于坤宏，易慶輝，周德豪，劉孟奇，張磊磊

（1.中國鐵路設計集團有限公司 機械動力與環(huán)境工程設計研究院，天津 300308；2.中國鐵路太原局集團有限公司 計劃統(tǒng)計部，山西 太原 030013）

0 引言

城市軌道交通是大中城市公共交通的骨干，運量大、速度快、運行規(guī)律且準時，已日益成為出行的重要交通工具。隨著近年來經濟發(fā)展，人們環(huán)保意識提升的同時對生活環(huán)境的要求越來越高，列車運行噪聲問題已成為影響軌道交通高架線發(fā)展的重要因素之一。

高架線運行噪聲主要來源于軌道交通運營期間橋梁段，輪軌之間相互作用產生車輪、軌道的輻射噪聲，此外，振動還會向橋梁的各個構件傳遞，激發(fā)橋梁構件振動，輻射產生結構噪聲。根據(jù)相關研究，由于結構噪聲影響，列車通過鋼橋產生的總聲壓級增大了5～15 dB[1]。于龍波等[2]通過對城市軌道交通高架橋噪聲特性的測試，提出未采取聲屏障措施情況下普通箱梁噪聲主要頻率集中在400～800 Hz。陸可人等[3]通過對高架橋結構噪聲實測發(fā)現(xiàn)，橋梁結構噪聲以低頻為主，峰值出現(xiàn)在50～80 Hz范圍內，并且地面反射對遠場近地面噪聲影響較大。李茜等[4]根據(jù)實測數(shù)據(jù)分析，在400 Hz以下頻段，鋼-混組合梁的噪聲遠大于混凝土箱梁，在100 Hz時差值達15.3 dB(A)。張曉蕓等[5]建立板式無砟軌道-箱梁橋-聲屏障有限元模型，聲屏障可整體增加高架線路1～2 dB的結構噪聲，地面反射的作用會加強聲場的指向性，最大增加5 dB的結構噪聲。劉全民等[6]提出了鐵路鋼-混結合梁橋車致振動與結構噪聲的理論計算方法，通過現(xiàn)場實測驗證了理論模型。從結構噪聲控制角度，張迅等[7]針對列車在鋼橋上運行時的噪聲特點，提出降能、抑振、阻噪“三位一體”綜合減振降噪策略。從降能角度，除采用無縫線路、重型鋼軌和常規(guī)軌道減振措施外，運營管理對降低軌道振動的效果也不容忽視，張伯林等[8]通過實測發(fā)現(xiàn)鋼軌打磨后，可降低Z振級4 dB以上，有顯著減振效果。從抑振角度，可以通過增大橋梁結構阻尼或改變鋼梁質量降低鋼梁產生的二次結構噪聲，劉全民等[9]通過仿真和實測得出，鋼梁腹板敷設約束阻尼層后，振動降低了4.4～8.1 dB，噪聲值降低了4.2～4.3 dB(A)。

與混凝土橋相比，鋼橋結構噪聲引起的軌道交通列車運行輻射噪聲顯著增加，易引起周邊居民投訴。本文以某城市軌道交通項目高架線鋼-混結合梁橋為例，分析其噪聲影響特性，結合現(xiàn)場試驗開展了城市軌道交通高架線鋼-混結合梁橋列車運行期間輻射噪聲特性的研究，以便于后續(xù)采取針對性降噪措施。

1 噪聲測試概況

1.1 測試項目簡介

測試項目于2012年10月開通試運營，K6+757.42至K6+898.4段為該軌道交通項目高架整體道床，梁體為鋼-混結合梁，橋梁共計2聯(lián)，按3跨連續(xù)梁布設，共計6跨，單跨長度均為23.5 m，總長度共計141 m。橋梁整體總高度1.6 m，橋面混凝土厚度0.32 m，橋面上部寬度9.3 m，下底寬度4.5 m，橋梁與地面高差約9.6 m。鋼-混結合梁橫斷面如圖1所示，測試項目周邊環(huán)境概況如圖2所示。

圖1 鋼-混結合梁橫斷面(單位：cm)

圖2 測試項目位置

現(xiàn)場橋上設有聲屏障，其中上行(臨近公路一側)聲屏障高度4 m(見圖3)、下行聲屏障高度3 m(見圖4)，聲屏障長度均已覆蓋臨近敏感目標。根據(jù)運營單位現(xiàn)場檢查結果，聲屏障設備狀態(tài)良好、功能正常，運營單位對鋼軌進行了打磨，鋼軌狀態(tài)良好。

圖3 上行4 m高聲屏障

圖4 下行3 m高聲屏障

1.2 測試設備與測點位置

（1）測試設備。本次測試采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和麥克風傳感器對列車運營期間的輻射噪聲進行測量，滿足低頻噪聲測量需求。

（2）測點位置。該線路沿城市主干路走行，測試斷面處軌面高度約9.6 m，測點選擇距離軌道交通線路最近的住宅樓外側，共布設3個測點，測點距離軌道交通線路中心線水平距離40 m、距離住宅樓外側4 m。測試設備及對應測點位置如表1所示，測點位置示意如圖5所示。為盡可能避免現(xiàn)狀公路噪聲對測試數(shù)據(jù)的干擾，測試時間選擇20:00—24:00。

