軌道交通高架線聲屏障降噪效果模擬研究

鄭聰

（廣州地鐵設計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之間的聲學障板[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價，插入損失是安裝聲屏障前后在某特定位置上的聲壓級之差。

軌道交通高架線噪聲測量費時費力，獲取的數據量少，且新建項目在聲屏障安裝前不具備測量條件，只能在安裝后測量，因此難以計算出聲屏障真實的插入損失，無法客觀評價聲屏障的效果。數值模擬具有可操作性強、可重復性高、表達直觀、數據量大、分析方便等優點，本研究采用SoundPLAN 軟件對聲屏障及其附加降噪措施的效果進行模擬研究。

2 聲屏障降噪效果

2.1 軟件介紹

SoundPLAN 軟件的建模、計算及評估基于ISO 標準和我國相關標準，包括《環境影響評價技術導則 聲環境》（HJ2.4-2009）。SoundPLAN 將實際的生活環境轉化成抽象的數學模型，預測結果直觀可靠，是我國聲環境影響評價常用的工具軟件。

2.2 模擬工況

選取6 節編組車輛，最高運營速度80km/h，列車源強采用廣州地鐵四號線實測數據進行對比校正。

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律和降噪效果，不考慮行車對數影響，以列車通過時段等效連續A 聲級作為評價標準。以道床面標高為基準，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 種形式進行模擬分析。

2.3 模擬結果

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

圖1 無聲屏障聲場分布圖

圖2 2m 弧形聲屏障聲場分布圖

圖3 3.5m 直立聲屏障聲場分布圖

圖4 全封閉聲屏障聲場分布圖

從圖1 可以看出，未采取聲屏障措施時，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，在橋梁兩側形成了聲影區，聲影區內噪聲受到削弱，且聲屏障高度越高，聲影區范圍越大，對噪聲的削減越明顯；尤其是全封閉聲屏障，噪聲在橋梁上部區域形成了一個廊道，在較小范圍內集中向上部區域傳播，對兩側的影響很小。

對距離軌道中心線30m 的一棟30 層建筑物聲環境進行評價，提取垂直方向各方案列車經過時段的聲壓級，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

從圖5 可以看出，2m 直立聲屏障對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3 B（A）以上。

綜上所述，聲屏障措施對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；對于高層（10 層以上）住宅，可適當增加聲屏障高度或采用全封閉聲屏障。

3 疏散平臺下吸聲板降噪效果

軌道交通高架線通常在雙線橋線路中間設置疏散平臺，利用疏散平臺下的空間設置吸聲板，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合設置，在廣州地鐵14、21 號線得到應用。

在3.5m 直立聲屏障基礎上對比設置疏散平臺下吸聲板后的效果，距軌道中心線30m 列車經過時段的聲壓級如圖6 所示。可以看出，設置疏散平臺下吸聲板后降噪效果有一定加強，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，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，需協調好與車輛和軌道的關系。目前軌邊吸聲板在香港馬鞍山線有所應用。

在3.5m 直立聲屏障基礎上對比設置軌邊吸聲板后的效果，距離軌道中心線30m 列車經過時段的聲壓級如圖7 所示。

圖7 軌邊吸聲板降噪效果

可以看出設置軌邊吸聲板后降噪效果有所加強，但不同樓層差異較大。1～9 層附加降噪量較小，約0.5dB（A），這是因為直立式聲屏障對低樓層已經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，達到1～3dB（A）；對于更高樓層，軌邊吸聲板聲影區范圍已無法覆蓋，幾乎起不到作用。

5 結束語

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，可通過加大聲屏障的弧度來增大聲影區面積，提高降噪效果。封閉式聲屏障降噪效果明顯優于直立式，線路兩側有高層建筑時，應優先設置封閉式聲屏障。

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