許永富 劉鵬輝 王東方 尹鐵鋒

(1.寧波市軌道交通集團有限公司,315101,寧波; 2.中國鐵道科學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有限公司,315101,寧波; 2.中國鐵道科學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號線一期工程高架段開展了無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構的噪聲對比試驗,分析了各軌道結構不同測點處噪聲的頻譜特性,對比了不同軌道結構的實際降噪效果。結果表明:相較于普通整體道床,采用梯形軌枕或減振墊道床后,有的測點噪聲減小,但多數測點噪聲增大;梯形軌枕和減振墊道床減小了橋梁結構噪聲,但同時增大了輪軌噪聲;減振墊道床各測點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極大交通方便的同時也產生了一系列振動噪聲問題。列車通過高架線路的噪聲通常高于地下線路的噪聲,因此,高架線對周圍環(huán)境的噪聲影響變得十分突出。列車通過橋梁時,由于輪軌相互作用產生的振動能量經軌道結構傳遞到橋梁及其附屬結構,并激發(fā)橋梁及其附屬結構振動向四周輻射出噪聲,這部分噪聲稱之為橋梁結構噪聲。橋梁結構噪聲屬于低頻噪聲,在空氣中傳播時具有衰減慢、穿透力強,難以隔斷等特點[1]。

一直以來,對軌道交通噪聲的研究主要集中在輪軌和車輛等產生的輪軌噪聲問題,對橋梁結構低頻噪聲研究較少。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,其只對輪軌噪聲具有一定的降噪效果。為了降低橋梁結構噪聲,改善降噪效果,往往增設減振軌道。減振軌道通過隔振單元減小輪軌傳遞到橋梁上的振動能量,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際降噪效果,本文在寧波軌道交通1號線一期工程高架段開展了噪聲測試,并分析了不同軌道結構噪聲的頻譜特性,對比了不同軌道結構的實際降噪效果,從而為寧波軌道交通建設提供參考。

1 噪聲測試

1.1 測試儀器

測試所用儀器包括多功能聲級計、監(jiān)測箱、無線傳輸模塊等,如表1所示。其中聲級計頻率采集范圍為12.5～20 000 Hz。

1.2 測試概況

選取寧波軌道交通1號線一期工程高架線開展噪聲測試。在無聲屏障條件下進行普通整體道床、梯形軌枕和減振墊道床等三種軌道結構的對比測試。

表1 噪聲測試主要儀器

普通整體道床為現澆道床,標準承臺寬800 mm、高276 mm、長2 350 mm,每標準承臺包含4根軌枕。梯形軌枕由2片預制預應力混凝土縱梁通過鋼管連接組成框架式軌道板,單邊縱梁寬580 mm、高165 mm、長5 800 mm,每延米梯形軌枕質量約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5850 mm,每延米道床墊浮置式整體道床質量約1.618 t。

列車為實際運營的地鐵B型車,6節(jié)編組。轉向架中心距為12.6 m,轉向架軸距為2.3 m。帶司機室拖車長19.65 m,動車長19m,寬2.892 m。列車運行速度約60 km/h。測試期間,測試區(qū)段列車接近于空車。

測試減振軌道的鋪設長度大于200 m,選擇相對安靜無其他聲源影響(列車通過時段內無重型貨車、道路公交車、行人語言交流等)的區(qū)域。試驗斷面共3個,均為直線段、WJ-2A扣件、無縫鋼軌、30 m簡支箱梁。測試斷面位置如表2所示。各測試斷面場地條件、梁柱類型和尺寸等基本條件一致[8],每個斷面共7個測點,測點位置如表3所示。選取10趟列車通過時段噪聲能量平均值作為噪聲分析依據。

表2 噪聲測試斷面位置

2 測試結果及分析

2.1 不同軌道結構各測點等效A聲級

三種軌道結構各測點的等效A聲級如圖1所示。由圖1可知:

