王波 田豐

摘要：高速鐵路以其運(yùn)營量大、車速快、時(shí)間準(zhǔn)、安全快捷的優(yōu)勢適應(yīng)現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新需求，已經(jīng)成為我國發(fā)達(dá)地區(qū)城市間主要的客流交通運(yùn)輸方式，在高速鐵路快捷的給人民群眾提供便利的出行時(shí)，其在運(yùn)行過程中對鐵路沿線兩邊環(huán)境造成了嚴(yán)重的噪聲污染。選取京滬高鐵安徽段為研究對象，研究高速鐵路運(yùn)行期間不同型號高速列車的噪聲傳播途經(jīng)以及變化規(guī)律，分別按照高架、路基、路塹三種不同線路形式噪聲衰減進(jìn)行分析。結(jié)果表明：高速列車通過高架線路的1h等效聲級噪聲值先隨距離增大后減小，在30 m處噪聲值較大，隨后隨距離增大而減小;單車聲暴露級的衰減規(guī)律與單車通過聲級和th等效聲級的衰減規(guī)律基本相似。高速列車通過路基線路的1h等效聲級衰減規(guī)律與橋梁線相比衰減趨勢比較一致，但未明顯出現(xiàn)橋梁段的先增大后減小的趨勢;單車通過等效聲級的衰減總體趨勢隨距離增大而減小。高速列車通過路塹線路的1h等效聲級的衰減隨著距離增加.與路基形式基本相似，但未出現(xiàn)高架的先增加后減小的情況;路塹的單車通過等效聲級在距離衰減規(guī)律與路基基本相似，但其衰減更快。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;噪聲;高架;路基;路塹

中國分類號：U238

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0116-05

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對出行的要求變得更高了，對于高速快捷的交通方式也更加青睞，高速鐵路以其運(yùn)營量大、車速快、時(shí)間準(zhǔn)、安全快捷的優(yōu)勢適應(yīng)現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新需求[1]。目前，高速鐵路已經(jīng)成為我國發(fā)達(dá)地區(qū)城市間主要的客流交通運(yùn)輸方式，而且我國已經(jīng)成為世界上高速鐵路運(yùn)營和在建里程最長的國家[2～4]。在高速鐵路快捷的給人民群眾提供便利的出行時(shí)，其在運(yùn)行過程中對鐵路沿線兩邊環(huán)境造成了嚴(yán)重的噪聲污染[5]。噪聲是高速鐵路運(yùn)行期間產(chǎn)生地最嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，直接危害人民群眾的聽力，不僅會對人民的身心健康產(chǎn)生影響，對動物也有影響，也對建筑構(gòu)筑物和機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生不同程度的損傷L6～8]。雖然高速鐵路在人群密集區(qū)設(shè)置了聲屏障，在許多產(chǎn)生噪音的機(jī)械設(shè)備上安裝了消音裝置，但高速鐵路在運(yùn)行時(shí)還會有很大的噪聲[9～11]。

通過測定京滬高速鐵路安徽段運(yùn)行期間產(chǎn)生的噪聲，本文研究高速鐵路運(yùn)行期間不同型號高速列車的噪聲傳播途經(jīng)以及變化規(guī)律，分別按照高架、路基、路塹三種不同線路形式運(yùn)行期間噪聲衰減進(jìn)行分析，以期為今后高速鐵路減輕噪聲污染及設(shè)置聲屏障提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。

2 研究區(qū)概況

京滬高速鐵路作為京滬快速客運(yùn)通道，是我國“四縱四橫”客運(yùn)專線網(wǎng)重要的主干道，是新中國成立以來的一條建設(shè)里程長、投資大、標(biāo)準(zhǔn)高的高速鐵路。全線長1318km，沿途共設(shè)置23個(gè)車站，貫穿北京、天津、上海三大直轄市和冀魯皖蘇四省，連接環(huán)渤海和長江三角洲兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)。京滬高速鐵路安徽段北起宿州，南至滁州，全長265km，途經(jīng)宿州、蚌埠、滁州三市。本文研究范圍為鐵路外軌中心線兩側(cè)200 m區(qū)域[12]，如圖1所示。

