基于轨道降噪措施的城市轨道交通噪声治理研究

基于轨道降噪措施的城市轨道交通噪声治理研究

吕存习

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000

摘要：近年来，随着社会不断发展与进步，城市轻型快速轨道运输系统带来了许多经济和技术挑战，其中各种振动及噪声控制措施的优化与效果评估成为了大家关注的技术挑战热点。为此，国际研究机构提出了可以针对不同的情况采取不同的、有效的缓解措施的诸多技术方案。实际上，近年来数值模型的快速发展表明，有多种较为完善的方法可以有效地计算振动水平这一关键参数。

关键词：城市轨道交通；噪声分析；降噪；声屏障

引言

针对目前日趋严重的城市轨道交通产生的噪声污染问题，结合某一高架轻轨结构实例，首先对该高架轻轨线路的噪声进行了预测分析，然后根据该例实际情况设计出适合的声屏障降噪，并进行降噪分析.结果表明当列车以100km/h的速度驶过，对于距离20m处的一建筑物各层的瞬时噪声级都达到近90dB（A），并且与高架桥高度水平的层高处噪声级最高.当采用隔声式声屏障进行降噪后的噪声分析得到，底层的降噪效果最明显，随着建筑物高度的增加，降噪效果有所降低.

1列车通过噪声测试

1.1无降噪措施噪声测试分析

第一组测试:为未安装任何降噪措施并列车正常运行工况条件下，对无砟轨道系统进行完整的声学“初始状态”的测量，以掌握降噪措施实施之前无砟轨道系统的轨道噪声特性。测试采用标准ISO3095:声学－铁路应用－铁路车辆噪声测量，该标准中规定了除轨道维护车辆外的其他各类车辆在轨道上运行产生的噪声级和频谱的可重复性和可比性测量的条件。测试采用设备符合所有相关标准，为最先进的DB41级多通道噪声测量仪。测试期间，无雨无雪，风速低于1m/s，温度和湿度处于正常水平(分别为15°C和70%～80%)。按照上述测量标准对研究地段的轨道交通噪声进行布点测量，共布设两个测点:1#测点2个传感器放置在距离轨道中心线7.5m，高度为1.2m处;2#测点2个传感器放置在距离轨道中心线25m处，根据欧洲指南(2002/49/EC)的规定，评估对邻近的文教区声环境的影响，测点高度为4m。测试评价量为交通噪声(包括时间序列和1/3倍频带)，研究测试地段铁路为无砟轨道系统并且无任何降噪措施，测试时间内通过列车数量为10－15列，两个点分别为测试点1#临近铁路，测点2#位于学校门前。

1.2轨道吸声面板降噪测试分析

第二组测试:为安装轨道吸声板(措施1)后噪声测试。在轨道道床安装轨道吸声板长度约110m，对安装前和安装后进行环境噪声现场测试、分析。为了确保测试结果具相似性和可比性，采取安装轨道吸声板前后的测试点位和通过列车类型及数量边界条件相同，采用“有措施“和“无措施“条件下，相同的运行车辆进行对比测试，各测试点位(1#点为7.5m，2#点为25m)的测试结果如下。测试结果表明，采取措施1(安装轨道吸声板)后，1#号点(7.5m)和2#号点(25m)处，噪声级降低约(2.1±1.4)dB(A)和(3.0±1.8)dB(A)，测试点位置处的环境噪声衰减十分明显。

1.3安装声屏障措施降噪测试分析

第三组测试:为安装声屏障(措施2)噪声测试。在轨道旁安装混凝土吸声式声屏障，长约110m，高1.10～1.20m。声屏障设置于位于铁路轨道的边界，主要保护邻近铁路区域的文教区声环境功能，设置直立吸声式声屏障，内侧贴吸声板，背面设置防护围栏，然后进行第三组噪声测量。确保完全可比较的条件，对相同的接收位置和地铁车辆运行的噪声测试，并进行第二组和第三组测试结果的比较分析。测试结果表明，安装吸声式声屏障的降噪效果非常明显，各受声点的降噪量(第三组与第二组测试)分别约(5.8±2)dB(A)和(4.1±2.4)dB(A)。