表3 測點位置

(1) 噪聲源強(測點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;橋梁結構噪聲(測點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。因為減振軌道起到了一定的減振效果,傳到橋梁上的振動有一定的衰減,橋梁結構噪聲較普通整體道床均有一定的減小,但同時減振軌道必然會增大鋼軌振動,從而噪聲源強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 (測點3)處的噪聲規(guī)律類似于橋梁結構噪聲(測點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 (測點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 不同軌道結構各測點噪聲頻譜特性

普通整體道床、梯形軌枕和減振墊道床各測點處噪聲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) 測點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],可認為630～800 Hz為輪軌噪聲的主頻率段。

(2) 測點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,因為該測點處橋梁結構噪聲占較大比重,而輪軌噪聲受到橋梁及其附屬結構一定的遮蔽作用。與普通整體道床相較,梯形軌枕和減振墊道床各測點均在630～800 Hz頻率段出現波峰,這是減振軌道增大了輪軌噪聲的結果。

(3) 測點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衰減較快。測點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隨測點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緩慢降低。

圖2 普通整體道床各測點處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

圖3 梯形軌枕各測點處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

2.3 各測點不同軌道結構噪聲頻譜特性

三種軌道結構測點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 減振墊道床各測點處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

圖5 測點1處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

圖6 測點2處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

圖7 測點3處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

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,測點2和測點3處在絕大部分頻率段聲壓級均有所減小(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所示測點2、3等效A聲級的減小主要是由中低頻頻率段聲壓級的減小導致。

圖8 測點4處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

圖9 測點5處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

圖10 測點6處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

由圖8～11可知,測點4～7處噪聲成分以中心頻率20～200 Hz和630～800 Hz為主,因為測點4～7距橋梁較遠,受橋梁結構噪聲和輪軌噪聲共同影響。減振軌道對輪軌噪聲有一定的增大作用,使測點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。

圖11 測點7處噪聲1/3倍頻程中心頻率聲壓級

2.4 不同軌道結構插入損失

軌道結構插入損失是評價軌道結構降噪效果的物理量,為其他條件相同時普通整體道床某測點的等效A聲級與減振軌道結構同測點的等效A聲級之差。減振墊道床和梯形軌枕兩種不同軌道結構各測點處插入損失如圖12所示。由圖12可知:

(1) 減振墊道床和梯形軌枕在噪聲源強(測點1)處插入損失均為負值,因為測點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 (測點2)及距外軌中心0 m地面上方1.2 m (測點3)處插入損失均較大,因為測點2和測點3處噪聲含較多成分的橋梁結構噪聲,而減振軌道有效減小了橋梁結構噪聲。

(3) 減振墊道床在距外軌中心30 m、60 m地面上方1.2 m (測點6和測點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 (測點5、測點6和測點7)處,插入損失均為負值,因為減振軌道雖能減小橋梁結構噪聲,但同時增大了輪軌噪聲,經過A計權后,上述測點處綜合表現為噪聲的增大。

(4) 測點1～6處減振墊道床的插入損失均比梯形軌枕的大,但測點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 結語

本文在寧波軌道交通1號線一期工程高架段開展了不同軌道結構的噪聲測試,分析了不同軌道結構噪聲的頻譜特性,對比了不同軌道結構的實際降噪效果。主要結論如下:

(1) 采用梯形軌枕或減振墊道床后,噪聲源強(測點1)處噪聲增大,主要體現在630～800 Hz頻率段聲壓級的增大,即增大了輪軌噪聲。

圖12 兩種減振軌道各測點處插入損失

(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 (測點2)和距離外軌中心0 m地面上方1.2 m (測點3)處噪聲均減小,主要體現在中低頻頻率段聲壓級的減小,即減小了橋梁結構噪聲。

(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 (測點6和測點7)處噪聲均增大,因為減振軌道在減小橋梁結構噪聲的同時增大了輪軌噪聲,綜合效果表現為噪聲增大。

(4) 當水平距離一致,測點從噪聲源強到地面上方變化時,噪聲衰減主要集中在大于等于630 Hz頻率段;當高度一致,測點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,噪聲衰減主要集中在小于630 Hz頻率段。

(5) 減振墊道床各測點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)