城市轨道交通高架线噪声实测及传播规律研究

冯登宇 耿传智

城市轨道交通高架线噪声实测及传播规律研究

冯登宇 耿传智

文章对宁波轨道交通1号线一期高架线进行噪声实测分析，结果表明：无声屏障时，一次噪声源S0处全频段（1～16 000 Hz）A声压级，梯形轨枕相对普通整体道床增大4.9 dB，道床垫浮置式整体道床相对于普通整体道床增加0.2 dB；有声屏障时，二次结构噪声源SH0处12.5～250 Hz频段A声压级，梯形轨枕相对于普通整体道床降低3.6 dB，道床垫浮置式整体道床相对于普通整体道床降低4.0 dB；二次结构噪声源SH0处声屏障的降噪效果可达15.1～19.4 dB。

高架线；噪声；传播规律；研究

随着城市轨道交通高架线的兴起，在运营过程中出现了一系列的噪声方面的问题。高架线声源位置高，噪声影响范围大， 二次结构噪声主要为低频，传播距离远，穿透力强，给人的身心健康带来极大的危害。本文对宁波轨道交通1号线一期高架线采用现场实测的方法，在无声屏障和全封闭声屏障情况下，对梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床、普通整体道床现场噪声进行对比分析。

1 噪声实测

本次实测在实际运营阶段进行，运营列车为地铁B型车，6辆编组，列车在各个测试断面平均速度为52.3～65 km/h。测试断面选择在轨道施工质量良好、相对安静且尽可能远离其他固定振源影响的空旷区域或时段进行测试。

1.1 测点地点选择及测试仪器

本文对高架线梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床、普通整体道床在有声屏障和无声屏障情况下的6个断面的噪声进行测试，断面噪声测点位置如图1所示，S0为距离外轨7.5 m轨面上1.5 m测点（定义该位置噪声数据为一次噪声源），SH0为桥梁中心线梁底面以下0.3 m测点（定义该位置噪声数据为二次结构噪声源），SD0为桥梁中心线以下地面以上1.2 m测点，SD1、SD2、SD3、SD4分别为距离外轨中心7.5 m、15 m、30 m、60 m地面以上1.2 m测点。

测试仪器采用具有1/3倍频程滤波器分析功能的杭州爱华积分声级计（AWA6228-4+1/3oct，图2）。

1.2 测试内容及数据采集

噪声测试内容包括列车通过时段的全频段（1～16 000 Hz）、12.5～250 Hz频段A声压级，列车未通过时的背景噪声值，汽车车流量（按大、中、小型，记录监测累计时间），地铁流量（记录监测累计时间）。

测试中，声级计动态时间响应特性为快档（Fast），以超过背景噪声5～10 dB确定列车通过时段，并采集其中10趟列车通过时的噪声数据平均值作为噪声分析数据。

2 测试结果及分析

2.1 无声屏障

图3给出了无声屏障情况下各测点噪声A声压级，由图3可以看出，在无声屏障的情况下，3种轨道结构型式下，随着测点距外轨中心线距离的增大，噪声A声压级呈下降趋势；一次噪声源S0处梯形轨枕噪声88.5 dB＞道床垫浮置式整体道床噪声83.8 dB＞普通整体道床噪声83.6 dB，这是因为减振轨道在减振的同时使钢轨的振动增大，从而导致轮轨噪声增大；二次结构噪声源SH0处普通整体道床噪声77.3 dB＞梯形轨枕噪声75.8 dB＞道床垫浮置式整体道床噪声65 dB，道床垫浮置式整体道床降低结构噪声比较明显。

图1 高架线噪声测点布置 （单位：m）

图2 测试仪器及现场

图3 无声屏障各测点噪声A声压级

图4给出了无声屏障区段梯形轨枕噪声1/3倍频程频谱，由图4可以看出，在无声屏障情况下，梯形轨枕一次噪声源S0处的噪声主频率范围为630～800 Hz，其主要成分为轮轨噪声；梯形轨枕二次结构噪声源SH0处噪声主要集中在中心频率20～100 Hz和630～800 Hz范围内。