1.4安装轨道减振器降噪测试分析

第四组测试:为安装轨道减振器(措施3)后噪声测试。如“轨道阻尼器”已于2014年9月底安装完成。轨道阻尼器是减少轨道交通噪声排放的替代措施。由于3dB(A)的降噪量对应于噪声贡献量减半，同时由于轨道阻尼器仅减少轨道本身的噪声辐射，这就意味着轨道本身产生的噪声贡献量为轨道交通噪声总量的一半以上。然而，一些研究表明，在大多数情况下，轨道产生的噪声对轨道交通噪声贡献量相当有限，而车轮辐射的噪声在轨道交通噪声中同等重要。第四组噪声测试与先前开展的噪声测试具相同的边界条件，并对第三组和第四组的测试结果进行比较分析。研究地段安装完成所有降噪措施1、2和3之后，相关的噪声衰减结果与初始状态相比较，在1#测点位置(距离轨道7.5m处的参考测量点)的综合降噪量约为(9.6±2.1)dB(A)。根据辐射的噪声(1/3倍频程)分析(见图3)，对于所有措施采取后，整体降噪量超过了项目最初制定的降噪目标值，即降噪性能≥6dB(A)目标。

2声屏障降噪措施

2．1声屏障的基本原理

声波在传播过程中，当遇到屏障时会因绕射作用而使后面的声影区（或称保护区）缩小，这种影响随频率而不同，它与声波波长和屏障尺度有关.

2.2声屏障形式的选择

（a）为普通的片式声屏障，这种声屏障采用最为广泛，但是对于略高的建筑物效果有限.（b）和（c）是在声屏障的上端挑出一个2～3m的大雨棚，这是一种半封闭式的声屏障，对于略高的建筑物的降噪效果颇佳.（d）是采用建筑物为声学遮挡进行降噪。

2.3声屏障降噪效果理论计算

声屏障降噪效果一般用插入损失来评价.插入损失就是在保持噪声源、地形、地面和气候条件不变的情况下，安装声屏障前后在接受点处测得的声压级之差.声屏障的噪声降低计算公式为：L=△L绕-△L透-△L反-max（△LG，△LS），（3）式中：△L绕—绕射声衰减；△L透—透射降低量；△L反—反射降低量；△LG—地面吸声声衰减量；△LS—声源和接受点之间其他障碍物产生的声衰减量.在实际建造声屏障时，若绕射损失与透射损失之差在10dB以上，可忽略△L透；对吸声屏障，若吸声结构的噪声降低系数NRC＞0．5，则△L反≤1dB，也可省去△L反；当接受点离声源距离近且为软地面时，△LG可省去；若声源与接受点之间其它障碍物在设置声屏障前后保持不变，则△LS可略去.因此，声屏障插入损失L主要取决于屏障的绕射衰减量△L绕.所以主要计算声波绕射声屏障的衰减值.

结语

当采用隔声式声屏障进行降噪时，由噪声分析得到，底层的降噪效果最明显，随着建筑物高度的增加，降噪效果有所降低.如果采用有吸声材料的吸声式声屏障，降噪量还会有所增加.为进一步降低噪声影响，除了在沿线各噪声敏感路段两侧的高架桥上设置声屏障外，还可以同时采用其他的方法进行降噪.例如，定期对钢轨进行打磨，对轮轨踏面经常涂润滑剂，保持钢轨的平滑，采用长钢轨，减少钢轨接头，降低轮轨间的冲击力，采用整体道床，重型钢轨，使用弹性车轮，弹性扣件等，这些措施对于降低噪声都有一定的效果.

参考文献

［1］Anastasopoulos，I．，A．V．降低城市铁路道岔噪声和振动的先进理念的数值模拟和实验评价［J］．交通运输工程学报，2009，135，279－287．

［2］俞悟周．高架道路声屏障的降噪效果［J］.环境工程学报，2008，2（6）：844－847.

［3］张英，周敬宣，夏锴，等．声屏障吸声作用对绕射降噪量贡献的分析［J］．噪声与振动控制，2007，27（3）：100－102