新建铁路邻近既有铁路的声屏障降噪效果研究

陈 锋，廖建州，孟春晓，吕文婷,3，彭道平

(1.中铁二院工程集团有限责任公司环境工程研究院，成都 610031；2. 四川省环境监测总站，成都 610091；3. 西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 611756；4. 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合共建工程实验室，成都 611756)

1 前 言

随着我国道路交通和城市建设发展，城市建设用地资源紧缺，道路距离周边建筑物距离越来越近，甚至一些已经建成道路两边又新建了居民区、学校等建筑，由此导致了大量的噪声污染投诉问题。对于城市交通噪声污染控制，国内外学者做了大量研究工作。例如，Garg和Maji等对比分析了今年各国在交通噪声研究中采用的理论方法和模型，并对各方法的适用性等进行了研究[1]。王亚平等采用Cadna/A软件模拟研究了在不同路况条件下，城市高架复合路平直路段的交通噪声垂直面声场分布规律和声屏障的降噪效果[2]。谢海涛对城市交通十字路口的噪声污染进行了预测[3]。Huang等人采用神经网络模型研究了城市快速路对高层建筑的噪声影响[4]。高山则对城市道路下穿隧道的噪声传播特性进行了测试分析，并对不同降噪方案的效果进行了模拟研究[5]。Munteanu等人研究了受铁路噪声影响的某高层建筑的声环境特性，并对采用的降噪措施效果进行了实测分析[6]。而在一些城市区域，常常混合有铁路交通噪声、道路交通噪声甚至其他生活生产噪声的共同作用，特别是随着轨道交通建设的开展，甚至出现了新建铁路、既有铁路、其他交通噪声共同对该区域的声环境产生影响的状况，其噪声污染特性更为复杂。

本文以某既有铁路扩建项目为例，该项目K26+950～K27+800区段与该既有铁路联络线LK0+150～LK0+850区段并行经过其东侧的某居民区，既有铁路、道路交通噪声和新建铁路噪声将可能对其共同产生影响，因此开展该区域声环境敏感目标的噪声污染特性研究，并对拟采用的声屏障降噪措施效果进行预测，将有助于改善区域声环境质量，并为出现的新型城市噪声污染控制提供参考。

2 新建铁路邻近既有线交通噪声特性分析

2.1 研究区域工况

该居民区位于某既有铁路和新建铁路的东侧；该居民区距新建铁路外轨中心线62m、距既有铁路外轨中心线34m；同时，居民区东侧、南侧各有一条城市道路，如图1所示。测试目标为面向铁路一侧的3栋建筑物，在各建筑物的不同楼层进行布点：其中1号楼测点位于3层，距铁路最近距离约25m；2号楼测点分别在3、5、8、11、14、17层，距铁路最近距离约40m；3号楼测点分别在于5、8、11、14层，距铁路最近距离约130m。

图1 区域环境关系及测点布置图Fig.1 Layout of surroundings and measuring points

测试方法及评价及评价标准按照《声环境质量标准》(GB3096-2008)执行，其中1号楼和2号楼按昼间70dB(A)、夜间55dB(A)执行，3号楼执行2类声环境功能区限值。测量选在敏感建筑外不同楼层距墙壁1m处，距楼层地面高度1.2m以上。结合高层建筑物结构特点，在阳台或窗户外布置测点。同步记录道路车流量及车型、列车流量及类型。其中，1号楼和3号楼测点监测昼夜铁路噪声及背景噪声，2号楼测点进行连续24小时噪声监测，以等效A 声级作为噪声的量化评价值，用LAeq表示，单位dB(A) 。

2.2 区域交通噪声特性分析

2.2.1 区域交通流量

测试时段区域的昼夜小时平均汽车流量和列车流量统计详见表1。

表1 昼夜小时平均交通流量Tab.1 Average traffic flow in day-time and night-time (pcu/h)

2.2.2 交通噪声监测结果分析

2.2.2.1 区域交通噪声监测结果及变化趋势情况见表2、图2。

根据《声环境质量标准》(GB3096-2008)环境噪声限值，由监测结果可知，1号楼、2号楼测点昼间不超标，夜间高层略有超标，超标量约0.2～1.3dB(A)，主要受铁路噪声影响；3号楼测点昼间不超标，夜间超标约3～5dB(A)，主要由铁路噪声和公路交通噪声共同影响。

表2 噪声监测结果表Tab.2 The Noise monitoring results (dB(A))

