寧波軌道交通高架段減振軌道降噪效果測(cè)試分析

許永富 劉鵬輝 王東方 尹鐵鋒

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司,315101,寧波; 2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所,100081, 北京//第一作者,工程師)

寧波軌道交通高架段減振軌道降噪效果測(cè)試分析

許永富1劉鵬輝2王東方1尹鐵鋒1

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司,315101,寧波; 2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所,100081, 北京//第一作者,工程師)

在寧波軌道交通1號(hào)線一期工程高架段開展了無(wú)聲屏障條件下的普通整體道床、梯形軌枕和減振墊道床等三種軌道結(jié)構(gòu)的噪聲對(duì)比試驗(yàn),分析了各軌道結(jié)構(gòu)不同測(cè)點(diǎn)處噪聲的頻譜特性,對(duì)比了不同軌道結(jié)構(gòu)的實(shí)際降噪效果。結(jié)果表明:相較于普通整體道床,采用梯形軌枕或減振墊道床后,有的測(cè)點(diǎn)噪聲減小,但多數(shù)測(cè)點(diǎn)噪聲增大;梯形軌枕和減振墊道床減小了橋梁結(jié)構(gòu)噪聲,但同時(shí)增大了輪軌噪聲;減振墊道床各測(cè)點(diǎn)處噪聲插入損失均比梯形軌枕大,減振墊道床的降噪效果較梯形軌枕好。

城市軌道交通高架線; 減振軌道; 降噪效果; 頻譜特性

First-author′s address Ningbo Rail Transit Co.,Ltd.,315101,Ningbo,China

城市軌道交通在給人們帶來(lái)極大交通方便的同時(shí)也產(chǎn)生了一系列振動(dòng)噪聲問(wèn)題。列車通過(guò)高架線路的噪聲通常高于地下線路的噪聲,因此,高架線對(duì)周圍環(huán)境的噪聲影響變得十分突出。列車通過(guò)橋梁時(shí),由于輪軌相互作用產(chǎn)生的振動(dòng)能量經(jīng)軌道結(jié)構(gòu)傳遞到橋梁及其附屬結(jié)構(gòu),并激發(fā)橋梁及其附屬結(jié)構(gòu)振動(dòng)向四周輻射出噪聲,這部分噪聲稱之為橋梁結(jié)構(gòu)噪聲。橋梁結(jié)構(gòu)噪聲屬于低頻噪聲,在空氣中傳播時(shí)具有衰減慢、穿透力強(qiáng),難以隔斷等特點(diǎn)[1]。

一直以來(lái),對(duì)軌道交通噪聲的研究主要集中在輪軌和車輛等產(chǎn)生的輪軌噪聲問(wèn)題,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)低頻噪聲研究較少。大量研究[2-7]表明,目前城市軌道交通高架線普遍采用聲屏障降噪,其只對(duì)輪軌噪聲具有一定的降噪效果。為了降低橋梁結(jié)構(gòu)噪聲,改善降噪效果,往往增設(shè)減振軌道。減振軌道通過(guò)隔振單元減小輪軌傳遞到橋梁上的振動(dòng)能量,但也可能引起輪軌噪聲的增大。

為了解軌道交通高架線減振軌道的實(shí)際降噪效果,本文在寧波軌道交通1號(hào)線一期工程高架段開展了噪聲測(cè)試,并分析了不同軌道結(jié)構(gòu)噪聲的頻譜特性,對(duì)比了不同軌道結(jié)構(gòu)的實(shí)際降噪效果,從而為寧波軌道交通建設(shè)提供參考。

1 噪聲測(cè)試

1.1 測(cè)試儀器

測(cè)試所用儀器包括多功能聲級(jí)計(jì)、監(jiān)測(cè)箱、無(wú)線傳輸模塊等,如表1所示。其中聲級(jí)計(jì)頻率采集范圍為12.5～20 000 Hz。

1.2 測(cè)試概況

選取寧波軌道交通1號(hào)線一期工程高架線開展噪聲測(cè)試。在無(wú)聲屏障條件下進(jìn)行普通整體道床、梯形軌枕和減振墊道床等三種軌道結(jié)構(gòu)的對(duì)比測(cè)試。