3 京滬高速鐵路安徽段噪聲測試

3.1 測試依據(jù)

參考《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》和《鐵路沿線環(huán)境噪聲測量技術(shù)規(guī)定》技術(shù)要求[13]，結(jié)合京滬高速鐵路運(yùn)行狀態(tài)，分別按照1h整個(gè)時(shí)間段測試及單車測試。

3.2 測試布點(diǎn)

分別在高架、路基和路塹布置一個(gè)測點(diǎn)，高架和路基的衰減測點(diǎn)布置在距線路中心線15 m、30 m、60 m、90 m、120 m、150 m、180 m處，各點(diǎn)垂直布置在地面3.5m和地面1.2 m。路塹型衰減測點(diǎn)布置在距線路lI心線30 m、45 m、60 m、120 m和200 m處，測點(diǎn)高度為地面1.2米。測試期間主要考慮五種列車車型分別為CRH380A、CRH380AL、CRH380BL、CRH2A、CRH2B等車型，測試時(shí)列車運(yùn)行時(shí)速在230～250 km/h（CRH2A和 CRH2B），280～300 km/h（ CRH380AL、CRH380A和CRH380BL）[14].

3.3 測試儀器

本文選擇杭州愛華儀器有限公司生產(chǎn)的AWA5680型多功能聲級計(jì)，AWA5680型多功能聲級計(jì)使用數(shù)字檢波專利技術(shù)，符合GB/T 3785.1- 2010 2級、TEC61672 2級標(biāo)準(zhǔn)，級線性范圍寬，測量頻率范圍為20～12500 Hz，測量上限130dB或140dB（用戶定制），可測量A、C、Z頻率計(jì)權(quán)。測量過程中無需切換量程，使用方便，通過模塊化設(shè)計(jì)，包含了積分聲級計(jì)、個(gè)人聲暴露計(jì)、噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀等功能。

3.4 測試量

由于我國尚無專門針對高速鐵路制定的噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，參照相關(guān)國際現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定[15]。在《Railway applications Acoustics Measurement of noiseemitted by railbound vehicles》（ISO 3095 - 2005）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定列車發(fā)射噪聲的測量量為通過時(shí)段內(nèi)等效連續(xù)A計(jì)權(quán)聲壓級LpAeq，Tp和通過暴露聲級TEL，相關(guān)測量定義如下。

3.4.1 暴露聲級

暴露聲級的公式為：

式中：LAE為暴露聲級，dB;t。為時(shí)間，基準(zhǔn)持續(xù)時(shí)間（1 s）;t2-t1為規(guī)定的時(shí)間間隔，此時(shí)間應(yīng)足夠長，使能包含所說明事件的所有有意義的噪聲，s;Pa （t）為瞬時(shí)A聲壓，Pa;p。為基準(zhǔn)聲壓（20 μPa）。

3.4.2 通過暴露聲級

在時(shí)間間隔T內(nèi)檢測并歸一化至Tp的單次列車通過的A汁權(quán)聲級。時(shí)間間隔T應(yīng)足夠長以包括所有與該事件相關(guān)的聲能量，即至少要考慮在Tp時(shí)間段內(nèi)背景噪聲高10 dB的的聲能。TEL用下述方程表示：

式中：TEL為列車通過暴露聲級，dB;T為測量的時(shí)間間隔，s：Tp。為列車經(jīng)過的時(shí)間，s，即整車長除以車速;pA（t）為瞬時(shí)A計(jì)權(quán)聲壓，Pa;p。為基準(zhǔn)聲壓（20 μPa）。

TEL與暴露聲級LAE的關(guān)系用方程表示：

式中：T。為參考時(shí)間間隔（=1s）。

3.4.3 列車通過時(shí)段等效聲級

列車車頭到達(dá)測試地點(diǎn)開始，到列車車尾離開測試地點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)的等效連續(xù)A計(jì)權(quán)聲級。其表達(dá)式為：

