胡月琪，劉倩，王錚，姜濤，孔川，張虎，鄔曉東1.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100048 2.大氣顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048

北京市地鐵列車運(yùn)行引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲污染特征與評(píng)價(jià)

胡月琪1，2，劉倩1，2，王錚1，2，姜濤1，2，孔川1，2，張虎1，2，鄔曉東1，2
1.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100048 2.大氣顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048

以200 Hz以下低頻部分等效A聲級(jí)(LAeq200)、12.5～20 kHz頻率的等效A聲級(jí)(LAeq20 k)與倍頻帶聲壓級(jí)作為評(píng)價(jià)量，結(jié)合HJ 793—2106《城市軌道交通(地下段)結(jié)構(gòu)噪聲監(jiān)測(cè)方法》、GB 22337—2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》和JGJT 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次幅射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)地鐵列車運(yùn)行引起臨近建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲，并應(yīng)用于北京市實(shí)測(cè)研究。結(jié)果表明：北京市地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的頻率范圍為12.5～200 Hz；LAeq20 k不適用于地鐵低頻結(jié)構(gòu)噪聲的評(píng)價(jià)；北京市2條地鐵線路列車運(yùn)行的結(jié)構(gòu)噪聲特征頻率分別為31.5、40、50、63和100 Hz，以40 Hz為主。實(shí)測(cè)表明，地鐵結(jié)構(gòu)噪聲污染的特征是列車通過時(shí)特征頻率上的聲壓增量明顯，由于地鐵結(jié)構(gòu)噪聲在200 Hz以下低頻部分的能量分布差異，以及A計(jì)權(quán)對(duì)低頻段聲壓級(jí)的消減差異，LAeq200評(píng)價(jià)結(jié)果不能客觀反映地鐵結(jié)構(gòu)噪聲的實(shí)際影響；低矮樓房對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)噪聲有放大作用，而高層樓房則有一定衰減作用；建筑物體量大小和隧道埋深較水平距離對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)噪聲衰減的影響更為明顯。因此，地鐵建設(shè)宜綜合考慮地鐵埋深，并避免穿越低矮樓房和平房區(qū)以控制結(jié)構(gòu)噪聲污染。

地鐵結(jié)構(gòu)噪聲；監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)；13倍頻程；特征頻率；北京市

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加速以及城市自身發(fā)展的需要，城市軌道交通以其快捷、安全、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)成為城市交通系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)。城市地下軌道交通作為一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力、城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力、人民生活水平及現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，已在我國(guó)數(shù)十個(gè)大中城市陸續(xù)開工建設(shè)。城市地下軌道交通的大力發(fā)展既解決了大中城市的交通擁堵問題，又提高了土地資源的利用率，但由于城市地下軌道交通大都位于或穿越中心城區(qū)，地鐵列車經(jīng)常在敏感建筑物下方穿越或近距離經(jīng)過，其運(yùn)行對(duì)沿線古建筑物、居民的居住環(huán)境及身體健康等均產(chǎn)生顯著影響[1-4]。

地鐵列車運(yùn)行引起的振動(dòng)，通過軌道基礎(chǔ)和隧道結(jié)構(gòu)向周圍土介質(zhì)和地面?zhèn)鞑ィM(jìn)而激發(fā)沿線敏感建筑物基礎(chǔ)振動(dòng)，使敏感建筑物室內(nèi)因結(jié)構(gòu)振動(dòng)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲。相關(guān)研究分析了地鐵列車運(yùn)行對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲影響及其控制措施[5-7]；通過數(shù)值模擬方法探討地鐵列車運(yùn)行引起沿線建筑物振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲的分布規(guī)律[8-10]；并對(duì)二者相關(guān)性進(jìn)行了分析和實(shí)測(cè)研究[11-12]。也有學(xué)者提出了地鐵列車運(yùn)行引起的室內(nèi)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲之間的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)公式[13-15]，分析和探討城市軌道交通引起的室內(nèi)振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲的監(jiān)測(cè)方法與評(píng)價(jià)量問題[16-19]。

截至2016年底，北京市城市地下軌道交通運(yùn)營(yíng)總里程已超過560 km，基本實(shí)現(xiàn)了北京市重點(diǎn)功能街區(qū)與交通樞紐的便捷聯(lián)系。但隨著城市地下軌道交通在我國(guó)各大中城市的快速發(fā)展，地鐵列車運(yùn)行帶來的室內(nèi)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲問題日益突出，地鐵沿線居民針對(duì)地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲的投訴也日益增多，其引發(fā)的相關(guān)環(huán)境問題也日益受到人們的廣泛關(guān)注。

