楊忠平

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

隨著中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃不斷實(shí)施與推進(jìn)，我國高速鐵路里程逐年增長，運(yùn)營列車數(shù)量不斷增多，高速鐵路噪聲影響范圍擴(kuò)大，因鐵路噪聲干擾引起的投訴事件次數(shù)也呈上升勢頭[1-4]。高速鐵路噪聲對沿線居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等聲環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲影響已為各方關(guān)注，特別是，高速鐵路引入城區(qū)路段時，往往無法繞避高層住宅區(qū)，噪聲傳播過程中，因高層建筑與普通的低層建筑的垂直指向性差異，在軌面以上，噪聲傳播規(guī)律有所不同，直立式聲屏障受高度所限，降噪效果有限[5-8]，開展高速鐵路對高層住宅噪聲影響的降噪措施研究工作顯得尤為必要。

1 工程背景

新建鐵路西安至延安高速鐵路(以下簡稱“西延高鐵”)位于陜西關(guān)中及陜北地區(qū)，線路于西安東站北端引出，向北經(jīng)西安市灞橋區(qū)、臨潼區(qū)、高陵區(qū)，咸陽市三原縣，渭南市富平縣，銅川市耀州區(qū)、王益區(qū)、印臺區(qū)、宜君縣，延安市黃陵縣、洛川縣、富縣、甘泉縣和寶塔區(qū)，引入既有包西線延安站，正線全長約287 km。西延高鐵沿線分布有村莊、學(xué)校、醫(yī)院等聲環(huán)境敏感點(diǎn)140余處，在延安市甘泉縣境內(nèi)，分布有1處高層住宅小區(qū)(以下簡稱“環(huán)境敏感點(diǎn)”)，距離西延高鐵外軌中心線最近距離約20 m，該環(huán)境敏感點(diǎn)地理位置示意見圖1。

圖1 環(huán)境敏感點(diǎn)地理位置示意

受既有甘泉站站位和曲線半徑制約，西延高鐵線路無進(jìn)一步遠(yuǎn)離該敏感點(diǎn)的條件，若實(shí)施工程搬遷，搬遷成本高昂，受影響人數(shù)眾多，為有效保護(hù)該環(huán)境敏感點(diǎn)的聲環(huán)境質(zhì)量，采取工程降噪措施成為唯一選擇。本文基于Cadna/A軟件建立西延高鐵與敏感點(diǎn)的噪聲影響預(yù)測模型，預(yù)測西延高鐵運(yùn)營的噪聲影響，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，模擬不同聲屏障的降噪效果，推薦合理可行的聲屏障措施。

2 環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲影響分析

2.1 Cadna/A軟件概述

Cadna/A軟件是一套基于ISO9613標(biāo)準(zhǔn)方法的噪聲模擬預(yù)測和控制軟件，于2001年獲得原國家環(huán)保總局環(huán)境工程評估中心的環(huán)境影響評價軟件認(rèn)證證書[9]。Cadna/A軟件用分段的思路計算鐵路噪聲輻射聲級，該方法先將鐵路線劃分為若干小段，每一段簡化為點(diǎn)聲源，形成有限長的系列點(diǎn)聲源，然后分別計算每個點(diǎn)聲源對環(huán)境敏感點(diǎn)作用的聲級后，按能量疊加原理合成得到敏感點(diǎn)處總的計權(quán)等效A聲級，疊加背景值得到預(yù)測值，判斷是否超標(biāo)。以此作為依據(jù)，進(jìn)行達(dá)標(biāo)分析，確定是否在新建鐵路、既有鐵路、或擴(kuò)建鐵路線路兩側(cè)上，采取適當(dāng)?shù)蔫F路噪聲防治措施[10-12]。利用Cadna/A軟件進(jìn)行鐵路環(huán)境噪聲的預(yù)測、評價及降噪方案研究，方法具有合理性[13]。

2.2 利用Cadna/A建立西延高鐵噪聲預(yù)測模型

(1)預(yù)測參數(shù)

根據(jù)西延高鐵設(shè)計文件，主要噪聲預(yù)測參數(shù)詳見表1。

表1 噪聲預(yù)測參數(shù)

(2)模型建立

根據(jù)列車對數(shù)、列車種類、運(yùn)行速度、位置關(guān)系等參數(shù)，利用Cadna/A軟件建立西延高鐵與聲環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲預(yù)測模型，利用我國建立在測試基礎(chǔ)上的鐵路噪聲源強(qiáng)數(shù)據(jù)及噪聲預(yù)測模式，對Cadna/A預(yù)測模型進(jìn)行驗(yàn)證與修正[10-14]。運(yùn)行軟件，預(yù)測西延高鐵對該敏感點(diǎn)的噪聲影響，水平聲場如圖2所示。

圖2 西延高鐵噪聲影響水平聲場示意

2.3 環(huán)境敏感點(diǎn)影響分析

以該環(huán)境敏感點(diǎn)距離西延高鐵20 m處的高層住宅為主要的研究對象，西延高鐵運(yùn)營近期對各樓層的噪聲影響預(yù)測值見表2，垂向聲場分布如圖3所示。

表2 噪聲影響預(yù)測值 dB(A)

圖3 無降噪措施垂向聲場分布示意

根據(jù)預(yù)測結(jié)果，鐵路軌面以下鐵路噪聲影響隨著樓層降低而遞減，而軌面以上，隨著樓層升高，噪聲影響增大，在第4層達(dá)到最大(軌面以上5.5 m處)，從第5層開始，隨著樓層升高，噪聲影響逐層衰減，每層衰減約0.3 dB(A)。西延高鐵對高層住宅的噪聲影響晝間預(yù)測值為65.8～73.1 dB(A)，夜間為59.3～66.6 dB(A)，對照GB3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中4b類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，晝間超標(biāo)0.3～3.1 dB(A)，夜間超標(biāo)2.1～6.6 dB(A)。

