邵琳(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京　100081)

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重載鐵路引起的建筑物二次輻射噪聲預(yù)測(cè)及試驗(yàn)研究

邵琳
(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京100081)

摘要:目前國(guó)內(nèi)尚無重載鐵路二次輻射噪聲預(yù)測(cè)的計(jì)算方法。本文基于Kurzweil模型推導(dǎo)了重載鐵路沿線二次輻射噪聲計(jì)算方法，并計(jì)算了重載鐵路沿線一砌體房屋內(nèi)的二次輻射噪聲。實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算的A聲級(jí)二次輻射噪聲極為接近，各頻帶變化基本一致。由于模型沒有考慮建筑物各頻帶聲輻射效率的差異，個(gè)別頻帶計(jì)算值與測(cè)試值存在一定差異。

關(guān)鍵詞:重載鐵路二次輻射噪聲預(yù)測(cè)試驗(yàn)研究

重載列車運(yùn)行時(shí)軌道受沖擊作用產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)經(jīng)過土層傳播并衰減，當(dāng)傳播至建筑物基礎(chǔ)時(shí)激起周邊建筑物的地板、墻體、天花板等部位的振動(dòng)。這些物體的振動(dòng)會(huì)作為聲源再次向空間輻射噪聲，產(chǎn)生二次噪聲，屬于一種低頻噪聲。低頻噪聲會(huì)給人帶來一系列生理和心理的不適癥狀。有關(guān)研究表明，低聲級(jí)低頻噪聲對(duì)人類行為產(chǎn)生影響，并且這種影響的機(jī)制十分復(fù)雜［1］。國(guó)內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域?qū)⒍屋椛湓肼暥x為被激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)的建筑構(gòu)件固體表面振動(dòng)向周圍空氣介質(zhì)輻射的聲壓波。二次輻射噪聲亦稱固體噪聲，其頻率范圍在16～200 Hz［2］。

目前國(guó)內(nèi)尚未開展鐵路二次輻射噪聲預(yù)測(cè)模式研究。本文通過建立理論計(jì)算模型，預(yù)測(cè)重載鐵路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的二次輻射噪聲，并通過實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果予以驗(yàn)證。

1　二次輻射噪聲預(yù)測(cè)模式

國(guó)內(nèi)對(duì)于鐵路及城市軌道交通地面線路沿線建筑物二次輻射噪聲尚無成熟的預(yù)測(cè)模式，僅針對(duì)城市軌道交通地下線路，對(duì)于隧道垂直上方或距外軌中心線兩側(cè)10 m范圍內(nèi)的振動(dòng)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，給出了列車運(yùn)行時(shí)建筑物內(nèi)最低樓層室內(nèi)中部的二次結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算式［3］，如下式。

i = 1

式中:Lp為建筑物內(nèi)的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，dB(A);Lp，i(f)為未計(jì)權(quán)的建筑物內(nèi)的聲壓級(jí)，dB;VLi(f)為與頻率相對(duì)應(yīng)的建筑物內(nèi)的振動(dòng)加速度級(jí)，dB;Cf，i為第i個(gè)頻帶的A計(jì)權(quán)修正值，dB(A);f為1/3倍頻帶中心頻率(16～200 Hz);n為1/3倍頻帶數(shù)。

上述預(yù)測(cè)模式對(duì)于地面線路建筑物二次輻射噪聲的適用性有待驗(yàn)證。為預(yù)測(cè)重載鐵路沿線建筑物室內(nèi)由于壁面結(jié)構(gòu)振動(dòng)而產(chǎn)生的二次輻射噪聲，本文基于Kurzweil模型方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。由地板或壁面結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射的聲功率可表示為［4］

式中:Z0為空氣特性阻抗，Z0=ρ0c0，ρ0為空氣密度，c0為聲速;S為壁面表面積;σ為輻射比;＜—v—2—＞為表面平均均方速度。

考慮室內(nèi)的混響效應(yīng)時(shí)，二次輻射噪聲聲壓與地板或壁面輻射功率W、混響時(shí)間T60和室內(nèi)容積V之間的關(guān)系如下［5］

