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宁波轨道交通1号线全封闭声屏障降噪性能试验研究

更新时间:2016-07-05

近年来,城市轨道交通的建设迅速发展[1-2],宁波市城市轨道交通已开通2条线路,运营里程达75 km,有效缓解了城市的交通拥堵,方便了人们的出行。城市轨道交通高架桥造价低、施工快、养护维修方便,因此在城郊区域被大量应用,但高架桥带来的噪声影响一直是人们关注的重点。为切断噪声传播路径,声屏障作为最有效的手段被广泛应用。近年来,降噪效果更强的全封闭声屏障开始逐渐应用到了高架桥,其中,宁波轨道交通1号线一期的全封闭声屏障是全国城市轨道交通最长的全封闭声屏障之一。

专家学者对城市轨道交通全封闭声屏障展开过研究。朱燕琴等[3]以杭州地铁1号线为例,从景观、通风、给排水、消防、接触网设置、造价及工期等方面,对全封闭声屏障及开敞式声屏障进行了性能比较;禹瑛等[4]从材料选用标准、施工要求及施工的质量检测等方面对轨道交通全封闭声屏障进行了研究;马娜等[5]以上海轨道交通6号线为例,重点研究了全封闭声屏障的工程设计,包括跨度及高度设计、钢结构设计及材料选型。也有部分专家学者对道路全封闭声屏障展开过研究[6-11]。但这些研究,有的侧重于施工设计及结构设计[6];有的只对其基本情况进行了概述[7-8];有的只从环境评价角度来研究了全封闭声屏障的整体降噪效果[9-10],却没有深入研究其分频段降噪特性;有的只以仿真模拟研究了全封闭声屏障的整体效果,却没有与现场试验相结合,也没有深入研究其分频段降噪特性。轨道交通与道路交通的噪声源的特性差别较大,因此,道路交通全封闭声屏障的降噪特性研究跟轨道交通全封闭声屏障的降噪特性研究存在较大的差别。

由于敦煌藏经洞开启时的特殊历史背景,造成了敦煌文献的大量流散。国内以京津沪和甘肃地区藏品较为丰富,流失海外的藏品则在欧美多国均有发现。据统计,流散在国内外的敦煌文献总数在七千号左右,其中流入日本的两千多号,流入欧美的不足两百号,中国境内尚存五千号上下。

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然而,关于城市轨道交通全封闭声屏障降噪性能尤其是分频段降噪性能的研究很少,因此,有必要加强对全封闭声屏障降噪特性的研究。同济大学与宁波轨道交通集团有限公司展开科研合作,对宁波轨道交通1号线高架段全封闭声屏障降噪性能进行了科研试验,测试对比了高架区间无声屏障断面跟全封闭声屏障断面噪声特性,分析了全封闭声屏障整体降噪效果及分频段降噪特性,为全封闭声屏障的优化设计提供了参考。

1 试验设计

1.1 试验方案

[5] 马娜.上海轨道交通明珠线二期全封闭声屏障工程设计[J].现代城市轨道交通,2005,2(3):41-42,6.

参考国内外相关噪声测试标准及案例[11-17],本次试验在每个断面距离轨道中心线水平22 m处,分别布置4个不同高度的测点,离地面高度分别为1.2 m(近地面测点),9.8 m(高度与1/2梁高处的腹板平齐),11.3 m(高度与钢轨轨面平齐),12.8 m(高出钢轨轨面高度1.5 m),共计8个测点。2个断面测点布置示意图如图1所示。

表1 测试断面技术特征对比

Table 1 Technical feature comparison of tested section

技术特征测试断面断面1(无全封闭声屏障断面)断面2(有全封闭声屏障断面)铺设长度/m2371034测试里程K4+825K5+760钢轨类型/(kg·m-1)6060有/无缝线路无缝线路无缝线路直、曲线直线直线坡度/‰3.253.01扣件型号WJ-2AWJ-2A桥梁形式30m双线简支箱梁,梁高1.8m30m双线简支箱梁,梁高1.8m桥梁高度墩高11m墩高11m基础类型桩基础桩基础地面状况中间有双向6车道柏油马路,有小汽车、公交车经过及少量重型货车经过中间有双向6车道柏油马路,有小汽车、公交车经过及少量重型货车经过

图1 测点布置示意图 Fig.1 Tested point arrangement

测试仪器采用丹麦B&K 4189声传感器(量程为6~20 kHz)、丹麦B&K 2671传声器前置放大器(量程为6~50 000 Hz)及东方所振动噪声采集仪,为防止信号干扰,测试中使用了屏蔽信号线。测试时,在每次列车通过前,需测试背景噪声,以形成对比;测试多组数据,选取信号好的典型工况进行计算与分析。