图5给出了无声屏障区段道床垫浮置式整体道床噪声1/3倍频程频谱，由图5可以看出，在无声屏障情况下，道床垫浮置式整体道床一次噪声源S0处的噪声主频率范围为630～800 Hz，其主要成分为轮轨噪声；二次结构噪声源SH0处噪声主要集中在中心频率20 Hz、31.5～100 Hz和630～800 Hz范围内。

图6给出了无声屏障区段普通整体道床噪声1/3倍频程频谱，由图6可以看出，在无声屏障情况下，普通整体道床一次噪声源S0处的噪声主频率范围为630～800 Hz，其主要成分为轮轨噪声；二次结构噪声源SH0处的噪声主要集中在中心频率12.5～250 Hz范围内。

图7给出了无声屏障情况下，梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床、普通整体道床等3种轨道一次噪声源S0处的噪声1/3倍频程频谱图，由图7可知，梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床与普通整体道床的噪声频谱趋势大致相同，梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床2种减振轨道在12.5～31.5 Hz、400～1 250 Hz频段有一定的降噪效果。

图5 无声屏障区段道床垫浮置式整体道床噪声1/3倍频程频谱

图6 无声屏障区段普通整体道床噪声1/3倍频程频谱

图7 无声屏障区段一次噪声源S0处噪声1/3倍频程频谱

通过以上无声屏障不同轨道结构型式的噪声分析，可见：

（1）在无声屏障条件下，列车通过时段一次噪声源S0处噪声全频段A声压级，梯形轨枕相对普通整体道床增大4.9 dB，道床垫浮置式整体道床相对于普通整体道床增大0.2 dB；

（2）无声屏障条件下，梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床和普通整体道床二次结构噪声源SH0处噪声，低频结构噪声占了很大比重，这是由于梁板屏蔽了轮轨高频噪声的结果；

（3）在3种轨道结构下，随着离外轨中心线的距离增大，噪声均呈现出降低的趋势，其中S0、SH0、SD0处有明显的降幅，SD1、SD2、SD3、SD4处降幅不大，说明噪声在垂直方向上的单位距离衰减幅度高于水平方向上的单位距离衰减幅度。

2.2 全封闭声屏障

图8给出了全封闭声屏障各测点噪声A声压级，由图8可知，在全封闭声屏障下，一次噪声源S0处的噪声梯形轨枕69.1 dB＞道床垫浮置式整体道床68.7 dB＞普通整体道床67.7 dB，二次结构噪声源SH0处的噪声普通整体道床69.6 dB＞梯形轨枕68.5 dB＞道床垫浮置式整体道床67.4 dB，其原因同无声屏障情况。

图8 全封闭声屏障各测点噪声A声压级

图9给出了全封闭声屏障区段梯形轨枕噪声1/3倍频程频谱，由图9可知，在全封闭声屏障下，梯形轨枕噪声500 Hz频段以下二次结构噪声源SH0处噪声比其他测点大，说明在全封闭声屏障下梯形轨枕的噪声主要以结构噪声为主，主频率范围为630～800 Hz。

图10给出了全封闭声屏障区段道床垫浮置式整体道床噪声1/3倍频程频谱，由图10可知，在全封闭声屏障下，道床垫浮置式整体道床噪声250 Hz频段以下二次结构噪声源SH0处噪声比其他测点位置大，说明在全封闭声屏障下道床垫浮置式整体道床的噪声主要以结构噪声为主，主频率范围为50～80 Hz和630～800 Hz。

图9 全封闭声屏障区段梯形轨枕噪声1/3倍频程频谱

图10 全封闭声屏障区段道床垫浮置式整体道床噪声1/3倍频程频谱

图11给出了全封闭声屏障区段普通整体道床噪声1/3倍频程频谱，由图11可知，在全封闭声屏障下，普通整体道床噪声400 Hz频段以下二次结构噪声源SH0处噪声比其他测点位置大，说明在全封闭声屏障下普通整体道床的噪声主要以结构噪声为主，主频率范围为50～63 Hz。