3 降噪措施及效果

設(shè)置聲屏障是防治鐵路運(yùn)行噪聲對環(huán)境污染的主要措施之一，已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛使用[15-17]。目前，高速鐵路路基段普遍使用3 m高直立式聲屏障，部分降噪要求較高的路段或者高層住宅，設(shè)置了封閉式聲屏障。

3.1 直立式聲屏障

根據(jù)京秦、秦沈客運(yùn)專線地面以上1.5 m處實(shí)測結(jié)果，2.5 m高聲屏障插入損失4～11 dB(A)[18-20]?；谖餮痈哞F與環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲預(yù)測模型，設(shè)置3 m高聲屏障，模擬聲屏障降噪效果，采取聲屏障措施后高層住宅的垂向等效聲級如圖4所示。

圖4 3 m高聲屏障措施后垂向聲場分布示意

采取3 m高直立式聲屏障對該敏感點(diǎn)5層及以下有降噪效果，降噪量為1.7～9.2 dB(A)，1～3層降噪效果明顯，降噪量為4.7～9.2 dB(A)，受聲屏障高度所限，對6層以上無降噪效果。增加聲屏障高度，聲程差相應(yīng)增加，降噪量隨之增加[21]。通過調(diào)研，銀西高鐵銀川站南咽喉區(qū)采用10 m高直立式聲屏障，聲環(huán)境敏感點(diǎn)4b類區(qū)滿足70 dB(A)，夜間60 dB(A)標(biāo)準(zhǔn)要求，2類區(qū)維持現(xiàn)狀[22]。采取10 m高聲屏障，西延高鐵對高層住宅的噪聲影響垂向聲場分布如圖5所示。

圖5 10 m高聲屏障措施后垂向聲場分布示意

采取10 m高直立式聲屏障，降噪效果及范圍均提高，對各層均有降噪效果，其中，在11層及以下降噪量為6.2～18.5 dB(A)，晝、夜間均可達(dá)標(biāo)；受高度所限，對12～16層降噪效果較小，降噪量為1.8～2.7 dB(A)，夜間仍超標(biāo)，超標(biāo)量1.1～1.6 dB(A)。

3.2 半封閉聲屏障

提高直立式聲屏障高度，降噪效果明顯提升，但仍存在超標(biāo)樓層，受結(jié)構(gòu)荷載、運(yùn)營安全、景觀等因素影響，直立式聲屏障的高度不可能持續(xù)升高。為有效防治位于高速鐵路單側(cè)、距離較近的高層住宅的噪聲影響，半封閉聲屏障在滬杭高鐵、京張高鐵、杭長高鐵的橋梁段得到了應(yīng)用，針對杭長高鐵半封閉聲屏障的監(jiān)測結(jié)果顯示，軌面以上0～6 m，距軌道中心線7.5，25 m處的降噪量分別為15～18 dB(A)、15～16 dB(A)[23-25]。采取高度11.1 m，頂部遮蔽寬度7 m，跨度15 m的半封閉聲屏障，西延高鐵對高層住宅的噪聲影響垂向聲場分布如圖6所示。

圖6 半封閉聲屏障措施后垂向聲場分布示意

采取半封閉聲屏障，聲影區(qū)覆蓋整個居民樓，降噪效果好，降噪量為13.5～21.9 dB(A)，軌面以上隨著樓層增加，降噪量降低，降噪規(guī)律與杭長高鐵半封閉聲屏障的實(shí)際監(jiān)測結(jié)果一致，各層晝、夜間均可達(dá)標(biāo)。為有效控制西延高鐵對該敏感點(diǎn)的噪聲影響，確保第一排高層住宅噪聲影響達(dá)標(biāo)，推薦該處敏感點(diǎn)采取半封閉聲屏障措施。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

結(jié)合西延高鐵與某處環(huán)境敏感點(diǎn)的相對位置關(guān)系，以距離鐵路20 m處的高層住宅為重點(diǎn)研究對象，基于Cadna/A軟件預(yù)測西延高鐵對該敏感點(diǎn)的噪聲影響，結(jié)合工程應(yīng)用情況，模擬不同聲屏障的降噪效果。主要得到以下結(jié)論。

(1)在路基軌面以上5.5 m處，鐵路噪聲影響達(dá)到最大，隨著樓層升高，噪聲影響逐層衰減，每層衰減0.3 dB(A)。

(2)3 m高直立式聲屏障對5層及以下(敏感點(diǎn)地面至軌面以上約8.5 m)有降噪效果；對1～3層(敏感點(diǎn)地面至軌面以上2.5 m)降噪效果明顯，降噪量為4.7～9.2 dB(A)。

(3)10 m高聲屏障對各層均有降噪效果，受高度所限，對12～16層(軌面以上29.5～41.5 m)降噪效果較小，降噪量為1.8～2.7 dB(A)。

(4)半封閉聲屏障對各層降噪效果明顯，降噪量為13.5～21.9 dB(A)，可應(yīng)用于該環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲防治。

4.2 建議

鐵路噪聲防治盡可能從源頭開展，新建鐵路選線時應(yīng)遠(yuǎn)離高層住宅區(qū)或者規(guī)劃的居民文教區(qū)。西延高鐵開通運(yùn)營后，應(yīng)開展該環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲影響及降噪效果現(xiàn)場監(jiān)測，將現(xiàn)場監(jiān)測獲得的降噪效果數(shù)據(jù)和模擬的降噪效果進(jìn)行分析對比，修正相關(guān)參數(shù)，有助于提高預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地指導(dǎo)以后的鐵路設(shè)計工作。