市域快线高架段运行噪声特性测试与分析

贺玉龙 杜全军 李静文 苏凯 张书豪 黄宏宇

(1.西南交通大学地球科学与环境工程学院 成都 611756； 2.成都市环境保护科学研究院 成都 610072)

0 引言

近年来，我国城市轨道交通进入了快速发展阶段，截至2020年12月31日，我国大陆地区开通城市轨道交通的城市共45座，运营里程达7 978.19 km[1]。高架线路是城市轨道交通郊区段的重要线路敷设形式，2019年长度占比21.5%。高架段地铁车辆运行时对沿线噪声敏感区的影响是一个不可回避的问题。国内外学者对地铁高架桥噪声的理论与试验研究已经取得了一系列的成果[2-9]。本文通过对目前国内运行速度最快(140 km/h)、编组最长(8A+编组)的成都轨道交通18号线桥梁段噪声进行现场测试，分析噪声源强特性及噪声水平衰减规律，并与我国现行的《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》(HJ 453—2018)[10]中地铁列车噪声预测方法预测的结果进行对比，分析预测方法的适用性。

成都轨道交通18号线是按“中心穿越、串城连接、快慢运行、互联融合”理念实施的全国首条最高时速140～160 km/h，兼顾中心城区客流、市域客流、机场客流，集“快慢组合、共线运营”等多种运营组织模式于一体的8A+编组复合功能线路，采用交流25 kV接触网供电。考虑双机场一体化运行，在18号线、19号线共线段预留最高时速160 km的运行条件。2020年9月27日开通运营。

1 现场噪声测试

1.1 测试地点及测量条件

测试地点选在兴隆站至三岔站之间的直线段，该直线段地势平坦，方便架设三脚架安装声传感器，视野较好，能清楚的观察并记录来车情况。桥墩高12.2 m，带1.5 m高挡板。运行车辆为：8A+编组(6M2T)，车长187 m，宽3 m，最高运行速度140 km/h。

监测选在无雨雪、雷电的天气进行测试，风速低于5 m/s。测试期间，现场背景噪声38.9～ 41.6 dB。

1.2 测试方法及仪器

噪声源强测试按照《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》(HJ 453—2018)[10]，噪声衰减测试参照《声环境质量标准》(GB 3096—2008)[11]中环境噪声监测有关要求。

数据采集采用INV3062-C1(L)型8通道采集仪，声压传感器采用INV9206型高精度ICP式声压传感器，采样频率51.2 kHz。

1.3 测点布置

源强测点距离近轨中心线7.5 m，距轨顶面高5 m处。根据现场场地条件，水平噪声衰减测点点位布置为：距离近轨中心线7.5 m、15 m、30 m、45 m、60 m处布置声压传感器，距地面高1.2 m。测点布置如下图1所示。

图1 测点布置示意

2 噪声源强测试结果及分析

本次测试连续监测了12趟列车，其通过源强测点时速度相近，平均值为127.9 km/h，95%置信区间为(127.4 km/h,128.3 km/h)；12趟列车通过时的噪声源强范围为92.6～93.3 dB，平均值为93.1 dB，95%置信区间为(92.9 dB,93.2 dB)。

2.1 噪声源强A声级随时间变化

当列车以127.7 km/h通过测点时A声级随时间变化曲线见图2，由图可以看出A声级整体随时间先增加后减小，当列车即将到达测点时A声级迅速升高，其平均增加速率约为8.6 dB(A)/s，车头到达测点与车尾离开测点之间A声级出现一段峰值区间，持续时间约为5.3 s，车尾离开测点时A声级随时间开始减小，其平均衰减速率约为-5.6 dB(A)/s。

图2 典型列车通过时A声级变化曲线

2.2 噪声源强频谱分析

典型列车通过时噪声源强与背景噪声1/3频谱曲线如图3所示，列车通过测点时各频段噪声声级都有所增加，但在250～5 000 Hz频率范围内增加较大，这说明噪声能量主要集中在250～5 000 Hz宽频范围内，在1 250 Hz处出现最大峰值。

图3 典型列车通过时噪声源强与背景噪声频谱曲线

3 水平向噪声衰减分析

3.1 频谱特性分析

为了解不同水平距离的噪声频谱特性，将各水平测点的噪声频谱与背景噪声频谱数据进行对比，见图4。

图4 典型列车通过不同水平距离测点频谱

由图4可知，各水平测点的噪声频谱变化趋势基本一致，都是随着频率的增加声压级先增加后减小。噪声能量主要集中在250～2 000 Hz频率范围内，在63 Hz附近处出现低频峰值，各水平测点对应峰值为48.2 dB、47.6 dB、44.4 dB、48.4 dB、45.8 dB；在630 Hz附近处出现中频峰值，各水平测点对应峰值为70.6 dB、70.8 dB、68.7 dB、65.9 dB、65.8 dB。噪声衰减的频段主要是80～400 Hz范围内。

