寧波軌道交通高架線綜合降噪效果測試與分析

許永富 尹鐵鋒 馮立力 王東方 董子博

(1. 寧波市軌道交通集團有限公司 浙江寧波 315010； 2. 北京交通大學土木建筑工程學院 北京 100044)

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寧波軌道交通高架線綜合降噪效果測試與分析

許永富1尹鐵鋒1馮立力2王東方1董子博1

(1. 寧波市軌道交通集團有限公司 浙江寧波 315010； 2. 北京交通大學土木建筑工程學院 北京 100044)

寧波軌道交通1號線一期工程高架線開展了無聲屏障、全封閉聲屏障、全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下的噪聲對比測試試驗。在各測量斷面處布置7個噪聲測點，并得到12.5～20 000 Hz頻段的噪聲聲壓級與頻譜曲線，分析各工況下噪聲頻譜特性與降噪效果。結果表明：僅采用全封閉聲屏時，噪聲源強處降噪效果最佳，且降噪效果隨水平距離的增大呈衰減趨勢；在全封閉聲屏障的基礎上采用梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床后各測點(測點1除外)處降噪效果進一步增大，減振軌道確保了全封閉聲屏障的降噪效果；減振軌道能有效減小橋梁結構噪聲，但同時也增大了輪軌噪聲；全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床的降噪效果優于全封閉聲屏障+梯形軌枕。

軌道交通；聲屏障；梯形軌枕；道床墊浮置式整體道床；降噪效果

城市軌道交通是一種有效解決城市擁堵的主要交通方式，在未來幾十年具有大力發展的趨勢。高架線因建設成本低、建設速度快、運營成本低、節能降耗等優點在我國軌道交通中得到大量的應用，但高架線噪聲問題也嚴重困擾著人們[1]。

目前針對城市軌道交通高架線噪聲問題已有大量研究[2-7]，研究和實踐也表明采用聲屏障能降低高架線噪聲問題。為保障聲屏障的降噪效果，高架線路往往同時設置軌道減振措施[8]，筆者選取寧波軌道交通1號線一期工程高架線開展了無聲屏障、全封閉聲屏障、全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床4種工況下的噪聲對比測試試驗，得到了各工況下噪聲頻譜特性，分析了各工況下噪聲降噪效果。

1 噪聲測試試驗

1.1 試驗儀器

試驗所用儀器包括聲級計、監測箱、無線傳輸模塊等，如表1所示，其中聲級計頻率采集范圍為12.5～20 000 Hz。

表1 噪聲測試試驗主要儀器

1.2 試驗概況

選取寧波軌道交通1號線一期工程高架線開展噪聲測試試驗,試驗對4種工況進行對比測試。

全封閉聲屏障由下到上依次為波浪形金屬吸聲板(寬1 000 mm)、聚甲基丙烯酸甲酯板(寬1 500 mm)、波浪形金屬吸聲板(寬2 000 mm)、聚碳酸酯板。全封閉聲屏障如圖1所示。

圖1 全封閉聲屏障

梯形軌枕由兩片預制預應力混凝土縱梁通過鋼管連接組成框架式軌道板，單邊縱梁寬580 mm，高165 mm，長度為5 800 mm，每延米梯形軌枕質量約0.479 t；道床墊浮置式整體道床分浮置板、道床墊和底座3層，底座高110 mm，底座和浮置板之間設置30 mm厚減振墊，道床板寬約2 415 mm，軌下截面處厚度約為268 mm，道床板長5 850 mm，每延米道床墊浮置式整體道床質量約1.618 t。3種軌道結構如圖2所示。

圖2 減振軌道結構

列車為實際運營的地鐵B型車，6輛編組，轉向架中心距為12.6 m，轉向架軸距為2.3 m，帶司機室拖車長19.65 m，動車長19 m，寬2.892 m，運行速度約60 km/h，測試期間測試區段列車接近于空車。

試驗共4個斷面，均為直線段WJ-2A扣件、無縫鋼軌、30 m簡支箱梁，其他如表2所示。各斷面場地條件、梁柱類型和尺寸等基本條件一致[9]，每個斷面共7個測點，測點位置如表3所示。