表1 噪聲測(cè)試主要儀器

普通整體道床為現(xiàn)澆道床,標(biāo)準(zhǔn)承臺(tái)寬800 mm、高276 mm、長(zhǎng)2 350 mm,每標(biāo)準(zhǔn)承臺(tái)包含4根軌枕。梯形軌枕由2片預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土縱梁通過(guò)鋼管連接組成框架式軌道板,單邊縱梁寬580 mm、高165 mm、長(zhǎng)5 800 mm,每延米梯形軌枕質(zhì)量約0.479 t。減振墊道床分浮置板、道床墊和底座三層,底座高110 mm,底座和浮置板之間設(shè)置30 mm厚減振墊,道床板寬約2415 mm,軌下截面處厚度約為268 mm,道床板長(zhǎng)5850 mm,每延米道床墊浮置式整體道床質(zhì)量約1.618 t。

列車為實(shí)際運(yùn)營(yíng)的地鐵B型車,6節(jié)編組。轉(zhuǎn)向架中心距為12.6 m,轉(zhuǎn)向架軸距為2.3 m。帶司機(jī)室拖車長(zhǎng)19.65 m,動(dòng)車長(zhǎng)19m,寬2.892 m。列車運(yùn)行速度約60 km/h。測(cè)試期間,測(cè)試區(qū)段列車接近于空車。

測(cè)試減振軌道的鋪設(shè)長(zhǎng)度大于200 m,選擇相對(duì)安靜無(wú)其他聲源影響(列車通過(guò)時(shí)段內(nèi)無(wú)重型貨車、道路公交車、行人語(yǔ)言交流等)的區(qū)域。試驗(yàn)斷面共3個(gè),均為直線段、WJ-2A扣件、無(wú)縫鋼軌、30 m簡(jiǎn)支箱梁。測(cè)試斷面位置如表2所示。各測(cè)試斷面場(chǎng)地條件、梁柱類型和尺寸等基本條件一致[8],每個(gè)斷面共7個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)位置如表3所示。選取10趟列車通過(guò)時(shí)段噪聲能量平均值作為噪聲分析依據(jù)。

表2 噪聲測(cè)試斷面位置

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 不同軌道結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)等效A聲級(jí)

三種軌道結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)的等效A聲級(jí)如圖1所示。由圖1可知:

表3 測(cè)點(diǎn)位置

(1) 噪聲源強(qiáng)(測(cè)點(diǎn)1處噪聲),梯形軌枕最大,減振墊道床次之,普通整體道床最小;橋梁結(jié)構(gòu)噪聲(測(cè)點(diǎn)2處噪聲),普通整體道床最大,梯形軌枕次之,減振墊道床最小。因?yàn)闇p振軌道起到了一定的減振效果,傳到橋梁上的振動(dòng)有一定的衰減,橋梁結(jié)構(gòu)噪聲較普通整體道床均有一定的減小,但同時(shí)減振軌道必然會(huì)增大鋼軌振動(dòng),從而噪聲源強(qiáng)較普通整體道床有所增大。

(2) 外軌中心線正下方,地面以上1.2 m (測(cè)點(diǎn)3)處的噪聲規(guī)律類似于橋梁結(jié)構(gòu)噪聲(測(cè)點(diǎn)2),即普通整體道床最大,梯形軌枕次之,道床墊道床最小。

(3) 距外軌中心線7.5 m、15 m、30 m、60 m,地面以上1.2 m (測(cè)點(diǎn)4～7)處噪聲隨距離外軌中心線的增加均逐漸變小,但就衰減速率而言,普通整體道床最大,梯形軌枕次之、減振墊道床最小。

2.2 不同軌道結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)噪聲頻譜特性

普通整體道床、梯形軌枕和減振墊道床各測(cè)點(diǎn)處噪聲1/3倍頻程曲線如圖2～4所示。圖2～4具有基本一致的變化規(guī)律。

(1) 測(cè)點(diǎn)1處噪聲的1/3倍頻程曲線表明高架線噪聲源頻譜主要集中在中心頻率為630～800 Hz頻率段,城市軌道交通噪聲以輪軌噪聲為主[5-6],可認(rèn)為630～800 Hz為輪軌噪聲的主頻率段。