1.2 测试结果可靠性检验

列车经过时,两测试断面各噪声测点时域图如图2所示。《铁路边界噪声限值及其测量方法GB12525-90》[12]规定被测点的背景噪声声压级应该比列车通过时的噪声声压级低3 dB(A)以上,如果二者声级差<3 dB(A),可认为测试无效。表2为2个断面各测点的列车经过时噪声声压级与背景噪声声压级的对比。由表2可以看出,各测点列车经过时噪声声压级与背景噪声声压级之差,均大于3 dB(A),测试结果有效。

2 两断面总体对比分析

2.1 噪声频谱特性(16~1 000 Hz)

各噪声测点频谱图(16~1 000 Hz)如图3所示,可以看出,断面1噪声成分以低频为主,中频(400~800 Hz)出现局部峰值,中频噪声幅值约为低频噪声幅值的1/4,表明4个高度处测点均同时受到轮轨噪声和结构噪声的影响。在中频段,高12.8 m处测点的噪声幅值最大,高1.2 m、高9.8 m处2个测点噪声幅值次之,高11.3 m噪声幅值最小,表明与钢轨轨面等高处噪声值最小,钢轨轨面上方噪声值最大。断面2噪声成分也以低频噪声为主,其幅值约为断面1各测点低频噪声幅值的1/2;中高频噪声幅值很小,明显低于断面1各测点中高频段的噪声幅值;表明全封闭声屏障在全频段的降噪效果明显,但对低频段的降噪效果比较有限;安装全封闭声屏障后的测试断面,噪声成分以低频为主。

图2 列车经过时各测点时域 Fig.2 When train passing,every tested point time domain

表2 列车经过时噪声与背景噪声声压级对比

Table 2 When train passing,sound pressure level comparison of noise and background noise

测试断面与地面高度/m列车经过噪声/dB(A)背景噪声/dB(A)声级差/dB(A)断面11.271.9154.6717.249.871.5555.3616.1911.367.8750.9316.9412.874.3556.8917.46断面21.265.2456.928.329.865.0758.886.1911.361.6754.956.7212.866.7259.736.99

图3 各测点频谱(16~1 000 Hz) Fig.3 Spectrogram of each tested point (16~1 000 Hz)

2.2 噪声频谱低频段特性(16~250 Hz)

各测点低频段频谱(16~250 Hz)如图4所示。由图4可以看出,断面1各测点低频噪声均在40~50 Hz、55~80 Hz范围内出现峰值;噪声各测点声压幅值大小为:高1.2 m>高12.8 m>高9.8 m>高11.3 m。表明在无声屏障遮挡时,高架桥辐射的低频噪声沿高度方向,在近地面处的声压最大,在高度与轨面平齐处声压最小。断面2各测点低频噪声均在34~36 Hz、40~43 Hz、48~50 Hz、60~74 Hz、90~120 Hz、160~200 Hz范围内出现峰值;各测点声压幅值由高12.8 m、高1.2 m、高9.8 m、高11.3 m依次减小。表明在低频段,从声压幅值方面看,全封闭声屏障遮挡效应只起到了较小作用;从频率方面看,全封闭声屏障反而让低频噪声波峰数量明显增多;全封闭声屏障对高架桥噪声辐射的低频段所起的作用很有限。

图4 各测点低频段频谱(16~250 Hz) Fig.4 Spectrogram in low-frequency stage of each tested point (16~250 Hz)

2.3 声压级1/3倍频程

参考文献

图5 各测点声压级1/3倍频程 Fig.5 SPL one thirds octave of each tested point

3 两断面相同高度测点对比分析

从两断面相同高度的4组测点中,选取2组测点进行分析:高1.2 m 2测点(离地面最近,为近地面测点)及高12.8 m 2测点(离地面最远,为轨道上方测点),2组相同高度测点噪声频谱对比(16~1 000 Hz)如图6所示。

[12] 国家环境保护局科技标准司.铁路边界噪声限值及其测量方法:GB 12525-1990[S].北京:中国环境科学出版社,1990.

3.1 噪声频谱特性

由图6可以看出,近地面2测点中,断面1测点的低频与中频都占了很大比例,且中频段在380~450 Hz、540~600 Hz范围内,具有明显波峰,在20~80 Hz范围内存在2个明显的波峰,且其相距很近,峰值最大;断面2测点噪声主要为低频成分,中高频噪声没有明显波峰,低频段波峰位于40~70 Hz范围内。轨道上方2测点中,断面1测点的低频与中频都占了很大比例,且中频段在380~450 Hz、540~600 Hz范围内,具有明显波峰,在20~80 Hz范围内存在2个明显的波峰,且其相距很近,峰值最大;断面2测点噪声主要为低频成分,中高频噪声没有明显波峰,低频段波峰位于40~120 Hz范围内。

图6 相同高度测点噪声频谱对比(16~1 000 Hz) Fig.6 Noise spectrum comparison of tested point with same height

3.2 声压级1/3倍频程

[7] 周裕德,张玮晨,祝文英,等.城市道路声屏障实例及全封闭屏障的展望[J].工程建设与设计,2009,57(3):17-26.