表2 噪聲測試試驗斷面基本情況

表3 測點位置 m

注：1) 測點1代表噪聲源強[10];2) 有全封閉聲屏障時，測點2代表橋梁結構噪聲[11-12];3) 全封閉聲屏障+梯形軌枕工況因現場條件無測點7測試數據。

為減小背景噪聲的影響，試驗主要選取18:00-21:00的10趟列車通過時段噪聲能量平均值作為噪聲分析依據。

2 測試結果及分析

2.1 背景噪聲

背景噪聲按地鐵列車實際運行速度進行晝間16 h等效A聲級和夜間運營時段2 h的等效A聲級測量，高架段各測點處背景噪聲如圖3所示。

圖3 4種工況下各測點處背景噪聲

由圖3可知，無聲屏障工況下各測點處背景噪聲晝間為52.7～61.3 dB(A)，夜間運營時段為49.3～58.8 dB(A)；全封閉聲屏障工況下各測點處背景噪聲晝間為53.1～59.9 dB(A)，夜間運營時段為43.9～56.4 dB(A)；全封閉聲屏障+梯形軌枕工況下各測點處背景噪聲晝間為59.9～63.1 dB(A)，夜間運營時段為50.9～58.2 dB(A)；全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下各測點處背景噪聲晝間為51.5～61.2 dB(A)，夜間運營時段為49.9～59.3 dB(A)。

2.2 等效A聲級

各工況下測點1～7處噪聲等效A聲級如圖4所示。由圖可知，無聲屏障工況下測點1處噪聲(噪聲源強)最大，達83.6 dB(A)，隨水平距離的增大，噪聲逐漸減小；全封閉聲屏障工況下測點1～6處噪聲均減小，全封閉聲屏障具有一定降噪效果，但隨水平距離逐漸增大，降噪效果逐步降低；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下測點2～7處噪聲進一步減小，但測點1處噪聲較全封閉聲屏障工況增大，這是因為減振措施在減小橋梁結構噪聲的同時增大了輪軌噪聲。

圖4 各工況下各測點處噪聲

2.3 頻譜特性

各工況下測點1～7處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級等效A聲級如圖5～11所示。由圖可知，全封閉聲屏障工況下各測點在部分頻段聲壓級大大高于無聲屏障工況(主要體現在50～80Hz)，這主要是由于聲屏障的二次噪聲引起，而全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況，由于減振軌道減小了固定在橋梁上的聲屏障振動，從而減小了聲屏障的二次噪聲。6、7號測點由于距離公路近，背景噪聲主要受地面交通和社會生活噪聲的影響，對高頻段聲壓級有一定影響。

1) 圖5為測點1處噪聲頻譜圖，無聲屏障工況下曲線表明，高架線噪聲源強處噪聲(主要為輪軌噪聲)主頻為630～800 Hz；全封閉聲屏障工況下63～16 000 Hz頻段聲壓級明顯減小，40～63 Hz頻段聲壓級有所增大；采用全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床后，40～63 Hz頻段聲壓級有一定減小，但630～800 Hz頻段聲壓級增大。表明聲屏障對中高頻噪聲有較好的降噪效果，對低頻噪聲無效果，減振軌道能在一定程度上降低低頻噪聲，但卻增大了輪軌噪聲。

圖5 測點1處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

2) 圖6為測點2處噪聲頻譜圖，曲線表明，各工況下測點2處噪聲含有較多成分的低頻噪聲(主要為橋梁結構噪聲)；全封閉聲屏障工況下，除50～63 Hz外所有頻段聲壓級均減小，而50～63 Hz頻段聲壓級的增大是由聲屏障二次噪聲引起；采用全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床后，50～630 Hz頻段聲壓級進一步減小，表明減振軌道在一定程度上保證了聲屏障的降噪效果。

圖6 測點2處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

3) 圖7為測點3處噪聲頻譜圖，曲線表明各工況下測點3處噪聲中低頻噪聲占較大比例；全封閉聲屏障工況下80～1 000 Hz頻段聲壓級明顯減小，而31.5～63 Hz頻段聲壓級有較明顯增大；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，80～1 000 Hz頻段聲壓級進一步減小且31.5～63 Hz頻段聲壓級也有效減小。

圖7 測點3處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

4) 圖8為測點4處噪聲頻譜圖，曲線表明，全封閉聲屏障工況下630～800 Hz頻段聲壓級有一定減小，而40～63 Hz頻段聲壓級有較明顯增大；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，40～500 Hz頻段聲壓級有明顯減小。

圖8 測點4處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

5) 圖9為測點5處噪聲頻譜圖，曲線表明，全封閉聲屏障對1 600 Hz以上的高頻段聲壓級有較明顯的衰減，而對1 600 Hz以下中低頻頻段聲壓級無效果；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，對40～500 Hz頻段聲壓級有明顯衰減，再一次表明，減振軌道保證了聲屏障的降噪效果。

