宁波轨道交通高架段减振轨道降噪效果测试分析

许永富 刘鹏辉 王东方 尹铁锋

(1.宁波市轨道交通集团有限公司,315101,宁波; 2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,100081, 北京//第一作者,工程师)

宁波轨道交通高架段减振轨道降噪效果测试分析

许永富1刘鹏辉2王东方1尹铁锋1

(1.宁波市轨道交通集团有限公司,315101,宁波; 2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,100081, 北京//第一作者,工程师)

在宁波轨道交通1号线一期工程高架段开展了无声屏障条件下的普通整体道床、梯形轨枕和减振垫道床等三种轨道结构的噪声对比试验,分析了各轨道结构不同测点处噪声的频谱特性,对比了不同轨道结构的实际降噪效果。结果表明:相较于普通整体道床,采用梯形轨枕或减振垫道床后,有的测点噪声减小,但多数测点噪声增大;梯形轨枕和减振垫道床减小了桥梁结构噪声,但同时增大了轮轨噪声;减振垫道床各测点处噪声插入损失均比梯形轨枕大,减振垫道床的降噪效果较梯形轨枕好。

城市轨道交通高架线; 减振轨道; 降噪效果; 频谱特性

First-author′s address Ningbo Rail Transit Co.,Ltd.,315101,Ningbo,China

城市轨道交通在给人们带来极大交通方便的同时也产生了一系列振动噪声问题。列车通过高架线路的噪声通常高于地下线路的噪声,因此,高架线对周围环境的噪声影响变得十分突出。列车通过桥梁时,由于轮轨相互作用产生的振动能量经轨道结构传递到桥梁及其附属结构,并激发桥梁及其附属结构振动向四周辐射出噪声,这部分噪声称之为桥梁结构噪声。桥梁结构噪声属于低频噪声,在空气中传播时具有衰减慢、穿透力强,难以隔断等特点[1]。

一直以来,对轨道交通噪声的研究主要集中在轮轨和车辆等产生的轮轨噪声问题,对桥梁结构低频噪声研究较少。大量研究[2-7]表明,目前城市轨道交通高架线普遍采用声屏障降噪,其只对轮轨噪声具有一定的降噪效果。为了降低桥梁结构噪声,改善降噪效果,往往增设减振轨道。减振轨道通过隔振单元减小轮轨传递到桥梁上的振动能量,但也可能引起轮轨噪声的增大。

为了解轨道交通高架线减振轨道的实际降噪效果,本文在宁波轨道交通1号线一期工程高架段开展了噪声测试,并分析了不同轨道结构噪声的频谱特性,对比了不同轨道结构的实际降噪效果,从而为宁波轨道交通建设提供参考。

1 噪声测试

1.1 测试仪器

测试所用仪器包括多功能声级计、监测箱、无线传输模块等,如表1所示。其中声级计频率采集范围为12.5～20 000 Hz。

1.2 测试概况

选取宁波轨道交通1号线一期工程高架线开展噪声测试。在无声屏障条件下进行普通整体道床、梯形轨枕和减振垫道床等三种轨道结构的对比测试。

表1 噪声测试主要仪器

普通整体道床为现浇道床,标准承台宽800 mm、高276 mm、长2 350 mm,每标准承台包含4根轨枕。梯形轨枕由2片预制预应力混凝土纵梁通过钢管连接组成框架式轨道板,单边纵梁宽580 mm、高165 mm、长5 800 mm,每延米梯形轨枕质量约0.479 t。减振垫道床分浮置板、道床垫和底座三层,底座高110 mm,底座和浮置板之间设置30 mm厚减振垫,道床板宽约2415 mm,轨下截面处厚度约为268 mm,道床板长5850 mm,每延米道床垫浮置式整体道床质量约1.618 t。

列车为实际运营的地铁B型车,6节编组。转向架中心距为12.6 m,转向架轴距为2.3 m。带司机室拖车长19.65 m,动车长19m,宽2.892 m。列车运行速度约60 km/h。测试期间,测试区段列车接近于空车。

测试减振轨道的铺设长度大于200 m,选择相对安静无其他声源影响(列车通过时段内无重型货车、道路公交车、行人语言交流等)的区域。试验断面共3个,均为直线段、WJ-2A扣件、无缝钢轨、30 m简支箱梁。测试断面位置如表2所示。各测试断面场地条件、梁柱类型和尺寸等基本条件一致[8],每个断面共7个测点,测点位置如表3所示。选取10趟列车通过时段噪声能量平均值作为噪声分析依据。