图11 全封闭声屏障区段普通整体道床噪声1/3倍频程频谱

图12给出了全封闭声屏障情况下，3种轨道一次噪声源S0处噪声1/3倍频程频谱，由图12可知，列车通过时段一次噪声源S0处噪声全频段A声压级，梯形轨枕相对普通整体道床增大1.4 dB，道床垫浮置式整体道床相对于普通整体道床增大1.0 dB。

图12 全封闭声屏障一次噪声源S0处噪声1/3倍频程频谱

图13给出了全封闭声屏障情况下，二次结构噪声源SH0处噪声1/3倍频程频谱，由图13可知，梯形轨枕和道床垫浮置式整体道床能有效减小桥梁结构噪声；二次结构噪声源SH0处12.5～250 Hz频段A声压级反映了桥梁结构噪声，梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床对于40～80 Hz频段的桥梁结构噪声有明显的降低效果。

通过以上全封闭声屏障不同轨道结构型式的噪声分析，可见：

（1）全封闭声屏障条件下，梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床和普通整体道床一次噪声源S0处，以及SD0、SD1、SD2、SD3、SD4处的噪声，由于声屏障遮挡了大部分的轮轨噪声，噪声以桥梁结构噪声为主，且主要集中在中心频率20～100 Hz和630～800 Hz范围内；

（2）二次结构噪声源SH0处（主要结构噪声）梯形轨枕相对于普通道床降噪效果为3.6 dB，道床垫浮置式整体道床相对于普通整体道床降噪效果为4.0 dB，可见梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床2种减振轨道在降低结构噪声方面效果接近。梯形轨枕和道床垫浮置式整体道床对于40～250 Hz频段的桥梁结构噪声均有降低，且在40～80 Hz频段有明显的降低，这与梯形轨枕和道床垫浮置式整体道床的自振频率有关（梯形轨枕自振频率29 Hz，道床垫浮置式整体道床自振频率19 Hz）。

图13 全封闭声屏障二次结构噪声源SH0处噪声1/3倍频程频谱

3 结论

列车通过时段，无声屏障和全封闭声屏障条件下，普通整体道床、梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床噪声对比分析，得出以下结论：

（1）全封闭声屏障对于一次噪声源S0处全频段降噪效果达15.1～19.4 dB；

（2）全封闭声屏障对于200 Hz以上的噪声有明显的降噪效果，对于一次噪声源S0处的降噪效果最明显；而对于二次结构噪声源SH0处，以及SD0、SD1、SD2、SD3、SD4处，由于受梁体的遮挡和高架桥上遮板的作用，声屏障的降噪效果没有一次噪声源S0处明显；

（3）声屏障主要降低的是高频噪声，即轮轨噪声；

（4）梯形轨枕、道床垫浮置式整体道床2种减振轨道主要降低的是低频噪声，即结构噪声。将声屏障和2种减振轨道有效的结合利用起来，可以在全频段范围内有效的降低城市轨道交通高架线噪声。

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责任编辑 朱开明

Study on Measurement and Patterns of Propagation of Elevated Line Noise in Urban Rail Transit

Feng Dengyu, Geng Chuanzhi

The paper makes an introduction on the noise measurements and analysis on the 3 different elevated tracks of ladder type sleeper, roadbed fl oating slab track and typical type slab track works of phase 1 on the Ningbo Metro Line 1. The results show that when there is no sound barrier, the whole band frequency of 1～16000 Hz is at the level A at the location of 7.5 m from the center of the outer rail and 1.5 m away above the rail surface. Compared with the ordinary slab track, the noise of the ladder sleeper type is increased by 4.9 dB, and the noise of the track slab with roadbed fl oating is increased by 0.2 dB. When there is a sound barrier, at the location of 0.3 m below the bridge bottom, it is at the level A of the band frequent of 12.5～250 Hz. Compared with ordinary monolithic roadbed, the noise of the ladder sleeper is reduced by 3.6 dB. Compared with ordinary monolithic roadbed bed, the noise of the roadbed fl oating monolithic track is reduced by 4 dB. With the comparison of the same conditions of without sound barrier and with sound barrier, the noise control effect and noise reduction frequency by sound barriers are obtained.

elevated track, structure noise, propagation pattern, study

TB535

2015-07-30

冯登宇：同济大学铁道与城市轨道交通研究院，硕士研究生，上海 201804