北京市軌道交通房山線聲屏障設計的聲學模擬

李建平,何金龍

(上海申華聲學裝備有限公司,上海 200070)

1 概述

城市軌道交通在給市民出行帶來便捷的同時,也給沿線居民帶來了諸多噪聲污染。軌道交通主要噪聲源可分為動力系統和輪軌系統兩大類,動力系統包括牽引裝置、空氣冷卻裝置等,輪軌系統中,除了輪軌之間的摩擦、撞擊產生的噪聲外,還有當列車行駛在高架結構上時激發的高架結構主、輔梁的振動輻射噪聲[1～2]。聲屏障作為一種簡單經濟的降低軌道交通噪聲的設施,被國內許多條軌道交通的建設者所采用。北京市軌道交通房山線高架線長約21 km,為了確保高架沿線居民較舒適的生活環境,北京市軌道交通建設管理有限公司決定在沿線敏感點設置聲屏障。

2 工程概況

房山線起于長虹路與蘇莊大街相交處,全長24.728 km,其中高架21.43 km,地下線2.978 km,沿線設11座車站,其中高架車站9座。高架線所經路段大部分位于城市建成區或規劃建設區,高架線還穿越市級地下文物埋藏區即長陽城地下文物埋藏區,沿線經過有醫院、幼兒園和多處居民區。地鐵的運行勢必給沿線的居民的日常生活、工作學習和休息造成一定的影響,為此需要采取直立式和半封閉式聲屏障進行治理。聲屏障布置如下：軍留莊噪聲敏感點左側XK10+030～XK11+140設置高4 m長1 110 m的直立式聲屏障。右側SK10+030～SK10+330以及SK10+670～SK11+120段設置總長750 m的半封閉型聲屏障；軍隊住宅噪聲敏感點右側XK12+600～XK12+920設置高4 m長320 m的直立式聲屏障；獨義村噪聲敏感點左側XK15+080～XK15+600設置高5 m長520 m的半封閉型聲屏障；高佃村噪聲敏感點兩側XK15+718～XK16+248設置高4 m長1 060 m的直立式聲屏障；北天堂村噪聲敏感點兩側XK19+660～XK20+060設置高4 m長800 m的直立式聲屏障；下柳子村噪聲敏感點兩側XK20+780～XK21+480設置高4 m長1 400 m的直立式聲屏障。

3 聲學模擬方法及設備介紹

在試圖預測戶外聲傳播時,由于通常涉及的幾何尺度大,相關的因素多,如：周圍地形地表、建筑物外形及位置、各種聲反射面的吸聲能力等,總體上是一個復雜的系統,單純使用公式或戶外聲傳播的簡單模型,無法計算中間復雜障礙物的影響,且無法針對面聲源(如車站)、線聲源(如列車運行)進行計算,很難有說服力和指導意義。

對于這樣的復雜情況,由于邊界條件的復雜,即使運用成熟的聲學嚴格建模分析方法(如邊界元、有限元等),也不可能完全預測準確。本次設計需要重點考慮的是工程精度,因此可采用幾何聲學方法進行計算分析。因為其中的成熟方法,如聲線追蹤法(Ray-tracing method)、虛源法(Image-source method)等,已在建筑聲學中應用了幾十年并被驗證為精度可靠,且目前正在逐步有效應用于如社區環境噪聲(Community and environmental noise)等大尺度的復雜開放空間中。Cadna3.7是一個結合聲線追蹤法、虛源法的大型通用計算平臺,目前在國際上應用很廣且享有盛譽,且已經被國家環保部認證[3]。本方案采用聲線追蹤法和虛源法來建立預測模型,計算措施實施前后的敏感點周圍區域的聲場分布,以預估各項聲屏障的降噪效果。