(2) 測(cè)點(diǎn)2處噪聲的1/3倍頻程曲線表明,該處噪聲頻譜主要集中在12.5～250 Hz頻率段,因?yàn)樵摐y(cè)點(diǎn)處橋梁結(jié)構(gòu)噪聲占較大比重,而輪軌噪聲受到橋梁及其附屬結(jié)構(gòu)一定的遮蔽作用。與普通整體道床相較,梯形軌枕和減振墊道床各測(cè)點(diǎn)均在630～800 Hz頻率段出現(xiàn)波峰,這是減振軌道增大了輪軌噪聲的結(jié)果。

(3) 測(cè)點(diǎn)1～3處噪聲的1/3倍頻程曲線變化表明,630 Hz及以上頻率段聲壓級(jí)衰減較快。測(cè)點(diǎn)4～7處噪聲的1/3倍頻程曲線表明,630 Hz及以上頻率段聲壓級(jí)隨測(cè)點(diǎn)距外軌中心線距離的增加基本不變,而630 Hz以下部分頻率段聲壓級(jí)緩慢降低。

圖2 普通整體道床各測(cè)點(diǎn)處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

圖3 梯形軌枕各測(cè)點(diǎn)處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

2.3 各測(cè)點(diǎn)不同軌道結(jié)構(gòu)噪聲頻譜特性

三種軌道結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)1～7處噪聲1/3倍頻程中心頻譜圖依次如圖5～11所示。

由圖5可知,普通整體道床、梯形軌枕和減振墊道床輪軌噪聲主要集中在630～800 Hz頻率段,該頻率段聲壓級(jí)梯形軌枕最大,減振墊道床次之,普通整體道床最小。這表明采用減振軌道增大了輪軌噪聲。

圖4 減振墊道床各測(cè)點(diǎn)處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

圖5 測(cè)點(diǎn)1處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

圖6 測(cè)點(diǎn)2處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

圖7 測(cè)點(diǎn)3處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

由圖6、圖7可知,相較于普通整體道床,采用梯形軌枕或減振墊道床后,測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3處在絕大部分頻率段聲壓級(jí)均有所減小(梯形軌枕25～31.5 Hz、630～800 Hz頻率段除外)。另一方面也表明了圖1所示測(cè)點(diǎn)2、3等效A聲級(jí)的減小主要是由中低頻頻率段聲壓級(jí)的減小導(dǎo)致。

圖8 測(cè)點(diǎn)4處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

圖9 測(cè)點(diǎn)5處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

圖10 測(cè)點(diǎn)6處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

由圖8～11可知,測(cè)點(diǎn)4～7處噪聲成分以中心頻率20～200 Hz和630～800 Hz為主,因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)4～7距橋梁較遠(yuǎn),受橋梁結(jié)構(gòu)噪聲和輪軌噪聲共同影響。減振軌道對(duì)輪軌噪聲有一定的增大作用,使測(cè)點(diǎn)4～7處梯形軌枕和減振墊道床噪聲較普通整體道床有增大的趨勢(shì)。

圖11 測(cè)點(diǎn)7處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級(jí)

2.4 不同軌道結(jié)構(gòu)插入損失

軌道結(jié)構(gòu)插入損失是評(píng)價(jià)軌道結(jié)構(gòu)降噪效果的物理量,為其他條件相同時(shí)普通整體道床某測(cè)點(diǎn)的等效A聲級(jí)與減振軌道結(jié)構(gòu)同測(cè)點(diǎn)的等效A聲級(jí)之差。減振墊道床和梯形軌枕兩種不同軌道結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)處插入損失如圖12所示。由圖12可知:

(1) 減振墊道床和梯形軌枕在噪聲源強(qiáng)(測(cè)點(diǎn)1)處插入損失均為負(fù)值,因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)1處噪聲以輪軌噪聲為主,而減振軌道增大了輪軌噪聲。

(2) 減振墊道床和梯形軌枕在線路中心線上距梁底0.3 m (測(cè)點(diǎn)2)及距外軌中心0 m地面上方1.2 m (測(cè)點(diǎn)3)處插入損失均較大,因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3處噪聲含較多成分的橋梁結(jié)構(gòu)噪聲,而減振軌道有效減小了橋梁結(jié)構(gòu)噪聲。

