山地城市多层次复合铁路噪声声源特性试验研究_毛伟.pdf

57材料与技术Material&Technology2023NO.03引文检索：毛伟，陈泳帆，王永超，等.山地城市多层次复合铁路噪声声源特性试验研究 J.重庆建筑，2023（3）：57-61.山地城市多层次复合铁路噪声声源特性试验研究毛伟1，陈泳帆1，王永超1，王琪2，张华廷1（1中机中联工程有限公司，重庆400039；2重庆九翕德田建筑科技有限公司，重庆400039）摘要：基于山地城市特殊城市形态，对多层次复合铁路建设模式下的噪声特性研究尚不多见。通过对山地城市多层次复合铁路噪声进行实地调研、现场试验、数据处理、噪声特性分析，研究了山地城市多层次复合铁路列车不同运行工况下的噪声特性，得到了不同车型列车通行、鸣笛通行、同时通行以及昼夜间背景噪声特性变化情况，可为山地城市多层次复合铁路噪声声源特性及其相关计算分析提供基础数据参考。关键词：山地城市；铁路噪声；声源特性中图分类号：U467.4+93 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）03-0057-05收稿日期：2022-08-17作者简介：毛伟（1986），男，甘肃会宁人，博士，高级工程师，主要从事建筑技术科学、既有建筑功能改造相关的设计与研究工作，邮箱：。通讯作者：张华廷（1984），男，四川达州人，硕士，高级工程师，主要从事工业工程、市政工程室内环境绿色营造与能源高效应用相关设计与研究工作，邮箱：。ExperimentalStudyonNoiseSourceCharacteristicsofMulti-levelCompositeRailwayinaMountainousCityMaoWei,ChenYongfan,WangYongchao,WangQi,ZhangHuatingAbstract:Forthespeciallandscapeofmountainouscities,studyonnoisecharacteristicsunderthemulti-levelcompositerailwayconstructionmodeisstillrare.Throughfieldinvestigation,on-siteexperiment,datacollectionandprocessing,andnoisecharacteristicsanalysis,thenoisecharacteristicsofthemulti-levelcompositerailwayinmountaincitiesunderdifferentoperatingconditionswerestudied,derivingthechangesinnoisecharacteristicsunderdifferentconditionsoftrainsrunning,whistlingwhilerunning,simultaneouslyrunning,andrunningatdayandnight,whichcanprovidebasicdatareferenceforthenoisesourcecharacteristicsofthemulti-levelcompositerailwayinmountainouscitiesandrelevantcalculationsandanalyses.Keywords:mountainouscities;railwaynoise;noisesourcecharacteristics1 研究背景随着我国城镇化进程的加快，噪音扰民已成为普遍的社会问题。据生态环境部 2022 年发布的中国噪声污染防治报告1统计，2021年全国地级市以上城市合计受理噪声投诉举报约 401 万件，其中生态环境部门信访投诉平台共接到公众举报 45 万余件，噪音扰民问题占45%。同时，由于轨道交通运输具有载运能力强、行驶速度快、运输安全可靠、运输时间准确、节约建设占地等优势，在城市建设中得到广泛应用，但以此带来的噪音干扰问题也日益严重，尤其是在山地城市中，多层次复合铁路噪声的影响较普通城市而言更为明显。因此，针对山地城市多层次复合铁路噪声对相邻建设项目地块的影响进行分析，对降低其带来的噪声干扰、保护和改善生活环境、保障人体健康、探索噪声控制技术路线具有重要的现实意义。目前，我国对铁路环境噪声影响的研究已取得了较为丰富的成果。