結(jié)合式(3)，聲壓級(jí)與振動(dòng)速度級(jí)之間的關(guān)系為

式中:Lv為振動(dòng)速度級(jí)，參考速度為10－9m/s;H為室內(nèi)高度，H = V/S。

振動(dòng)速度v與振動(dòng)加速度a存在下述關(guān)系

式中，ω為振動(dòng)角頻率。

結(jié)合式(3)和式(4)，二次輻射噪聲聲壓級(jí)與地板或壁面振動(dòng)加速度級(jí)的關(guān)系可表示為

式中:La為地板或壁面振動(dòng)加速度級(jí)，參考加速度為10－6m/s2。

式(5)中，輻射比σ可取1［4］，混響時(shí)間T60由賽賓公式給出，即

式中:K為常數(shù)，一般取0.161;A為室內(nèi)總吸聲面積，m2;α為吸聲系數(shù);S為室內(nèi)總表面積，m2。

2　二次輻射噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

一建筑物為20世紀(jì)80年代的磚砌體房屋，室內(nèi)尺寸為3.0 m(長(zhǎng))×3.0 m(寬)×2.7 m(高)，吸聲系數(shù)取為0.1，經(jīng)計(jì)算T60= 0.77 s。本文主要采用式(5)和式(7)來預(yù)測(cè)重載鐵路沿線建筑物室內(nèi)二次輻射噪聲，主要預(yù)測(cè)由壁面和地板振動(dòng)而輻射的二次噪聲。La和Lv由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲取，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，建筑物振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試結(jié)果如圖2所示。通過建筑物振動(dòng)響應(yīng)預(yù)測(cè)建筑物二次輻射噪聲，結(jié)果如圖3所示。經(jīng)過A計(jì)權(quán)后獲得重載列車通過時(shí)室內(nèi)二次輻射噪聲為38.5 dB。

圖1　建筑物振動(dòng)響應(yīng)測(cè)點(diǎn)布置(單位:m)

圖2　建筑物振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試結(jié)果(建筑物振動(dòng)為相對(duì)值)

圖3　建筑物二次輻射噪聲預(yù)測(cè)值(聲壓級(jí)為相對(duì)值)

3　二次輻射噪聲測(cè)試

為避免空氣直達(dá)聲的影響，將重載鐵路二次輻射噪聲的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)選擇在路基聲屏障區(qū)段，測(cè)點(diǎn)在室內(nèi)中心地面以上1.2 m處，傳聲器周邊1 m范圍內(nèi)均無反射物，測(cè)試期間門窗均關(guān)閉。建筑物二次噪聲輻射實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比如圖4所示。經(jīng)過A計(jì)權(quán)后獲得重載列車通過時(shí)室內(nèi)二次輻射噪聲為38.1 dB，與預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，A聲級(jí)僅相差0.4 dB，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值各頻帶變化基本一致，但實(shí)測(cè)值的峰值和谷值較為突出。這主要是因?yàn)轭A(yù)測(cè)時(shí)各頻段聲輻射因子均取為1，所以預(yù)測(cè)結(jié)果沒有體現(xiàn)各頻段聲輻射效率的差異。

圖4　建筑物二次輻射噪聲實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比(聲壓級(jí)為相對(duì)值)

4　結(jié)語

本文基于Kurzweil模型推導(dǎo)了鐵路二次輻射噪聲預(yù)測(cè)的計(jì)算方法，對(duì)一重載鐵路沿線建筑物進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相比，A聲級(jí)基本一致，各頻段的變化規(guī)律也基本保持一致，但是由于模型中沒有考慮建筑物各頻段聲輻射效率的差異，所以在個(gè)別頻帶上計(jì)算值與實(shí)測(cè)值存在一定的差異。建議后續(xù)研究中深入探討建筑物各頻段聲輻射因子的差異，進(jìn)一步完善該預(yù)測(cè)模式。

參考文獻(xiàn)

［1］邵阿紅.低頻環(huán)境噪聲對(duì)人影響程度的實(shí)驗(yàn)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9(17):5256-5259.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ/T 170—2009城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.HJ 453—2008環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則——城市軌道交通［S］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

［4］THOMPSON D.Railway Noise and Vibration:Mechanisms，Modelling and Means of Control［M］.Oxford，UK:Elsevier，2009.

［5］辜小安，謝詠梅，劉揚(yáng).地鐵列車運(yùn)行引起建筑物二次輻射噪聲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)探討［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2012(4):56-59.

(責(zé)任審編李付軍)

Prediction of Secondary Radiation Noise onto Building Induced by Heavy Haul Railway and Its Experimental Study

SHAO Lin

(China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:Since there was no prediction model of the secondary radiation noise caused by heavy haul railway in China，this paper presented the calculation method for secondary radiation noise along heavy haul railway based on the Kurzweil model and predicted the secondary radiation noise of a masonry house along heavy haul railway.Experimental results were very close to A-level secondary radiation noise values calculated by the model，and each frequency band variation was basically identical.Because the model did not consider the acoustic radiation efficiency difference of each frequency band for the building，there was a little difference between the individual calculated value and the test value of the frequency band.

Key words:Heavy haul railway;Secondary radiation noise;Prediction;Experimental study

作者簡(jiǎn)介:邵琳(1984—)，女，助理研究員，博士研究生。

收稿日期:2015-11-22;修回日期:2015-12-10

文章編號(hào):1003-1995(2016)03-0161-03

中圖分類號(hào):TB533+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.38