从图2可以看出相同时段内不同楼层噪声变化情况基本一致，靠既有铁路一侧的铁路噪声从低楼层至高楼层均呈逐渐增大的趋势，建筑物每增高3层高度噪声约增大1～2 dB(A)，在17层达峰值。

图2 2号楼各楼层交通噪声变化趋势图Fig.2 The variation trend of pattern traffic noise in Building 2

2.2.2.2 在2号楼测试结果中选取昼夜各一时段，分析当一列车通过时的交通噪声瞬时值和铁路噪声频率分布范围，具体情况表3和图3。

表3 2号楼测点昼夜噪声值对比表Tab.3 Comparison of traffic noise between day-time and night-time (dB(A))

从表3可知，由于车流量较低，一小时等效声级与背景噪声声级相差不大，但列车通过时段的等效声级远大于背景噪声，说明铁路瞬时噪声对居民区影响很大。

图3 2号楼各楼层噪声1/3倍频程谱Fig.3 Frequency range of traffic noise

图3为一趟列车通过时2号楼各楼层噪声1/3倍频程图。由图3可知，该测点铁路噪声的频谱范围在0～10kHz分布广泛，60dB(A)以上主要集中在250～2 500Hz，在500Hz处出现噪声峰值。

3 降噪措施方案设计

2012年该扩建项目环评报告中提出的降噪措施为在新建铁路K26+950～K27+500东侧设置550m长声屏障。由于城市建设等原因，该项目周围外环境关系已发生重大变化，原设计方案经论证已不能满足区域环境噪声功能区划要求。因此，经研究确定在既有铁路LK0+150～ LK0+850东侧区段，设置长度共700m的声屏障对该路段各环境保护目标进行降噪保护，其中：

LK0+150～LK0+750路基段设置长600m、高6m的折臂式声屏障。采用插板式金属、通透声屏障，H型钢在距顶部1m处进行折臂，折臂角度300。吸声板按3m金属吸声板+2m通透板+1m金属吸声板的方式进行安装。设置方案见图4。

图4 路基声屏障方案Fig.4 Sound barrier structure in subgrade

LK0+750～ LK0+850桥梁段设置长100m、高3m的直立式声屏障。声屏障上部结构采用H型钢插板式结构，直臂式，高度为桥梁人行道步板以上3m高(约为地面以上9m)。吸声板均采用金属吸声板。上部结构通过预埋螺栓与基础连接。设置方案见图5。

图5 桥梁声屏障方案Fig.5 Sound barrier structure in bridge

4 预测模型与校验

4.1 模拟软件

本文采用Cadna/A软件进行对降噪措施效果进行模拟验证。Cadna /A是一款利用Windows 作为操作平台的噪声模拟和控制软件，由于参数可以调整及三维彩色图形输出方式使预测结果更加可视化和形象化，可用于噪声控制设计效果分析，其屏障高度优化功能可以广泛用于道路等噪声控制工程的设计[7～11]。

4.2 模型的建立与参数选取

模型建立：根据路段线路方案设计CAD平纵断面图，将线路平纵断面、地面高程、敏感建筑等参数及图形导入Cadna/A软件中。在Cadna/A软件中按线路两侧实际建筑的高度进行设置，构建铁路、两侧建筑物的3D 仿真模型，如图6 所示。

参数设置：既有铁路客货车设计速度为100km/h，新建铁路客车设计速度为160km/h，货车设计速度为120km/h；昼、夜间小时绝对车流量均采用实际监测数据。

图6 线路3D模型Fig.6 3D model of surroundings

4.3 模型校验

为验证预测模型的有效性，利用模型预测2号楼各楼层噪声值并与实测值进行对比分析，结果见表4。由于新建铁路正在建设中，本次预测模型校验仅考虑既有铁路的噪声贡献。经对比，既有铁路模型预测值与实际监测结果未出现较大偏差，模拟预测值与实测值基本吻合，表明预测模型拟合效果较好。

表4 2号楼噪声模型计算与实际监测结果与误差Tab.4 Noise model calculation and actual monitoring results and errors (dB(A))

5 措施方案降噪效果分析

本论文分别选择了距离铁路不同位置的3个2类区和1个4b类区声环境保护目标作为预测点，分别对不同楼层进行了降噪措施前和措施后的环境噪声进行预测，其中：预测点N1为4b类区，其环境噪声现状值等于2号楼各楼层监测值叠加背景噪声值，1楼现状值等于3楼现状值；预测点N2和N3为2类区，其环境噪声现状值参考3号楼各楼层监测值，1楼现状值等于5楼监测值；预测点N4为2类区，其环境噪声现状值等于N1预测点1楼值。4个预测点及预测断面布置见图1，预测结果见表5、图7和图8。