表2 噪声测试断面位置

2 测试结果及分析

2.1 不同轨道结构各测点等效A声级

三种轨道结构各测点的等效A声级如图1所示。由图1可知:

表3 测点位置

(1) 噪声源强(测点1处噪声),梯形轨枕最大,减振垫道床次之,普通整体道床最小;桥梁结构噪声(测点2处噪声),普通整体道床最大,梯形轨枕次之,减振垫道床最小。因为减振轨道起到了一定的减振效果,传到桥梁上的振动有一定的衰减,桥梁结构噪声较普通整体道床均有一定的减小,但同时减振轨道必然会增大钢轨振动,从而噪声源强较普通整体道床有所增大。

(2) 外轨中心线正下方,地面以上1.2 m (测点3)处的噪声规律类似于桥梁结构噪声(测点2),即普通整体道床最大,梯形轨枕次之,道床垫道床最小。

(3) 距外轨中心线7.5 m、15 m、30 m、60 m,地面以上1.2 m (测点4～7)处噪声随距离外轨中心线的增加均逐渐变小,但就衰减速率而言,普通整体道床最大,梯形轨枕次之、减振垫道床最小。

2.2 不同轨道结构各测点噪声频谱特性

普通整体道床、梯形轨枕和减振垫道床各测点处噪声1/3倍频程曲线如图2～4所示。图2～4具有基本一致的变化规律。

(1) 测点1处噪声的1/3倍频程曲线表明高架线噪声源频谱主要集中在中心频率为630～800 Hz频率段,城市轨道交通噪声以轮轨噪声为主[5-6],可认为630～800 Hz为轮轨噪声的主频率段。

(2) 测点2处噪声的1/3倍频程曲线表明,该处噪声频谱主要集中在12.5～250 Hz频率段,因为该测点处桥梁结构噪声占较大比重,而轮轨噪声受到桥梁及其附属结构一定的遮蔽作用。与普通整体道床相较,梯形轨枕和减振垫道床各测点均在630～800 Hz频率段出现波峰,这是减振轨道增大了轮轨噪声的结果。

(3) 测点1～3处噪声的1/3倍频程曲线变化表明,630 Hz及以上频率段声压级衰减较快。测点4～7处噪声的1/3倍频程曲线表明,630 Hz及以上频率段声压级随测点距外轨中心线距离的增加基本不变,而630 Hz以下部分频率段声压级缓慢降低。

图2 普通整体道床各测点处噪声1/3倍频程中心频率声压级

图3 梯形轨枕各测点处噪声1/3倍频程中心频率声压级

2.3 各测点不同轨道结构噪声频谱特性

三种轨道结构测点1～7处噪声1/3倍频程中心频谱图依次如图5～11所示。

由图5可知,普通整体道床、梯形轨枕和减振垫道床轮轨噪声主要集中在630～800 Hz频率段,该频率段声压级梯形轨枕最大,减振垫道床次之,普通整体道床最小。这表明采用减振轨道增大了轮轨噪声。

图4 减振垫道床各测点处噪声1/3倍频程中心频率声压级

图5 测点1处噪声1/3倍频程中心频率声压级

图6 测点2处噪声1/3倍频程中心频率声压级

图7 测点3处噪声1/3倍频程中心频率声压级

由图6、图7可知,相较于普通整体道床,采用梯形轨枕或减振垫道床后,测点2和测点3处在绝大部分频率段声压级均有所减小(梯形轨枕25～31.5 Hz、630～800 Hz频率段除外)。另一方面也表明了图1所示测点2、3等效A声级的减小主要是由中低频频率段声压级的减小导致。

图8 测点4处噪声1/3倍频程中心频率声压级

图9 测点5处噪声1/3倍频程中心频率声压级

图10 测点6处噪声1/3倍频程中心频率声压级

由图8～11可知,测点4～7处噪声成分以中心频率20～200 Hz和630～800 Hz为主,因为测点4～7距桥梁较远,受桥梁结构噪声和轮轨噪声共同影响。减振轨道对轮轨噪声有一定的增大作用,使测点4～7处梯形轨枕和减振垫道床噪声较普通整体道床有增大的趋势。