房建等2建立了一种计算普通客运列车最大噪声级的方法。鞠龙华等3建立了多声源模式下高速铁路噪声预测模型，并将不同声源模式下的预测结果与实测结果进行对比，验证了模型的有效性。朱瑞仪等4提出了轨道交通噪声沿水平方向传播的计算模型，通过对比上海市某高架轻轨运行段的实验结果实测结果，验证了模型的有效性。李铭玥等5选取了重庆轻轨沿线三处典型地段进行声环境测试，研究了轻轨直行及转弯通过时的声源特性及噪声影响。赵阳等6对长春轻轨 3 号线列车运行时产生的噪声进行了信号采集及分析，研究了其传播规律、频谱特性等数据，并与普通地铁列车运行噪声进行了对比，为轻轨列车运行中的噪声控制研究提供了基础依据。刘兰华7在大量高速铁路辐射噪声现场试验研究的基础上，获得了我国高速铁路桥梁线路和路基线路分别在 200300km/h 及 300350km/h 速度区间下的噪声源强特性变化规律，探讨了不同速度区间噪声源强与速度的变化机理。邵志跃8通过对列车通过噪声及通过前后其他环境噪声现场实测数据的分析，归纳了高架轨道交通噪声的垂直分布特征。高艺轩9将重庆轨道 3 号线的 5 个临轨布置典型居民区作为研究对象，进行轨道交通实测，探究轨道噪声在临轨居民区内的传播规律及频谱特性。杨忠平10分析了铁路噪声产生的机理，总结了铁路噪声及铁路桥梁段噪声影响的特点，并研究了铁路桥梁段噪声辐射影响的规律特点。山地城市是一种特殊城市形态，多层次铁路建设模式较为常见。对该铁路建设模式下的噪声特性的研究尚不多见。为此，本文通过对山地城市多层次复合铁路噪声进行实地踏勘调研、现场测量、数据处理、噪声特性分析，研究doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.03.57Chongqing Architecture58第 22 卷 总第 233 期山地城市多层次复合铁路噪声声源特性，为山地城市铁路相邻建设项目噪声评估及降噪设计提供参考。2 试验方案2.1试验对象本次试验对象为重庆某处多层次复合铁路，包括 4 条铁路线路，共 6 条车道，运行的列车种类包括动车、客车与货车。按照上、中、下车道分类对应的线路等信息见表 1。表 1 中，上车道远和上车道近代表上车道中两条轨道离测点的远近关系，余同。4 条铁路线路和列车轨道与地块重点分析区域关系横断面示意如图 1 所示。表 1 铁路车道相关信息车道位置表示线路名称车道标高上车道远铁路 1轨面标高 290m上车道近铁路 1轨面标高 290m中车道远铁路 2轨面标高 273m中车道近铁路 2轨面标高 273m下车道远铁路 3轨面标高 248.5m下车道近铁路 4轨面标高 248.5m图 1 火车轨道与地块重点分析区域关系横断面示意图列车运行噪声及其进入隧道前的鸣笛声构成了测点所在地块的主要声污染源。地块距离铁路最近的距离约 75m，铁路噪声对地块的声环境品质具有较大的不利影响，地块西侧高速公路及西北侧城市公路主干道交通噪声形成地块的背景噪声。本次研究以铁路 1铁路 4 为重点分析对象，评估列车鸣笛与否、不同类型列车运行及不同类型列车组合运行等工况下的噪声声源特性。2.2试验依据及前期分析根据声环境质量标准11（GB30962008），测点所在地块所在城区环境影响评价要求：铁路干线建设项目两侧区域为 4b类声环境功能区，其室外昼、夜等效连续声级限值分别为70dB(A)与 60dB(A)；穿越城区的既有铁路干线及其改建、扩建的铁路建设项目的两侧区域，不通过列车时的环境背景噪声限值按昼间 70dB(A)、夜间 55dB(A)执行；各类声环境功能区夜间突发噪声（如鸣笛）最大声级超过环境噪声限值的幅度不得高于 15dB(A)。根据相关标准，对测点所在地块噪声影响列车的通行情况做了记录。其中，07:0023:30 之间对列车类型、到达时间、行驶车道、行驶方向、鸣笛与否等做了全面的室外观察，夜间23:30 以后的列车数量则通过样板房内测量的声级起伏进行辨识得到。图 2 给出了每小时观察到的各种车型的数量以及总数（位于柱状图上方）。从图中可以看出：动车与客车在 09:0022:00期间通行较多；货车通行相对比较分散，偶尔集中于某一时段；09:0013:00、16:0017:00、20:0000:00 为列车通行高发时段；平均通车量为昼间 9.1 辆/h、夜间 7.0 辆/h，全天为 8.4 辆/h。特别说明的是，上车道远在测量时正处于声屏障施工期间，尚无列车通行。