3.2 水平向噪声衰减分析

各水平测点A计权与未计权声级如图5所示，由图5可以看出，未计权与A计权声压级随着水平距离的增加呈衰减趋势，且在30 m范围内衰减较快，而30 m之后衰减较为平缓。未计权的声压级是客观量，反映的是噪声能量绝对值的大小，而A计权的声压级是主观量，反映了人对噪声的感受。在7.5 m处桥梁的结构噪声影响较大，结构噪声是低频噪声采用A计权后低频噪声会被抑制[12]，所以7.5 m处的A声级小于15 m处的A声级。

图5 不同水平距离测点声压级

3.3 导则公式的适用性

根据《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》(HJ 453—2018)列车运行噪声预测方法，列车运行时噪声等效连续A声级基本预测计算公式如下所示：

LAeq,Tp=Lp0+Cn

(1)

式中，Lp0为列车最大垂向指向性方向上的噪声辐射源强，dB(A)；Cn为列车运行噪声修正，dB(A)。

Cn=Cd+Cθ

(2)

式中，Cd为运行辐射噪声几何发散衰减，dB(A)；Cθ为运行噪声垂向指向性修正，dB(A)。

(3)

式中，d为预测点至声源的直线距离，m；d0为源强点至声源的直线距离，m；l为列车长度，m。

高架桥轨面以上由挡板结构或U型梁腹板遮挡时：

当-10°≤θ≤31°时，垂向指向性修正按式(4)计算：

Cθ=-0.035(31°-θ)1.5

(4)

当31°≤θ≤50°时，垂向指向性修正按式(5)计算：

Cθ=-0.0165(θ-31°)1.5

(5)

式中，θ为声源和预测点之间的连线与水平面的夹角，声源位置为高于轨顶面以上0.5 m，预测点高于声源位置为正，预测点低于声源位置为负，(°)。

当θ<-10°时，按照-10°进行修正；当θ>50°时，按照50°进行修正。

利用式(1)—式(4)对列车通过时各个测点的噪声进行预测。由于现场测试列车速度接近130 km/h，故只预测列车以130 km/h速度运行时通过时段内各受声点处的等效连续A声级。测试地点为直线段且地面为硬质地面，故预测仅考虑列车运行噪声的几何发散衰减、垂向指向性修正。根据资料显示桥墩高12.2 m，箱梁高度为1.8 m，无砟轨道板高度为0.564 m，钢轨高度为0.176 m，计算出声源位置高度为15.24 m，各预测点与声源之间的连线与水平面之间的夹角见表1。

表1 各预测点与声源之间的夹角

由表1可以看出夹角都小于-10°，故各预测点都按照-10°进行修正，根据式(3)、式(4)计算出各预测点噪声修正值，见表2。

表2 列车运行噪声修正值

再将各个修正项计算值代入式(1)、式(2)计算得出通过时段内各预测点处等效连续A声级，然后将对应的预测值与实测值进行对比，见表3。

表3 列车以130 km/h通过时的等效A声级

由表3可知，在7.5 m和15 m处的预测值与实测值相差较大，主要是由于测点处于桥梁声影区，桥梁梁体和挡板对噪声的遮蔽作用，导致实测值与预测值差值较大，而远场30 m、45 m、60 m处各测点实测值与预测值相差在2 dB内，说明在30～60 m范围内该预测方法的准确性较高。

4 结论

通过对成都轨道交通18号线噪声现场测试结果进行源强和水平向噪声A声级与频谱分析，得到以下结论：

(1)列车以130 km/h左右速度运行时噪声源强约93.1 dB，95%置信区间为(92.9 dB，93.2 dB)，源强的主频区域为250～5 000 Hz。

(2)水平向噪声随着水平距离的增加呈现衰减的趋势，且在30 m范围内衰减较快，30 m后衰减较慢，衰减的频段主要是80～400 Hz范围内。车头到达与车尾离开测点时的A声级随时间的变化率随着水平距离的增加呈衰减趋势。

(3)《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》(HJ 453—2018)中的预测公式在距桥梁30～60 m范围内预测准确性较高，可用于后续新建市域快线的噪声预测。