北京轨道交通新机场线噪声源强测试与分析.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 123 北京轨道交通新机场线噪声源强测试与分析 周文平 王 昊 刘丹丹 交通运输部环境保护中心，北京 100013 摘要摘要：我国城市轨道交通建设不断推进的同时，也不可避免地带来了一系列环境问题。噪声评价是城市轨道交通环境评价的重要一环，而噪声源强的正确选择与否直接影响到了环境影响评价中噪声预测结果的准确与否。目前国内关于采用市域 D 型车，且设计时速为 160km/h 的城市轨道交通噪声源强现场测试的研究还较少。因此，本文依据环评导则相关规定，对北京轨道交通新机场线高架桥段开展噪声源强现场测量工作，得出北京轨道交通新机场线噪声源强为 88.3dB(A)，并将该源强值用于噪声预测，结果表明本文所提出的噪声源强是准确可行的。同时，在线路与其他结构的共构区段应对噪声预测值进行必要的修正。关键词：关键词：轨道交通；噪声源强；高架线；现场测试 中图分类号：中图分类号：U233 0 引言 随着我国城市化进程的推进，我国城市轨道交通建设也得到了飞速的发展。截止 2022 年底，在我国内陆，共有 55 个城市开通运营了城市轨道交通线路，投运线路总长达到 10291.95 公里，并且在在 2022 年内共计新增线路长度 1085.17 公里1。城市轨道交通的建设与发展在为居民带来出行便利外，也不可避免地带来了许多环境问题2，轨道交通线路运营所带来的噪声预测及防治便是城市轨道交通环境影响评价中的重要一环3。目前轨道交通环评工作中的噪声预测主要采用 环 境 影 响 评 价 技 术 导 则 城 市 轨 道 交 通(HJ453-2018)中的预测模式4，噪声源强作为噪声预测的基础值，其取值的正确与否直接影响到了噪声预测结果的准确性5。环境影响评价技术导则 城市轨道交通(HJ453-2018)中指出噪声源强参数的选择可采用类比测量、资料调查或二者相结合的方式。其中一级评价采用类比测量法确定噪声源强，二级评价主要通过调查资料及查阅相关文献资料来确定噪声源强，在目前的工程实践中，我国城市轨道交通噪声评价一般采用类比测量法（一级评价）来确定噪声源强6。随着我国城市轨道交通线路的不断发展建设，北京、上海、广州等地已经开通的城市轨道交通运营线路逐年递增，在环境影响评价中已具备采用现场类比测量法来确定噪声源强的条件。在噪声源强的现场类比测量中：在列车设计速度上，研究报告中列车设计最高速度以5080km/h 居多，个别列车设计速度达到 100km/h、120km/h；在车辆类型上，城市轨道交通运营线路车辆类型主要包括A型车和B型车两大类7；在轨道结构上，主要类型有长枕式整体道床无缝长钢轨、碎石道床无缝长钢轨、整体道床焊接长钢轨等不同形式。由上可知，尽管我国已在城市轨道交通噪声源强的研究方面做了大量的工作，但由于投入运营设计时速达到 160km/h，且采用市域 D 型车的轨道交通线路很少，缺乏针对该速度及车辆类型条件下城市轨道交通噪声源强的相关测试研究成果。目前许多环评报告中只能类比 CRH6 动车组等相似车型在设计时速为160km/h 时的噪声源强，缺乏合理性和有效性，因此亟需弥补这一研究领域的空白。1 轨道交通噪声源强研究回顾 本节主要针对前人们对城市轨道交通噪声源强的研究进行简单回顾。韩丽7对北京、上海等一线城市多条运营线路的噪声源强实测结果进行了调研与总结，结果表明，在其他参数相同完全相同时，B 型车所产生噪声明显高于 A 型车，并且速度越高的情况下，二者所产生噪声差别更大。辜小安8等人通过结合大量现场测试案例以及相关规范标准总结并汇总了高速铁路动车组、城际铁路动车组、市域铁路动车组以及城市轨道交通动车组噪声源强数据，结果表明在运行速度与测点位置相同时，城市轨道交通地铁系统动车组运行噪声源强最大。贺玉龙9等人对成都轨道交通 18 号线开展了现场噪声测试，研究了列车通过测点时，噪声中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 124 源强在时域与频谱上的变化特征，以及噪声的水平衰减规律，并提出了噪声源强具体数值。宋天昊3等人通过半解析的有限元方法建立了轮轨系统声辐射模型，借助广清城际线路实测噪声数据对模型进行验证，利用验证后的模型对 120-200km/h 地面线环境噪声源强进行了预测。贺玉龙9等人对成都蓉 2 号线有轨电车开展噪声实测，得出在 40km/h 普遍运行速度下的噪声源强数值，并拟合得到了噪声水平随距离衰减规律的一般公式，得出近场噪声衰减速度远高于远场的结论。刘海东5等人对南京机场线(S1 线)以及宁天城际(S8线)进行噪声源强实测研究，并对环评报告中高架线噪声源强的选择提出相关建议。