图7 相同高度测点1/3倍频程声压级对比 Fig.7 SPL comparison of one thirds octave of tested point with same height

[4] 禹瑛.浅谈轨道交通全封闭声屏障工程的施工[J].低碳世界,2015,5(33):130-131.

4 结论

由以上研究得出结果表明:(1)全封闭声屏障对高架桥噪声辐射在全频段的降噪效果明显,但在低频段所起的作用比较有限;(2)安装全封闭声屏障后的测试断面,噪声成分以低频为主;(3)在低频段,从声压幅值方面看,全封闭声屏障遮挡效应只起到了较小作用,从频率方面看,全封闭声屏障反而让低频噪声波峰数量明显增多;(4)全封闭声屏障可以降低声压级1/3倍频程峰值大小,但不会改变峰值频谱分布特性;(5)由于轮轨噪声成分主要集中在中高频,所以全封闭声屏障在轨道上方附近降噪效果较为明显。

各测点声压级1/3倍频程如图5所示。由图5可以看出,断面1各测点声压级1/3倍频程峰值主要分布于在中心频率50~63 Hz和400~630 Hz范围内;在中心频率20~800 Hz范围内,不同高度测点噪声声压级大小为:高12.8 m>高1.2 m>高9.8 m>高11.3 m,表明高架桥噪声辐射强度最大处位于轨面上方,并且在近地面处的噪声辐射强度也很大。在40~63 Hz范围内,不同高度噪声声压级对比:高1.2 m>高12.8 m>高9.8 m>高11.3 m,表明近地面处不仅噪声辐射强度大,而且在低频段的1/3倍频程声压级最大。断面2各测点1/3倍频程声压级在20~800 Hz范围内,距离地面12.8 m高处噪声最大,距离地面11.3 m高处噪声最小,跟断面1情况相同;表明全封闭声屏障并不改变噪声辐射强度在高度方向的相对大小。4个不同高度测点的噪声均在40~63 Hz范围内取得峰值,跟断面1情况相同;表明全封闭声屏障可以降低声压级1/3倍频程峰值大小,但不会改变峰值频谱分布特性。

[1] 董旭光,李忠.兰州市某地铁车站深基坑开挖支护三维有限元分析[J].甘肃科学学报,2014,26(2):58-62.

[2] 王璐,刘晓文.西安地铁盾构施工引起地表沉降规律分析[J].甘肃科学学报,2010,22(3):149-152.

按照社会契约理论,国家是由享有充分自然权利的个人为了自己的自由与安全以契约的形式建立的实体。国家有责任从多个渠道预防和阻止犯罪的发生、维护社会稳定,否则必须做出相应的补偿。刑事立法政策即是国家制定的一种政策,力求在刑法启动之前,抑或是其由政策转化为实体法律之后,综合运用国家财政、政治、文化等资源,系统地预防和控制犯罪,把犯罪发生的几率以及对社会造成的不良影响降到最低,以达到维护社会稳定的目的。

[3] 朱燕琴,李斐.杭州地铁1号线高架区间的声屏障设置[J].都市快轨交通,2010,23(4):73-76.

试验选取宁波轨道交通1号线高架桥技术特征相近的2个断面进行测试,测试断面技术特征对比见表1。

[6] 王庭佛,冯苗锋,徐剑.城市高架道路全封闭声屏障的设计与施工[J].环境工程,2012,30(3):113-116.

相同高度测点1/3倍频程声压级对比如图7所示,由图7可以看出,近地面2测点的声压级在12.5~40 Hz范围内基本相近;在50~200 Hz范围内,断面1测点声压级略大于断面2测点声压级;在250~10 000 Hz范围内,断面1测点声压级远大于断面2测点声压级,最高达15 dB;因为轮轨噪声主要集中在中高频,全封闭声屏障对轮轨噪声的中高频部分的衰减作用较为明显。轨道上方2测点的声压级在25~200 Hz范围内基本相近;在12.5~25 Hz、200~16 000 Hz范围内,断面1测点声压级远大于断面2测点声压级,最高达17 dB;因为轨道上方测点离全封闭声屏障最近,全封闭声屏障对轮轨噪声中的中高频成分的衰减效果在这个位置附近效果较为明显。

[8] 王庭佛,徐剑.道路全封闭声屏障的实践[J].环境工程,2004,22(6):50-53,14.

[9] 张纯淳.道路声屏障及全封闭声屏障降噪效果分析[J].环境与发展,2011,23(1):151-152.

[10] 栗苏文,戴京宪.封闭式声屏障的噪声预测:以深港西部通道深圳侧接线工程为例[J].科技信息:科学教研,2008,25(17):32-35.

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[11] Ishizuka T,Fujiwara K.Performance of Noise Barriers with Various Edge Shapes and Acoustical Conditions[J].Applied Acoustics,2004,65(2):125-141.

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唐吉意,林平
《甘肃科学学报》 2018年第02期
《甘肃科学学报》2018年第02期文献

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