N1预测点：采取路基声屏障措施前，噪声预测值昼间达标，夜间5层以下预测点达标，5～11层超标超0.4～0.6dB(A)。采取声屏障措施后，昼间、夜间均能满足4b类区声环境标准；且1～5层居民房屋的声环境质量优于现状，减少1.3～4.7dB(A)，5层以上居民房屋昼间较现状声环境略有增加，增加量0.2～1.6dB(A)。

N2预测点：采取路基声屏障措施前，该敏感点2类区预测值昼间达标，夜间除1层达标外，其余楼层超标1.1～3.5dB(A)；采取声屏障措施后，昼间声环境达标，夜间1层达标，其余楼层超标0.1～2.6dB(A)；但措施后声环境优于现状，昼间减少1.4～4.2 dB(A)，夜间减少2.3～4.9dB(A)。

N3预测点：采取路基声屏障措施前，该敏感点预测值昼间1～8层声环境达标，11层和14层超标0.3～0.8dB(A)，夜间所有楼层超标3.1～6.7dB(A)；采取声屏障措施后，该敏感点昼间声环境达标，夜间超标1.9～4.8dB(A)；且措施后除11层较现状增加0.1dB(A)外，其余预测点均小于现状值0.1～1.6dB(A)，声环境与现状声环境基本相当。

表5 降噪措施前后各预测点环境噪声对比Tab.5 Comparison of noise pre- and pro- reduction measures (dB(A))

续表5

预测点编号测点位置环境现状噪声监测值措施前措施后环境噪声预测值超标情况近期增量环境噪声预测值超标情况措施后增量昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜2类区居民房11层5954.156.252.6达标2.6//55.751.5达标1.5/-2.62类区居民房14层6054.956.453.5达标3.5//55.852.6达标2.6/-2.3N32类区居民房1层56.453.556.953.1达标3.1//56.351.9达标1.9/-1.62类区居民房5层56.453.558.154.8达标4.81.71.356.952.5达标2.5/-1.02类区居民房8层57.453.859.256.0达标6.01.82.258.053.6达标3.6/-0.22类区居民房11层5954.160.356.60.36.61.32.559.254.2达标4.2/0.12类区居民房14层6054.960.856.70.86.70.81.860.054.8达标4.8/-0.1N42类区幼儿园1层56.25357.955.5达标5.5//54.849.9达标达标//

图7 措施前后昼间声场变化情况Fig.7 Spatial distribution of ambient noise pre- and pro- reduction control in day-time

图8 措施前后夜间声场变化情况Fig.8 Spatial distribution of ambient noise pre- and pro- reduction control in night-time

N4预测点：措施前预测值昼间达标，夜间超标5.5dB(A)；采取措施后，昼、夜间噪声预测值均能满足声环境标准，且措施后该敏感点声环境优于现状1.4～3.1dB(A)。

综上所述，设置声屏障措施能有效减少铁路噪声对敏感点的噪声贡献量，措施后该段铁路沿线的敏感目标大部分能满足声环境执行标准，措施后仍超标的敏感点预测值与现状声环境相比基本相当或优于现状。

6 结 论

本文以某既有铁路扩建工程为例，对该项目与既有线并行穿过某居民区的环境噪声现状进行监测，分析区域交通噪声污染特性，综合考虑既有铁路与新建铁路的共同影响，通过Cadna/A建立预测模型，对比预测分析了采用声屏障降噪措施前后该小区的环境噪声的变化情况，得到了以下结论：

6.1 该区域环境噪声铁路噪声影响较大，对于临街建筑的影响为从低楼层至高楼层均呈逐渐增大的趋势。噪声的频谱范围在0～10kHz分布广泛，60dB(A)以上主要集中在250～2 500Hz，峰值频率出现在500Hz附近。

6.2 预测结果表明，新建铁路和既有铁路对区域环境噪声有较大的增量贡献，昼间增加约0.8～5.1dB(A)，昼间预测点位超标率为11.1%；夜间增量约为1.3～6.8dB(A)，夜间预测点超标率为72.2%。

6.3 设置声屏障措施能有效减少铁路噪声的贡献量，结果表明昼间所有预测点位均能达标，夜间达标率为50%，但超标点位的预测值基本相当或优于现状值。