圖9 測點5處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

6) 圖10為測點6處噪聲頻譜圖，曲線表明，測點6處噪聲的中心頻率為40～63 Hz和630～800 Hz，因為測點6距離橋梁較遠，受橋梁和輪軌噪聲共同影響；全封閉聲屏障工況下，630～800 Hz及以上頻段有一定的衰減作用，但效果并不明顯，40～63 Hz頻段聲壓級有較明顯的增大，經過A計權后，綜合表現為噪聲等效A聲級的減小；全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，對40～500 Hz頻段聲壓級有明顯衰減，聲屏障與減振軌道的綜合降噪效果優于單純聲屏障降噪效果。

圖10 測點6處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

7) 圖11為測點7處噪聲頻譜圖，測點7處噪聲的中心頻率也為40～63 Hz和630～800 Hz，測點7同樣受橋梁和輪軌噪聲共同影響；全封閉聲屏障工況下幾乎全頻段聲壓級均增大；全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下40～500 Hz頻段聲壓級較全封閉聲屏障工況有了明顯衰減，尤其是400～800 Hz頻段聲壓級比無聲屏障工況減小明顯。

圖11 測點7處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

2.4 插入損失

插入損失是評價減振降噪措施降噪效果的物理量，描述為在其他條件相同的無減振降噪措施時，某測點等效A聲級與有減振降噪措施同測點的等效A聲級之差。

不同工況下各測點處插入損失如圖12所示，由圖可知：

1) 全封閉聲屏障工況下噪聲源強(測點1)處插入損失最大，達15.9 dB(A)；測點2、3處插入損失依次為7.7 dB(A)、3.2 dB(A)，可認為噪聲減小的作用之一是全封閉聲屏障遮擋了輪軌噪聲；測點4～7處插入損失呈減小趨勢(測點7插入損失為負)，表明聲屏障的降噪效果隨水平距離的增大逐漸降低。

2) 全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床工況下，除測點1外所有測點處的插入損失均增大，表明減振軌道確保了全封閉聲屏障的降噪效果；測點1處插入損失的減小是因為減振軌道增大了輪軌噪聲所致。

3) 全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床工況下，各測點的插入損失均大于全封閉聲屏障+梯形軌枕工況，表明全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床的效果優于全封閉聲屏障+梯形軌枕。

圖12 不同工況下各測點插入損失

3 結論

本文選取寧波軌道交通1號線一期工程高架段開展了無聲屏障、全封閉聲屏障、全封閉聲屏障+梯形軌枕和全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床4種工況下的噪聲對比測試試驗，分析了各工況下噪聲頻譜特性與降噪效果，所得主要結論如下：

1) 僅采用全封閉聲屏時，噪聲源強(測點1)處降噪效果最佳，且降噪效果隨水平距離的增大呈衰減趨勢。

2) 采用全封閉聲屏障+梯形軌枕或道床墊浮置式整體道床，除測點1外所有測點處降噪效果進一步增大，減振軌道確保了全封閉聲屏障的降噪效果。

3) 減振軌道能有效減小橋梁結構噪聲，但同時也增大了輪軌噪聲。

4) 全封閉聲屏障+道床墊浮置式整體道床的降噪效果優于全封閉聲屏障+梯形軌枕。

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(編輯：郝京紅)

Test and Analysis on the Noise Reduction of Ningbo Rail Transit Elevated Line

Xu Yongfu1Yin Tiefeng1Feng Lili2Wang Dongfang1Dong Zibo1

(1. Ningbo Rail Transit Co., Ltd., Ningbo,Zhejiang 315010; 2. School of Civil Engineering Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)

Under the conditions of no sound barrier, fully-closed sound barrier, fully-closed sound barrier+ladder sleeper and fully-closed sound barrier+damping pad roadbed, noise tests were carried out in the first construction stage of Ningbo Rail Transit Line 1. There were 7 measuring points on each testing section. The sound pressure level and frequency spectrum curve of 12.5-20000 Hz were acquired, and the noise spectrum characteristics and noise reduction effect were analyzed under these conditions. The results show that when fully-closed sound barrier has been adopted, the noise reduction is the biggest and the noise reduction increases with the horizontal distance attenuation trend. When fully-closed sound barrier+ladder sleeper or fully-closed sound barrier+damping pad roadbed have been adopted, noise reduction increases further in all measuring points except point 1, and the vibration damping track ensures noise reduction of fully-closed sound barrier. Vibration damping track reduces the bridge-structure noise and increases wheel-rail noise. Fully-closed sound barrier+damping pad roadbed is better than fully-closed sound barrier+ladder sleeper.

rail transit; sound barrier; ladder sleeper; damping pad roadbed; effects on noise reduction

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.05.019

2016-02-03

2016-04-10

許永富，男，工程師，主要從事城市軌道交通減振降噪研究， 501176579@qq.com

國家自然科學基金資助項目(51278043)

U231

A

1672-6073(2016)05-0094-05