhuǎn)向架位置和車廂中部位置的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)向架位置普遍高于車廂中部位置。

（2）車內(nèi)噪聲頻帶主要集中在1～31.5 Hz、500～800 Hz以及1 024 Hz處，轉(zhuǎn)向架位置噪聲大于車廂中部位置噪聲，車內(nèi)噪聲主要以中低頻成分為主。對(duì)其進(jìn)行等效A聲級(jí)分析可知，該區(qū)段上行方向車內(nèi)轉(zhuǎn)向架上方最大噪聲為89.76 dB，超出限值6.76 dB，車廂中部客室內(nèi)最大噪聲為88.47 dB，超出限值5.47 dB；該區(qū)段下行方向車內(nèi)轉(zhuǎn)向架上方最大噪聲為93.71 dB，超出限值10.71 dB，車廂中部客室內(nèi)最大噪聲為91.95 dB，超出限值8.95 dB。通過對(duì)比轉(zhuǎn)向架位置和車廂中部位置的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)向架位置普遍高于車廂中部位置。

（3）列車進(jìn)出站過程中距車門中心橫向距離50 cm處，站臺(tái)噪聲平均為75.75 dB，橫向距離130 cm處為75.12 dB，橫向距離300 cm處為74.85 dB，均小于80 dB，未超出限值，且站臺(tái)噪聲大小與測(cè)試方向無關(guān)。