賀玉龍 黃宏宇 王紹笳 杜全軍 張書(shū)豪

（西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 成都 611756）

0 引言

隨著我國(guó)城市化的不斷完善，城市交通的壓力也隨之增強(qiáng)，我國(guó)城市軌道交通進(jìn)入了快速發(fā)展階段?，F(xiàn)代有軌電車因其成本低、環(huán)保、客運(yùn)量大、建設(shè)周期短等特點(diǎn)，近年得到迅猛發(fā)展。截至2020年底，我國(guó)大陸地區(qū)已有20座城市開(kāi)通有軌電車，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)485.7 km［1］。有軌電車多數(shù)建設(shè)于城市間作為干線或支線，這樣的線路設(shè)計(jì)不可避免的要途經(jīng)學(xué)校、居民住宅區(qū)等噪聲敏感區(qū)，車輛運(yùn)行時(shí)對(duì)這些敏感區(qū)的噪聲影響是一個(gè)不可回避的問(wèn)題［2-5］。

本文通過(guò)對(duì)成都有軌電車蓉2號(hào)線某直線段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，分析有軌電車的噪聲源強(qiáng)特性及噪聲水平衰減規(guī)律，并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與我國(guó)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）中現(xiàn)代有軌電車噪聲預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析預(yù)測(cè)方法的適用性，為成都市后續(xù)有軌電車建設(shè)噪聲環(huán)境影響提供參考。

1 現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試

1.1 測(cè)試地點(diǎn)及測(cè)量條件

測(cè)試地點(diǎn)選在成都市有軌電車蓉2號(hào)線安埠站與天映路之間的地面線直線段，該直線段地勢(shì)平坦，方便架設(shè)三腳架安裝聲傳感器，視野較好，能清楚的觀察并記錄來(lái)車情況，且周圍無(wú)其他明顯噪聲源。監(jiān)測(cè)選在無(wú)雨雪、雷電的天氣進(jìn)行，風(fēng)速低于5 m/s。測(cè)試期間背景噪聲范圍為49.2～52.7 dB，另含道路紅綠燈及電車信號(hào)燈一處。

運(yùn)行車輛為100%低地板車輛，五列編組，車長(zhǎng)約32.6 m，寬2.65 m，最高運(yùn)行速度70 km/h。

1.2 測(cè)試方法及儀器

噪聲源強(qiáng)測(cè)試按照《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）［6］，噪聲衰減測(cè)試參照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）［7］中環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)有關(guān)要求。

測(cè)試采用INV3062-C1（L）型8通道采集儀，聲壓傳感器采用INV9206型高精度ICP式聲壓傳感器。

1.3 測(cè)點(diǎn)布置

源強(qiáng)測(cè)點(diǎn)距離近軌中心線7.5 m，距軌頂面高3.5 m處；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，水平噪聲衰減測(cè)點(diǎn)布置為：距離近軌中心線7.5、15、30、45、60 m處布置聲壓傳感器，距地面高1.2 m?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置（單位：m）

測(cè)試連續(xù)監(jiān)測(cè)了7趟有軌電車，計(jì)算列車通過(guò)時(shí)段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)處的等效連續(xù)A聲級(jí)，相近速度取平均值。通過(guò)對(duì)各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析，得到噪聲源強(qiáng)的頻譜特性、噪聲源強(qiáng)A聲級(jí)時(shí)變特性，以及水平方向噪聲衰減規(guī)律。

2 噪聲源強(qiáng)特性

2.1 源強(qiáng)實(shí)測(cè)結(jié)果

有軌電車運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲源強(qiáng)是環(huán)境噪聲分析的重點(diǎn)，通過(guò)對(duì)有軌電車在三個(gè)不同速度下勻速通過(guò)時(shí)的噪聲源強(qiáng)進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，得到噪聲源強(qiáng)結(jié)果與列車運(yùn)行速度關(guān)系，見(jiàn)表1。

表1 有軌電車不同速度下的噪聲源強(qiáng)

從表1中可以看出，列車通過(guò)時(shí)間內(nèi)的噪聲源強(qiáng)隨著速度的增加而逐漸增大，擬合公式為：

式中，Lp0為噪聲源強(qiáng)，dB；v為列車通過(guò)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行速度，km/h。

2.2 源強(qiáng)頻譜特性

為了解不同速度下有軌電車噪聲源強(qiáng)的頻譜特性，將有軌電車以40 km/h、45 km/h和52.6 km/h速度運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，有軌電車的噪聲能量主要集中在250～2 000 Hz。列車以不同運(yùn)行速度通過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)的頻帶聲壓級(jí)隨頻率的變化情況從整體上看是一致的［5］，都在500 Hz附近出現(xiàn)峰值。