图 2 每小时经过车辆类型柱状图试验指标主要为昼、夜间的等效连续声级Leq和最大声级Lmax。根据测量结果，进一步分析多层次复合铁路噪声声源特性，包括各种列车车型通过时的噪声时、频特性及基地背景噪声的频谱特性等。2.3试验仪器和试验时间试验仪器主要有：爱华 AWA6291 型噪声振动频谱分析测试仪（已按相关规定进行送检和校准）、爱华 AWA6221A 型声校准器、丹麦 B&K 公司 4291 型 1/2 自由场电容传声器、B&K信号放大器。测量选在无雨雪、无雷电的天气，风速 5m/s 以下时进行。按最不利原则，分别选取距离铁路最近的西南侧作为此次调查的对象。为掌握地块沿线交通噪声情况，依据相关标准设置了地块临铁路处的测点 1#、测点 2#、测点 3#，测点高度为距离地面 1.5m，距离各反射物（地面除外）超过 3.5m。图3 为测点 1#、测点 2#、测点 3#的位置示意图。图 3 测点位置示意图依据 声环境质量标准 附录C（噪声敏感建筑物监测方法）59材料与技术Material&Technology2023NO.03的规定：“对于铁路、城市轨道交通（地面段）、内河航道，昼、夜各测量不低于平均通行密度的1h等效声级Leq以上监测对象夜间存在突发噪声的，应同时监测测量时段内的最大声级 Lmax。”为了更加准确全面地了解现场的噪声情况，采用1/3 倍频程逐秒测量的方式，实际测量时间总计超过 51h，共获得 183600 组以上的数据。3 试验数据分析3.1单辆列车未鸣笛时与鸣笛运行时的噪声源特性图 4 和图 5 为动车不鸣笛和鸣笛经过时，1#测点处 A 声级随时间变化情况。1#测点处相关测量数据见表 2。从图中和表中对比可以看出，对于同一车型，当单辆列车鸣笛时，铁路噪声等效声级、最大声级较不鸣笛时明显增加，增加约 4dB（A）。抽取 11:19 时间点 1#、2#、3#测点测得的客车经过时的噪声数据，详见表 3。从表 3 可看出，不同测点处测量结果值基本吻合。后文仅用 1#测点处数据分析。3.2单辆不同列车车型运行时的噪声源特性图 6 和图 7 分别为客车和货车鸣笛经过时，1#测点处 A声级随时间变化情况，相关测量数据及分析见表 4。通过对比图 5图 7、表 2表 4 可以看出：通行客车时产生的噪声级最大，等效连续声级Leq和最大声级 Lmax较动车和货车相差可达10dB(A)，不同车型、不同时间段通行列车最大声级 Lmax（鸣笛）具有较大差异和不确定性。图 6 1#测点 21:56 某客车经过时声压级频率特性测量图（鸣笛）图 7 1#测点 21:13 某货车经过时声压级频率特性测量图（鸣笛）表4 1#测点某客车和某货车经过时声压级频率特性测量数据（鸣笛）序号到达时间车型时长(s)LeqdB（A）LmaxdB（A）车道方向是否鸣笛121:56客车5568.683.9下车道远是221:13货车8062.270.7中车道是3.3多条铁路线路列车组合运行时的噪声源特性图 8 和图 9 分别为某客车和动车交汇、某两辆货车和动车交汇两种工况下，1#测点处 A 声级随时间变化情况，相关测量数据及分析见表 5 和表 6。通过对比图 8 和图 9、表 5 和表 6 可以看出：当多辆车同时运行时，其噪声干扰较单辆列车运行，等效声级增加幅度有较大不确定性，可达 214dB(A)；多辆动车图 4 1#测点 21:36 某动车经过时声压级频率特性测量图图5 1#测点21:04某动车经过时声压级频率特性测量图（鸣笛）表 2 1#测点某动车经过时声压级频率特性测量数据序号到达时间车型时长(s)LeqdB（A）LmaxdB（A）车道方向是否鸣笛121:36动车3058.664.1下车道远否221:04动车2562.567.8下车道近是表 3 各测点某客车经过时声压级频率特性测量数据测点到达时间车型时长(s)LeqB（A）LmaxdB（A）车道方向是否鸣笛1#11:19客车3567.372.8下车道远否2#11:19客车3567.272.8下车道远否3#11:19客车3368.672.8下车道远否Chongqing Architecture60第 22 卷 总第 233 期与货车交汇通行时，等效声级可与客车相当，甚至可高于客车通行 3dB（A）以上；突发噪声的频次也有所增加。