(3) 減振墊道床在距外軌中心30 m、60 m地面上方1.2 m (測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)7)處,梯形軌枕在距外軌中心15 m、30 m、60 m地面上方1.2 m (測(cè)點(diǎn)5、測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)7)處,插入損失均為負(fù)值,因?yàn)闇p振軌道雖能減小橋梁結(jié)構(gòu)噪聲,但同時(shí)增大了輪軌噪聲,經(jīng)過(guò)A計(jì)權(quán)后,上述測(cè)點(diǎn)處綜合表現(xiàn)為噪聲的增大。

(4) 測(cè)點(diǎn)1～6處減振墊道床的插入損失均比梯形軌枕的大,但測(cè)點(diǎn)7處二者較為接近,減振墊道床的降噪效果較梯形軌枕好。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在寧波軌道交通1號(hào)線一期工程高架段開展了不同軌道結(jié)構(gòu)的噪聲測(cè)試,分析了不同軌道結(jié)構(gòu)噪聲的頻譜特性,對(duì)比了不同軌道結(jié)構(gòu)的實(shí)際降噪效果。主要結(jié)論如下:

(1) 采用梯形軌枕或減振墊道床后,噪聲源強(qiáng)(測(cè)點(diǎn)1)處噪聲增大,主要體現(xiàn)在630～800 Hz頻率段聲壓級(jí)的增大,即增大了輪軌噪聲。

圖12 兩種減振軌道各測(cè)點(diǎn)處插入損失

(2) 采用梯形軌枕或減振墊道床后,線路中心線上距梁底面0.3 m (測(cè)點(diǎn)2)和距離外軌中心0 m地面上方1.2 m (測(cè)點(diǎn)3)處噪聲均減小,主要體現(xiàn)在中低頻頻率段聲壓級(jí)的減小,即減小了橋梁結(jié)構(gòu)噪聲。

(3) 采用梯形軌枕和減振墊道床后,距外軌中心線30 m、60 m地面上方1.2 m (測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)7)處噪聲均增大,因?yàn)闇p振軌道在減小橋梁結(jié)構(gòu)噪聲的同時(shí)增大了輪軌噪聲,綜合效果表現(xiàn)為噪聲增大。

(4) 當(dāng)水平距離一致,測(cè)點(diǎn)從噪聲源強(qiáng)到地面上方變化時(shí),噪聲衰減主要集中在大于等于630 Hz頻率段;當(dāng)高度一致,測(cè)點(diǎn)從地面上方距離外軌中心7.5 m到距離外軌中心60 m變化時(shí),噪聲衰減主要集中在小于630 Hz頻率段。

(5) 減振墊道床各測(cè)點(diǎn)插入損失均比梯形軌枕大,減振墊道床的降噪效果較梯形軌枕好。

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Test and Analysis of Noise Reduction Effect on Vibration Mitigation Track in Ningbo Urban Rail Transit Viaduct

XU Yongfu, LIU Penghui, WANG Dongfang, YIN Tiefeng

In the condition of silent barrier installed on Ningbo rail transit Line 1,noise tests of three track structures——general monolithic roadbed,ladder sleeper and damping pad roadbed are carried out in the viaduct of Ningbo Line 1 first phase project.Noise spectrum characteristics of different rail structures are analyzed,the actual noise reduction effects of different rail structures are compared.Test results show that on the ladder sleeper roadbed and damping pad roadbed,different from the general monolithic roadbed,the noise on point 1 is increased,while the noise on point 2 and 3 is reduced,the noise on point 4～7 shows an increasing trend.That is to say,though ladder sleeper roadbed and damping pad roadbed could reduce the bridge structure noise, it increases the wheel/rail noise at the same time.The insertion loss of each measuring points on damping pad roadbed is larger than that of ladder sleeper roadbed,so the noise reduction effect on damping pad roadbed is better.

urban rail transit viaduct; vibration mitigation track; noise reduction effect; spectrum characteristics

TB533+.2

10.16037/j.1007-869x.2017.04.016

2016-01-07)