圖2 不同速度下的噪聲源強(qiáng)頻譜

2.3 源強(qiáng)處列車通過(guò)時(shí)段A聲級(jí)時(shí)變特性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)所得數(shù)據(jù)，不同運(yùn)行速度下有軌電車通過(guò)時(shí)段內(nèi)A聲級(jí)隨時(shí)間變化趨勢(shì)總體上呈現(xiàn)出一致性，本次測(cè)試所得結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)有軌電車通過(guò)速度分別為40 km/h、45 km/h、52.6 km/h時(shí)，噪聲源強(qiáng)對(duì)應(yīng)的A聲級(jí)最大值依次為81.4 dB、81.6 dB、83.8 dB。從A聲級(jí)曲線圖中也能看出，列車車頭剛剛抵達(dá)以及車尾離開(kāi)這兩小段時(shí)間內(nèi)A聲級(jí)增（降）幅發(fā)生了急劇變化，車頭駛近測(cè)點(diǎn)時(shí)A聲級(jí)的平均變化速率為9.42 dB（A）/s，車尾駛離測(cè)點(diǎn)時(shí)A聲級(jí)的平均變化速率為-5.78 dB（A）/s。列車在通過(guò)過(guò)程中變化幅度較小，通過(guò)時(shí)段A聲級(jí)的平均變化速率為0.17 dB（A）/s，整個(gè)列車通過(guò)過(guò)程有明顯的波峰出現(xiàn)。

圖3 不同速度通過(guò)時(shí)段A聲級(jí)隨時(shí)間變化

3 噪聲等效連續(xù)A聲級(jí)水平衰減規(guī)律

3.1 水平衰減實(shí)測(cè)分析

本次測(cè)試中有4趟有軌電車運(yùn)行速度處于38.7 km/h～42.4 km/h范圍內(nèi)，基于測(cè)試樣本的數(shù)量以及測(cè)量路段有軌電車運(yùn)行普遍速度，取平均值40 km/h進(jìn)行水平衰減特性分析。測(cè)試所得數(shù)據(jù)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，當(dāng)有軌電車以40 km/h的速度通過(guò)時(shí)，其等效連續(xù)A聲級(jí)隨水平距離的增大呈衰減趨勢(shì)。近場(chǎng)的衰減速度明顯大于遠(yuǎn)場(chǎng)的衰減速度，15 m以前的衰減速度最快（7.5 m～15 m距離范圍內(nèi)，等效A聲級(jí)衰減率達(dá)0.92 dB/m）；45 m以后的衰減速度則相對(duì)放緩（等效A聲級(jí)衰減率為0.12 dB/m）；15～45 m距離范圍內(nèi)等效A聲級(jí)衰減率則為0.337 dB/m。

圖4 有軌電車以40 km/h運(yùn)行時(shí)的噪聲水平衰減

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，有軌電車通過(guò)時(shí)間內(nèi)等效連續(xù)A聲級(jí)隨水平距離的變化可近似用公式描述：

式中，LAeq為測(cè)點(diǎn)處通過(guò)等效連續(xù)A聲級(jí)，dB（A）；d為測(cè)點(diǎn)距離軌道中心線的水平距離，m。

3.2 導(dǎo)則預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）列車運(yùn)行噪聲預(yù)測(cè)方法，列車運(yùn)行噪聲等效連續(xù)A聲級(jí)基本預(yù)測(cè)計(jì)算式如下所示［3］：

式中，Lp0為列車最大垂向指向性方向上的噪聲輻射源強(qiáng)，dB（A）；Cn為列車運(yùn)行噪聲修正，dB（A）。

式中，Cv為運(yùn)行噪聲速度修正，dB（A）；Cd為運(yùn)行輻射噪聲幾何發(fā)散衰減，dB（A）；C為運(yùn)行噪聲垂向指向性修正，dB（A）。

式中，v為通過(guò)預(yù)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行速度，km/h；v0為噪聲源強(qiáng)的參考速度。

式中，d為預(yù)測(cè)點(diǎn)至聲源的直線距離，m；d0為源強(qiáng)點(diǎn)至聲源的直線距離，m。

式中，為聲源和預(yù)測(cè)點(diǎn)之間的連線與水平面的夾角，（°）。

利用式（3）—式（7）對(duì)有軌電車通過(guò)時(shí)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)。

以典型通過(guò)速度40 km/h進(jìn)行分析，由表1可知，當(dāng)有軌電車以40 km/h速度運(yùn)行，噪聲源強(qiáng)為78.9 dB。根據(jù)式（6）、式（7）計(jì)算得出通過(guò)時(shí)段內(nèi)各預(yù)測(cè)點(diǎn)處的噪聲修正項(xiàng)，見(jiàn)表2。

表2 有軌電車運(yùn)行噪聲修正值計(jì)算

將各個(gè)修正項(xiàng)計(jì)算值代入式（3）、式（4）計(jì)算得出通過(guò)時(shí)段內(nèi)各預(yù)測(cè)點(diǎn)處等效連續(xù)A聲級(jí)，然后將對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表3。

表3 有軌電車以40 km/h通過(guò)時(shí)的等效A聲級(jí)

由表3可知，有軌電車以40 km/h通過(guò)時(shí)的等效A聲級(jí)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之差均在1 dB以內(nèi)，這說(shuō)明導(dǎo)則中列車運(yùn)行噪聲預(yù)測(cè)模式的精度較高。

4 結(jié)論

1）成都有軌電車蓉2號(hào)線運(yùn)行噪聲頻譜以250～2 000 Hz為主，在不同運(yùn)行速度下，其頻譜基本一致，在500 Hz頻率附近列車頻帶聲壓級(jí)出現(xiàn)峰值。

2）有軌電車噪聲在水平距離7.5～15 m范圍內(nèi)衰減較快，衰減率為0.92 dB/m，而在45 m后的衰減較慢，衰減率為0.12 dB/m，15～45 m距離范圍內(nèi)等效A聲級(jí)衰減率為0.337 dB/m。

3）《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）中的有軌電車運(yùn)行噪聲預(yù)測(cè)模式的精度較高。