图 8 某货车和客车交汇时的声压级频率特性以及相关信息图 9 1#测点 8:26 某两辆货车和动车交汇时声压级频率特性测量图表5 1#测点某货车和客车交汇时声压级频率特性测量数据序号到达时间车型时长(s)LeqdB（A）LmaxdB（A）车道方向是否鸣笛110:28货车8569.282.2中车道是210:29客车8569.282.2下车道远否表 6 1#测点某两辆货车和动车交汇时声压级频率特性测量数据序号到达时间车型时长(s)LeqdB（A）LmaxdB（A）车道方向是否鸣笛18:26货车10672.081.2中车道是28:26货车10672.081.2中车道是38:26动车10672.081.2下车道远是3.4列车与典型背景噪声源的频率特性为研究列车与背景噪声的频率特性，对不同类型列车通过时的噪声以及无列车通过时的背景噪声进行了频谱分析。列车较长，其车体通行噪声在通过的中间时段可以看作是线声源发出的，在测点处可以测得较为稳定的噪声，频谱据此计算。而鸣笛是随车体运动的点声源，在快速地由近及远的过程中，测点处鸣笛声强度与频谱会有变化，此处鸣笛频谱可以看作是某种平均特性。背景噪声为无列车通过时典型的昼、夜时段数据。图 10图 12为动车、客车与货车通行时的噪声频谱，图13图 15 为三种车型鸣笛时的频谱，图中数据是综合了若干同图 15 货车鸣笛时噪声频谱图 14 客车鸣笛时噪声频谱图 13 动车鸣笛声频谱图 12 货车通行噪声频谱（不鸣笛时）图 11 客车通行噪声频谱（不鸣笛时）图 10 动车通行噪声频谱（不鸣笛时）61材料与技术Material&Technology2023NO.03类车型得到的平均相对声级分布。从图 10图 15 可以看出，各车型通行时都有丰富的低频声，动车和货车主要是低频声，动车还具有很高的次声，客车则以中低频声为主导；各车型鸣笛时中高频声比例增加，且客车与货车的鸣笛声在 400Hz 频带上有凸出的声级，使鸣笛声具有某种音调。图 16 为 1#测 点 实 际 测 得 的 昼 间 14:0015:30、夜 间22:0023:30 长时间背景噪声频谱（去除了列车通过时的数据）。可以看见昼、夜背景噪声频谱非常接近，这是因为该背景噪声主要由地块西侧的公路交通噪声形成，两者之间在低频稍有差别，可能是由于昼夜通行的车辆种类略有不同引起的。4 结论本文通过多层次复合铁路噪声特性试验研究，得出主要结论如下：（1）无论列车车型为客车、动车或货车，同一区域、同一车型的单辆列车鸣笛时，其等效声级及突发噪声的辐射声级较不鸣笛时有明显的增加，增幅可达 4dB（A）；（2）通行客车时产生的噪声级最大，等效连续声级Leq和最大声级 Lmax较动车和货车相差可达 10dB(A)，不同车型、不同时间段通行列车最大声级 Lmax（鸣笛）具有较大差异和不确定性；（3）当多辆车同时运行时，其噪声干扰较单辆列车运行，等效声级增加幅度有较大不确定性，增幅区间可达 214dB(A)。图 16 某天昼（浅）、夜（深）背景噪声频谱多辆动车与货车交汇通行时，等效声级可与客车相当，甚至可高于客车通行 3dB（A）以上，突发噪声的频次也有所增加；（4）各车型通行时都有丰富的低频声，动车和货车主要为低频声，动车还具有很高的次声，客车则以中低频声为主导。各车型鸣笛时中高频声比例增加，且客车与货车的鸣笛声在400Hz 频带上有凸出的声级，使鸣笛声具有某种音调。参考文献：1中华人民共和国生态环境部.中国噪声污染防治报告R.2022.2房建，雷晓燕，练松良，等.铁路噪声预测方法研究 J.噪声与振动控制，2010（6）：78-80.3鞠龙华，葛剑敏，郭彦婕.基于多声源模式的高速铁路噪声预测模型 J.同济大学学报（自然科学版），2017（1）：58-63.4朱瑞仪，车驰东，谢鲁威.高架轻轨噪声预报模型与实验对比 J.噪声与振动控制，2013（3）：106-110.5李铭玥，谢辉，刘岑，等.山地城市轻轨沿线典型地段声环境研究 J.应用声学，2015（6）：477-486.6赵阳，段传波，张辉.轻轨列车交通噪声研究 J.城市轨道交通研究，2014（9）：89-91.7刘兰华.我国高速铁路噪声源强特性变化试验研究 J.铁道建筑，2016（40）：160-163.8邵志跃.高架轨道交通噪声垂直分布特征的实测分析 J.噪声与振动控制，2018（Z1）：623-626.9高艺轩.临轨居民区轨道噪声影响评价以重庆轨道3 号线为例 D.重庆：重庆交通大学，2022.10杨忠平.铁路桥梁段噪声影响及其治理措施研究 D.成都：西南交通大学，2014.11声环境质量标准：GB30962008S.2008.责任编辑：刘艳萍，董婉妮