以上轨道交通噪声源强研究成果表明：噪声源强应针对不同轨道交通系统和对应的工程条件进行区别确定；现场类比实测法与数值模拟的方法均可用于确定噪声源强数值大小，但现场实测显然更具有说服力。因此，本文对北京轨道交通新机场线噪声源强进行实地测量，并对测试结果进行分析，最后提出噪声源强值，以期为后续工况接近的其他轨道交通工程噪声源强取值提供参考。2 噪声源强测试 北京轨道交通新机场线（以下简称新机场线）是国内第一条设计时速达到 160 公里每小时的轨道交通线路，本文对其开展源强实地测试，以确定其具体源强值，并验证噪声源强测试结果的准确性，以期为后续工况相近的城市轨道交通线路噪声环境评价提供参考。2020 年 7 月，交通运输部环境保护中心委托中国科学院声学计量测试站对新机场线开展噪声源强实地测试，测试过程严格按照声学 轨道机车车辆发射噪声测量 以及 环境影响评价技术导则 城市轨道交通(HJ453-2018)中的相关要求。2.1 工程概况 新机场线一期工程分别位于大兴(礼贤镇、庞各庄镇、魏善庄镇、黄村、观音寺街道、西红门镇)和丰台(花乡)两个行政区。一期工程线路南起新机场本期界地南侧，北至草桥站后折返线(两侧均预留延伸条件)，线路全长 41.225km，其中地下线和 U 型槽 23.25km，高架段和路基段 17.8km。在庞安路京沪高铁段，新机场线与新机场高速采用双层共构桥方式布置，新机场高速位于共构桥上层，新机场线位于共构桥下层。新机场线轨道及车辆参数如表 1 所示。表 1 新机场线轨道及车辆参数 项目 测试阶段 轨道 轨距 1435mm 钢轨 60kg/m 钢轨 道床 CRTS III 型板式无砟轨道基础 扣件 WJ-8 型扣件 车辆 车型 市域 D 型列车 编组 8 节编组 车长 186.6m 轴重 17t 最高运行速度 160km/h 2.2 测试方案 本次开展的噪声源强实地测试选择新机场线高架区段作为研究对象，测点位于规划刘田路南侧约 0.4km处非共构段。根据环境影响评价技术导则 城市轨道交通(HJ453-2018)中对噪声源强测点位置的相关规定，并结合实际线路情况，本次噪声源强测点设置在距离外轨中心线 7.5m，轨面以上高度为 5m 位置处，如图 1 所示。图 1 测点布置示意图 本次测试所使用仪器主要包括：3160-A-042 多通道声分析仪，B&K4189-A-021 型传声器以及 4231 型声级校准器，通过升降机将传声器抬升至指定位置，如图 2 所示。图 2 现场测试图 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 125 列车通过测试断面的速度为 150km/h，满足导则中要求的超过最高运行时速的 75%以上条件，测点其余信息如表 2 所示。表 2 测点信息 测点信息 测试阶段 区间 航站楼站大兴新城站 测试断面里程 K10+000K10+050 桥梁类型 箱梁 桥梁高度（地面-轨面）12.2m 是否曲线段 否 车流对数 8min/对 在本次测试中，将整个列车组通过时段内等效连续 A 计权声压级 LAeq,T 测量值作为噪声源强，测量时间段 T 为当 A 计权声压级比列车前端正对传声器位置时的值低 10dB 开始，当 A 计权声压级比列车后端通过传声器位置时的值低 10dB 结束所经历的时间范围。3 数据分析 3.1 测试结果 为避免单次测量可能带来的误差，本次噪声源强测试按导则中的相关要求，在上述测试断面位置处重复测量 14 次，各次噪声源强测试结果如表 3 所示。表 3 噪声源强测试结果 测试次数 1 2 3 4 5 6 7 测试结果/dB(A)89.1 89.1 88.5 88.6 88.3 87.8 88.2 测试次数 8 9 10 11 12 13 14 测试结果/dB(A)88.5 87.8 87.9 87.8 88.1 88.6 88.3 由于本次测试区段处存在大兴机场高速以及京雄高铁等噪声干扰源，因此，为确保本次噪声源强测试结果的可靠性，在噪声源强测试结束后，还测量了环境背景噪声，绘制噪声源强测试结果与环境背景噪声如图 3 所示。1234567891011121314506070809010089.189.188.588.688.387.888.288.587.887.987.888.188.688.3等效连续A声压级/dB(A)测量次数56.2dB(A)背景噪声 图 3 噪声源强及背景噪声测试结果 由图 3 可知，本次噪声源强测试结果数据稳定，无明显剧烈波动，背景噪声约为 56.2dB(A)，噪声源强测量结果远远高于背景噪声 10dB 以上，符合环境影响评价技术导则 城市轨道交通(HJ453-2018)中的相关规定。本文取 14 次测量结果平均值 88.3dB(A)作为噪声源强值，并将其用于噪声预测之中，以验证测试结果的准确性。