式中：LpAeq，Tp為列車通過時(shí)段等效聲級，dB;T為測量的時(shí)間間隔，s;TP為列車經(jīng)過的時(shí)間，Tp=t2 -t1，s;pA （t）為瞬時(shí)A計(jì)權(quán)聲壓，Pa;p。為基準(zhǔn)聲壓（20 μPa）。

LAE與LpAeq，T符合如下關(guān)系：

3.4.4 晝間或夜間等效聲級

晝間或夜間等效聲級的公式為：

式中：Leq為晝間或夜間等效聲級，dB;T為晝間或夜間的時(shí)間，s;n為晝間或夜間通過的列車數(shù)量;LAE，i為晝間或夜間通過的笫i列列車的暴露聲級。

4 結(jié)果與分析

4.1 高架測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

4.1.1 1 h等效聲級

測試期1h內(nèi)共通過高速列車13列，分別按照地面上1.2 m和3.5 m進(jìn)行測量和分析，變化規(guī)律如圖2所示。

從圖2中可以看出，在高速鐵路運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲在水平方向衰減時(shí)，產(chǎn)生先增大后減小趨勢的原因是由于高鐵列車通過時(shí)與高架梁體和防撞墻的遮擋一定程度上使聲波傳播途徑發(fā)生了改變。在地面1.2 m和3.5m高度位置距離15 m處的噪聲值比30 m處分別低2.3 dB和1.6 dB。30 m外，距離加倍噪聲衰減2.9至4.4dB。

在垂直方向的衰減特點(diǎn)如下：在30 m以內(nèi)，噪聲分布具有明顯的空間分布，在15 m遠(yuǎn)時(shí)聲級高的是3.5m測量點(diǎn)，并隨高度減小而變小;在30 m遠(yuǎn)時(shí)，地面1.5m和3.5 m聲級差別減少，距離60 m處基本一致，此后隨著距離的增大，地面3.5 m始終大于地面1.5 m，到180 m遠(yuǎn)處再次基本相同。

4.1.2 單車通過等效聲級

通過對每個(gè)車次的列車通過噪聲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對條件一致的列車信號進(jìn)行平均處理，從而討論列車通過時(shí)間內(nèi)等效聲級隨距離與高度的變化關(guān)系。在高架形式的不同車型單車通過噪聲衰減規(guī)律分析如圖3所示。

從圖3可以看出，不同高度的測點(diǎn)之間，其水平衰減規(guī)律存在著一定差異，各高度點(diǎn)位的衰減趨勢與1h等效聲級的衰減規(guī)律比較類似。距離加倍，衰減量為3.7～5.7 dB。通常在30 m內(nèi)受到橋梁梁體的遮擋，造成噪聲的最大值出現(xiàn)。

4.1.3 單車聲暴露級

測試階段主要涉及到五種車型，通過分析每個(gè)車次的列車通過噪聲產(chǎn)生的單車聲暴露級隨距離的變化規(guī)律如圖4所示。

從圖4可以看出，單車聲暴露級的衰減規(guī)律與單車通過聲級和1h等效聲級的衰減規(guī)律基本相似。

4.2 路基測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

4.2.1 1 h等效聲級

測試期1h時(shí)段內(nèi)共通過14列車，分別按照地面上1.2 m和3.5 m進(jìn)行測量和分析，1h等效聲級變化規(guī)律如圖5所示。

從圖5可以看出，與橋梁線相比路基線不同高度測點(diǎn)的衰減趨勢比較一致，但未明顯出現(xiàn)橋梁段的先增大后減小的趨勢，這是由于由于路基往往高度較低，噪聲傳播受到路基自身影響較小，輻射主要能量往往能直接到達(dá)測試點(diǎn)位。距離加倍，噪聲衰減量為4.0～4.9 dB。

4.2.2 單車通過等效聲級

測試時(shí)段主要涉及到5種車型，分析其列車的單車等效聲級（圖6）。

如圖6所示，以單車等效聲級為評價(jià)量，其距離加倍衰減量為3.7～5.7 dB范圍內(nèi)。單車通過等效聲級中不同高度的測點(diǎn)之間，其水平衰減規(guī)律基本一致，各高度點(diǎn)位的衰減總體趨勢隨距離增大而減小。