表1 測量儀器及測點匯總表

圖5 測點位置示意(單位：m)

2 噪聲特性分析

2.1 聲級水平分析

測試期間共取得52列車通過期間的測試數(shù)據(jù)，選取列車通過期間的數(shù)據(jù)進行分析。各測點列車通過期間的時程曲線如圖6所示。

由圖6可知，自列車運行至鋼-混結合梁橋后，各測點處環(huán)境噪聲逐漸升高，在車頭運行至敏感目標處時環(huán)境噪聲達到最大，測點1、測點2和測點3最高峰值分別為97.3 dB、99.2 dB和98.0 dB，待列車遠離后，環(huán)境噪聲迅速降低至背景噪聲。根據(jù)《聲學軌道機車車輛發(fā)射噪聲測量》(GB/T 5111—2011)[10]計算列車通過期間的等效聲級和相鄰時段的背景值。列車運行期間的等效聲級約82.5～92.3 dB，背景噪聲約62.9～77.2 dB，列車運行期間的噪聲超出背景噪聲約9.7～27.5 dB；考慮A計權后，列車運行期間的等效聲級約65.0～73.4 dB(A)，背景噪聲約53.4～66.3 dB(A)。列車通過期間等效聲級和背景噪聲值如圖7所示。

圖6 各測點列車通過期間時程曲線

由圖7中可知，在背景值遠低于列車通過期間噪聲貢獻值時，自樓層1至5層，所有測點噪聲值均較高，并且存在低樓層噪聲值高于高樓層現(xiàn)象。該區(qū)段設有4 m高直立式聲屏障，按照《聲屏障聲學設計和測量規(guī)范》(HJ/T 90—2004)[11]中聲屏障降噪的聲學原理，采取聲屏障措施后，低樓層測點受列車輪軌噪聲影響的噪聲值應低于高樓層，而本次測試結果顯示存在低樓層噪聲值高于高樓層現(xiàn)象。橋梁下部結構噪聲影響更為突出，鋼-混結合梁橋列車運行產生的輪軌噪聲不是影響敏感目標的主要噪聲源，采取聲屏障措施后，受橋梁結構噪聲的影響，聲屏障措施無法達到理想的降噪效果。

圖7 列車通過期間等效聲級和背景噪聲

2.2 頻域特性分析

選擇列車通過期間等效聲級最高的序號4組數(shù)據(jù)進行頻譜分析，列車運行期間的噪聲頻譜與背景噪聲頻譜如圖8所示。

由圖8可知，區(qū)域內環(huán)境背景噪聲呈寬頻特性，能量主要集中在200～3 150 Hz頻道范圍內，頻帶幅值最高45.5 dB，背景噪聲較低。列車通過期間，與背景噪聲相比，所有頻帶內噪聲均有一定幅度增加，20～160 Hz頻帶范圍內增量最大，達30.5～56.0 dB，其中50～100 Hz頻帶范圍內聲壓級最高，達70.4～88.4 dB，能量占比96.9%，低頻噪聲為列車通過期間主要輻射噪聲，中高頻噪聲相對較小。

根據(jù)相關研究中針對城市軌道交通高架線噪聲特性的分析，未采取聲屏障措施情況下普通箱梁噪聲主要頻率集中在400～800 Hz，與圖8對照可知，該項目列車運行期間低頻噪聲顯著增大，符合橋梁結構噪聲的頻譜特性，綜合考慮現(xiàn)場測試期間的背景噪聲及噪聲的頻譜特性，本次測試項目列車運行產生的噪聲主要為列車運行引起的鋼-混結合梁振動輻射的二次結構噪聲。

圖8 列車運行期間的噪聲頻譜與背景噪聲頻譜

3 結論與建議

通過對某軌道交通項目高架線鋼-混結合梁橋的噪聲特性試驗，在采取4 m高聲屏障措施的條件下，得出以下主要結論。

（1）本次測試鋼-混結合梁橋列車運行期間的噪聲影響顯著，距離線路中心線水平距離40 m處列車運行期間的等效聲級達82.5～92.3 dB，遠高于背景環(huán)境噪聲。

（2）采取聲屏障措施后，鋼-混結合梁橋列車運行產生的輪軌噪聲不是影響敏感目標的主要噪聲源，受橋梁結構噪聲的影響，聲屏障措施無法達到理想的降噪效果。

（3）與背景噪聲相比，鋼-混結合梁橋列車運行噪聲的低頻噪聲顯著增加，其中50～100 Hz頻帶范圍內聲壓級最高，達70.4～88.4 dB，能量占比96.9%，低頻噪聲為列車通過期間主要輻射噪聲，中高頻噪聲相對較小。

（4）該項目列車運行噪聲主要為列車運行引起的鋼-混結合梁振動輻射的結構噪聲，下階段噪聲治理工作應重點針對降低鋼-混結合梁構件的振動方面開展。