3.2 噪声预测 为验证本文噪声源强测试结果的准确性，利用本文所测得的 14 次噪声源强平均值 88.3dB(A)作为噪声预测的基本值，对不同列车速度下不同测点位置处的等效连续 A 计权声压级进行预测，并将预测结果与实际测量结果进行对比，进而说明本文所测噪声源强的正确性。3.2.1 噪声预测方法 本节首先介绍规范中所规定的噪声预测方法。目前规范中的预测模式大致如下：首先通过现场实测，获得噪声源强，再根据噪声预测点与声源的相对位置关系，计算出噪声传播至预测点的衰减量大小，从而预测出各预测点的连续等效 A 声压级8。单列车通过时间段内预测点处连续等效A声压级预测公式如式(1)所示。,0pAeq TpnLLC(1)式中，Lp0为噪声源强，单位为 dB(A)；Cn为为列车运行噪声修正项，单位为 dB(A)，可按式(2)进行计算。nvtdagbhfCCCCCCCCCC(2)式中，Cv为列车运行噪声速度修正；Ct为线路和轨道结构修正；Cd为噪声几何发散衰减，C为垂向指向性修正；Ca为空气吸收引起的衰减；Cg为地面效应引起的衰减；Cb为声屏障插入损失；Ch为建筑群衰减；Cf为频率 A 计权修正。以上各项具体计算方法详见环境影响评价技术导则 城市轨道交通(HJ453-2018)，本文在此不再赘述。3.2.2 噪声预测结果对比 为验证本文所提出设计时速为 160km/h 的轨道交通噪声源强值的正确性，本文在噪声源强测试断面处距离外侧线路中心线 25m，距轨面高度 3.5m 位置处设置另一噪声测点，同时更换不同测试断面，对噪声值按 2.2 节中所述测试方法进行测量，各测点噪声值均采用 14 次测量结果的平均值作为噪声测量值。各测点中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 126 与线路相对位置及列车通过速度相关信息如表4所示。表 4 测点相对位置 测点编号 与线路中心线水平距离/m 与轨面相对高差/m 列车运行速度/(km/h)测试断面 1 25 3.5 150 源强测试断面 2 7.5 5 160 共构区段 3 25 3.5 160 共构区段 将上表所述各测点与新机场线的相对位置关系以及列车通过速度等参数代入式(1)与式(2)中，各测点噪声预测结果及实测值如表 5 所示。表 5 各测点噪声预测与实测值 测点编号 实测值/dB 预测值/dB 误差/dB 1 77.6 79.8+2.2 2 91.0 88.8-2.2 3 84.6 80.4-4.2 由表 5 可知，对于与噪声源强测试断面相同的测点 1，其噪声实测值与预测值误差约为 2.2dB(A)，导则预测值略高于实测值，预测结果偏于保守，有利于对噪声防治。对于测点 2、3，导则预测值则明显低于实测值，这是由于测点 2、3 位于新机场线与大兴机场高速的共构段，新机场线所产生的噪声受到其上方的大兴机场高速反射的影响，从而导致了实测值偏高。因此，未来在对共构区段进行噪声预测时，应对噪声预测结果进行适当的修正。综上所述，本文所提出的设计时速为 160km/h 的轨道交通噪声源强实测值是合理且正确的，可以为后续相近工况的其他城市轨道交通工程项目噪声评价提供参考。4 结论 本文通过对北京新机场线开展噪声源强测试研究，所得出主要结论如下：（1）新 机 场 线 噪 声 源 强 测 试 值 建 议 取 为88.3dB(A)。该源强可为采用市域 D 型车且设计时速为160km/h，工况相近的其他城市轨道交通线路噪声源强取值提供参考。（2）在线路与其他结构的共构区段，由于噪声的反射，可能会导致噪声实测值明显高于预测值。因此，在环评时对线路共构段噪声预测值应予以适当修正。参考文献 1冀尧洲,李军.探究城市轨道交通车站应对大客流的组织措施J.交通企业管理,2023,38(4):59-61.2黄继成,李奇.城市轨道交通声环境预测方法对比研究J.噪声与振动控制,2020,40(3):175-180.3宋天昊,李俊玺,冯杜炀,等.城际铁路地面线噪声源强取值研究J.铁道勘察,2022,48(2):94-97.4环境保护部.环境影响评价技术导则城市轨道交通:HJ453-2018S.北京:中国环境科学出版社,2018.5刘海东,王豪,杨培盛,等.城市轨道交通高架线噪声 源 强 取 值 研 究J.都 市 快 轨 交通,2018,31(2):98-101.6王巧燕,李晓东,周兴敏.城市轨道交通高架线路噪声源强测量方法J.上海船舶运输科学研究所学报,2016,39(1):73-75.7韩丽.城市轨道交通环境影响评价中噪声源强问题综 述 J.上 海 船 舶 运 输 科 学 研 究 所 学报,2018,41(2):5-9.8辜小安,伍向阳,刘兰华.轨道交通动车组噪声源强取值研析J.环境影响评价,2017,39(5):39-42.9贺玉龙,黄宏宇,王绍笳,等.成都蓉2号线有轨电车噪 声 测 试 与 分 析 J.工 业 安 全 与 环保,2022,48(7):100-103.