4.2.3 單車聲暴露級

測試期涉及到3種主要車型在1.2 m和3.5 m高處的單車聲暴露級衰減情況（圖7）。

如圖7所示可知：以單車聲暴露級為評價(jià)量，距離加倍其衰減量為3.2～5.4 dB。以單車暴露聲級為評價(jià)量時(shí)的距離衰減速率低于單車通過時(shí)段等效聲級，這是由于距離越遠(yuǎn)列車影響時(shí)間越長。

4.3 路塹測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

4.3.1 1 h等效聲級

測試期問1h時(shí)段內(nèi)通過8列車，分析1h等效聲級（圖8）。

如圖8所示，路塹噪聲的衰減隨著距離增加，與路基形式基本相似，未出現(xiàn)高架的先增加后減小的情況。噪聲能量輻射的衰減在60 m以內(nèi)較快，其后隨著距離增加逐步放緩。

4.3.2 單車聲暴露級

分析了兩種車速車型（即新舊車型）的單車聲暴露級衰減情況（圖9）。

如圖9所示：車速300 Km/h的列車聲暴露級總體上大于車速250 Km/h的列車，差距為1.2～2.O dB。以單車聲暴露級為評價(jià)量，距離加倍其衰減量為3.6～5.7 dB。雖然路塹的在距離衰減規(guī)律與路基基本相似，但其衰減更快。

4.3.3

24 h的1 h等效聲級

由于路塹的1 h等效聲級及單車衰減比路基情況快，通過考察24 h全天的等效聲級進(jìn)一步分析該路線形式的衰減規(guī)律。測試距離為30 m，測試結(jié)果如圖10所示。

從圖10可知道，在晚上24：00及1：00～5：00時(shí)段的等效噪聲級較小，平均值僅為44.6 dB。而從6：00～23：00時(shí)段的等效噪聲級則平均達(dá)到65.5 dB。

5 結(jié)論

（1）高速列車通過高架線路的1h等效聲級衰減規(guī)律為：在水平方向上噪聲值先隨距離增大后減小，在30m處噪聲值較大，隨后隨距離增大而減小;垂直方向上，測點(diǎn)高的1h等效聲級高于測點(diǎn)低的，趨勢為先隨距離增大而減小，60 m后隨距離增大而增大，180 m基本一致。單車通過等效聲級中不同高度的測點(diǎn)之間，其水平衰減規(guī)律存在著一定差異，各高度點(diǎn)位的衰減趨勢與1h等效聲級的衰減規(guī)律比較類似。單車聲暴露級的衰減規(guī)律與單車通過聲級和1h等效聲級的衰減規(guī)律基本相似。

（2）高速列車通過路基線路的1h等效聲級衰減規(guī)律與橋梁線相比路基線不同高度測點(diǎn)的衰減趨勢比較一致，并未明顯出現(xiàn)橋梁段的先增大后減小的趨勢。單車通過等效聲級中不同高度的測點(diǎn)之間，其水平衰減規(guī)律基本一致，各高度點(diǎn)位的衰減總體趨勢隨距離增大而減小。以單車暴露聲級為評價(jià)量時(shí)的距離衰減速率低于單車通過時(shí)段等效聲級。

（3）高速列車通過路塹線路的1h等效聲級的衰減隨著距離增加，與路基形式基本相似，但未出現(xiàn)高架的先增加后減小的情況。路塹的單車通過等效聲級在距離衰減規(guī)律與路基基本相似，但其衰減更快。由于路塹的1h等效聲級及單車衰減比路基情況快，通過考察24h全天的等效聲級進(jìn)一步分析該路線形式的衰減規(guī)律。在晚上24：00及1：00～5：00時(shí)段的等效噪聲級較小，平均值僅為44.6 dB，而從6：00～23：00時(shí)段的等效噪聲級則平均達(dá)到65.5 dB。

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