4 各敏感點仿真預測

4.1 軍留莊敏感點噪聲治理前后軟件仿真

軍留莊敏感點左側設置直立4 m、高1 110 m長的聲屏障,右側設置5 m、高750 m長半封閉聲屏障,設置聲屏障前的噪聲輻射情況如圖1所示。

圖1 聲屏障設置前的噪聲輻射云圖

如圖1所示：兩個軌道看做兩個線聲源,高架橋下的噪聲分布情況不予考慮,橋面對橋下聲壓級分布形成一道屏障作用。聲屏障的布置形式如圖2所示。

圖2 軍留莊聲屏障布設方式

左側為高4 m直立式聲屏障,右側為高5 m半封閉型聲屏障。中間為軌道。兩側設置聲屏障后的聲壓級空間分布情況如圖3所示。

圖3 聲屏障設置后的噪聲輻射云圖

聲屏障設置后兩側的聲壓級空間分布情況發生了明顯的變化,半封閉聲屏障一側相同空間位置的聲壓級要略低于直立聲屏障的一側,頂部的聲壓級變化情況不明顯。

4.2 軍隊住宅敏感點噪聲治理前后軟件仿真

軍隊住宅噪聲敏感點采用軌道右側設置4 m高、320 m長的直立式聲屏障,設置聲屏障前聲壓級分布情況與之前的仿真情況相同,在此不再贅述。聲屏障的布置形式如圖4所示。

圖4 軍隊住宅區聲屏障布設方式

設置聲屏障后的聲壓級空間分布情況如圖5所示。

圖5 聲屏障設置后的噪聲輻射云圖

設置聲屏障后,左側聲壓級分布情況不明顯,右側的聲屏障聲影區內的聲壓級空間分布情況發生了明顯變化,平均降低10 dB以上。

4.3 獨義村敏感點噪聲治理前后軟件仿真

獨義村噪聲敏感點采用軌道左側設置5 m高、520 m長的半封閉聲屏障,設置聲屏障前聲壓級分布情況與之前的仿真情況相同,在此不再贅述。

聲屏障的結構形式如圖6所示。

圖6 獨義村聲屏障布設方式

中間兩條為軌道,左側樹立的為半封閉型聲屏障。

設置聲屏障后的聲壓級空間分布情況如圖7所示。

圖7 聲屏障設置后的噪聲輻射云圖

左側聲屏障設置后聲壓級分布發生明顯變化,聲屏障頂部聲影區分成明顯的3部分,與理論相符。橋面以下部分聲壓級分布沒有明顯的變化。

4.4 高佃村、北天堂村和下柳子村敏感點噪聲治理前后軟件仿真

由于軌道交通穿越高佃村、北天堂村和下柳子村,因此需要在軌道交通兩側均設置高4 m的直立式聲屏障。長度分別為1 060、800 m和1400 m。聲屏障形式如圖8所示。

圖8 高佃村聲屏障布設方式

設置聲屏障后聲壓級的分布情況如圖9所示。

圖9 聲屏障設置后的噪聲輻射云圖

如圖9所示,頂部聲壓級沒有明顯變化,設置聲屏障后兩側聲壓級的變化情況趨于一致,聲影區大致分為3部分,平均降噪量在10 dB以上。橋面以下的聲壓級分布情況不予考慮。

5 結語

軌道交通噪聲治理是一項很復雜的工程,聲屏障的設計安裝應從技術、經濟以及未來的發展趨勢等多方面考慮[4]。房山線聲屏障工程的設計主要參照北京環境科學研究院提供的環評資料,通過對各敏感點安裝不同形式的聲屏障后進行噪聲模擬,能夠達到環境要求的標準。

參考文獻：

[1]董建昆.城市軌道交通聲屏障設計探討[J].噪聲與振動控制,2001(6)：33-37.

[2]劉寧寧，等.城市軌道交通噪聲控制中聲屏障設計的常見問題分析[J].噪聲與振動控制,2009(6)：249-251.

[3]紀雅芳，等.聲學預測軟件在聲環境影響評價中的應用[J].噪聲與振動控制,2009(6)：484-487.

[4]朱立鵬,馬申易.高架軌道交通聲屏障設計簡述[J].地下工程與隧道,2005(2)：14-16.