图11 测点7处噪声1/3倍频程中心频率声压级

2.4 不同轨道结构插入损失

轨道结构插入损失是评价轨道结构降噪效果的物理量,为其他条件相同时普通整体道床某测点的等效A声级与减振轨道结构同测点的等效A声级之差。减振垫道床和梯形轨枕两种不同轨道结构各测点处插入损失如图12所示。由图12可知:

(1) 减振垫道床和梯形轨枕在噪声源强(测点1)处插入损失均为负值,因为测点1处噪声以轮轨噪声为主,而减振轨道增大了轮轨噪声。

(2) 减振垫道床和梯形轨枕在线路中心线上距梁底0.3 m (测点2)及距外轨中心0 m地面上方1.2 m (测点3)处插入损失均较大,因为测点2和测点3处噪声含较多成分的桥梁结构噪声,而减振轨道有效减小了桥梁结构噪声。

(3) 减振垫道床在距外轨中心30 m、60 m地面上方1.2 m (测点6和测点7)处,梯形轨枕在距外轨中心15 m、30 m、60 m地面上方1.2 m (测点5、测点6和测点7)处,插入损失均为负值,因为减振轨道虽能减小桥梁结构噪声,但同时增大了轮轨噪声,经过A计权后,上述测点处综合表现为噪声的增大。

(4) 测点1～6处减振垫道床的插入损失均比梯形轨枕的大,但测点7处二者较为接近,减振垫道床的降噪效果较梯形轨枕好。

3 结语

本文在宁波轨道交通1号线一期工程高架段开展了不同轨道结构的噪声测试,分析了不同轨道结构噪声的频谱特性,对比了不同轨道结构的实际降噪效果。主要结论如下:

(1) 采用梯形轨枕或减振垫道床后,噪声源强(测点1)处噪声增大,主要体现在630～800 Hz频率段声压级的增大,即增大了轮轨噪声。

图12 两种减振轨道各测点处插入损失

(2) 采用梯形轨枕或减振垫道床后,线路中心线上距梁底面0.3 m (测点2)和距离外轨中心0 m地面上方1.2 m (测点3)处噪声均减小,主要体现在中低频频率段声压级的减小,即减小了桥梁结构噪声。

(3) 采用梯形轨枕和减振垫道床后,距外轨中心线30 m、60 m地面上方1.2 m (测点6和测点7)处噪声均增大,因为减振轨道在减小桥梁结构噪声的同时增大了轮轨噪声,综合效果表现为噪声增大。

(4) 当水平距离一致,测点从噪声源强到地面上方变化时,噪声衰减主要集中在大于等于630 Hz频率段;当高度一致,测点从地面上方距离外轨中心7.5 m到距离外轨中心60 m变化时,噪声衰减主要集中在小于630 Hz频率段。

(5) 减振垫道床各测点插入损失均比梯形轨枕大,减振垫道床的降噪效果较梯形轨枕好。

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Test and Analysis of Noise Reduction Effect on Vibration Mitigation Track in Ningbo Urban Rail Transit Viaduct

XU Yongfu, LIU Penghui, WANG Dongfang, YIN Tiefeng

In the condition of silent barrier installed on Ningbo rail transit Line 1,noise tests of three track structures——general monolithic roadbed,ladder sleeper and damping pad roadbed are carried out in the viaduct of Ningbo Line 1 first phase project.Noise spectrum characteristics of different rail structures are analyzed,the actual noise reduction effects of different rail structures are compared.Test results show that on the ladder sleeper roadbed and damping pad roadbed,different from the general monolithic roadbed,the noise on point 1 is increased,while the noise on point 2 and 3 is reduced,the noise on point 4～7 shows an increasing trend.That is to say,though ladder sleeper roadbed and damping pad roadbed could reduce the bridge structure noise, it increases the wheel/rail noise at the same time.The insertion loss of each measuring points on damping pad roadbed is larger than that of ladder sleeper roadbed,so the noise reduction effect on damping pad roadbed is better.

urban rail transit viaduct; vibration mitigation track; noise reduction effect; spectrum characteristics

TB533+.2

10.16037/j.1007-869x.2017.04.016

2016-01-07)