針對(duì)地鐵列車運(yùn)行引起的沿線敏感建筑物室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲帶來的環(huán)境問題，目前缺少統(tǒng)一明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)方法與評(píng)價(jià)量。為了解地鐵列車運(yùn)行引起室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的污染狀況與特征，探討室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)問題，筆者結(jié)合HJ 793—2016《城市軌道交通(地下段)結(jié)構(gòu)噪聲監(jiān)測(cè)方法》、GB 22337—2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》與JGJT 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次幅射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》[20-22]，以北京市為例，開展了針對(duì)地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)實(shí)測(cè)研究，探索準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)地鐵列車運(yùn)行引起的沿線敏感建筑物室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲方法，確定地鐵列車運(yùn)行引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲污染特征及其影響因素，以合理評(píng)估地鐵列車運(yùn)行對(duì)沿線敏感建筑物與居民生活的影響，以期為針對(duì)性地采取治理措施提供技術(shù)依據(jù)，并為相關(guān)管理部門治理決策提供相應(yīng)的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 測(cè)點(diǎn)信息

研究涉及北京市2條不同隧道埋深的地鐵線路(地鐵A線和地鐵B線)，各線路按與地鐵外軌中心線垂直上方的不同水平距離、不同建筑結(jié)構(gòu)特性及不同樓層各選取3個(gè)測(cè)點(diǎn)，共6個(gè)測(cè)點(diǎn)。地鐵A線的測(cè)點(diǎn)F1、F5為與地鐵外軌中心線垂直上方20～30 m水平距離的一幢5層4單元磚混結(jié)構(gòu)樓房同側(cè)同結(jié)構(gòu)的1層與5層臥室內(nèi)；測(cè)點(diǎn)PF-A為與地鐵外軌中心線垂直上方50～60 m水平距離，與F1、F5所在樓房水平距離約50 m的普通平房?jī)?nèi)。地鐵B線的測(cè)點(diǎn)B1、B2為與地鐵外軌中心線垂直上方10～20 m水平距離的一幢12層4單元鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓房同側(cè)不同結(jié)構(gòu)的地下1層與地下2層室內(nèi)；測(cè)點(diǎn)PF-B為與地鐵外軌中心線垂直上方10～20 m水平距離，與B1、B2所在樓房水平距離約20 m的普通平房?jī)?nèi)。各數(shù)據(jù)采集測(cè)點(diǎn)及位置信息見表1。

表1 室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲測(cè)點(diǎn)信息

注：地鐵最高設(shè)計(jì)時(shí)速為80 kmh；標(biāo)準(zhǔn)軌道寬為1 435 mm；B型車6節(jié)編組；直流750 V第三軌供電。

1.2 監(jiān)測(cè)方法

依據(jù)GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)量鐵路交通噪聲的技術(shù)要求[23]，以HJ 793—2016方法獲取地鐵列車運(yùn)行引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲事件，結(jié)合GB 22337—2008與JGJT 170—2009，針對(duì)地鐵列車運(yùn)行引起沿線敏感建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲測(cè)量與評(píng)價(jià)方法要求，利用丹麥B&K公司的TYPE2250型噪聲測(cè)量?jī)x，于2014年7、8月對(duì)北京市地鐵A線、B線選取的6個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，采集12.5～20 kHz頻率內(nèi)13倍頻程各中心頻率的聲壓級(jí)隨測(cè)量時(shí)間變化的時(shí)間歷程數(shù)據(jù)。

同一地鐵線路3個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，連續(xù)測(cè)量1 h，采樣頻率為1組s。

1.3 室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲測(cè)量及其相關(guān)技術(shù)要求

根據(jù)我國(guó)建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)量時(shí)室內(nèi)噪聲監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)一般選擇在臥室或客廳進(jìn)行，且布設(shè)在靠近房間中央，距離任一反射面1 m以上、距地面1.2 m、距外窗1 m以上，窗戶關(guān)閉狀態(tài)下測(cè)量。同時(shí)關(guān)閉被測(cè)房間內(nèi)其他可能干擾測(cè)量的聲源，如電視機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、排風(fēng)扇以及鎮(zhèn)流器較響的日光燈、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出聲的時(shí)鐘等。

測(cè)量前后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聲學(xué)校準(zhǔn)，其前后校準(zhǔn)示值偏差小于0.5 dB，否則測(cè)量結(jié)果無效。

1.4 室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)記錄與處理

為數(shù)據(jù)分析的需要，結(jié)合GB 22337—2008和JGJT 170—2009對(duì)地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲評(píng)價(jià)要求，按照HJ 793—2016方法獲取地鐵列車事件并計(jì)算該次列車通過時(shí)的13倍頻程各中心頻率能量平均聲壓級(jí)、200 Hz以下低頻部分等效A聲級(jí)(LAeq200)，12.5～20 kHz頻率的等效A聲級(jí)(LAeq20 k)，以及測(cè)量時(shí)間段內(nèi)扣除地鐵列車通過時(shí)段作為背景的13倍頻程各中心頻率能量平均聲壓級(jí)、LAeq200、LAeq20 k。

Leq,i=10×lg(1

(1)

式中：Leq,i為第i個(gè)中心頻率上測(cè)量時(shí)間T內(nèi)的能量平均聲壓級(jí)，dB；Li為第i個(gè)中心頻率上t時(shí)刻次的聲壓級(jí)，dB；N為規(guī)定的測(cè)量時(shí)間段T內(nèi)采樣的總數(shù)。

LAeq200、LAeq20 k的計(jì)算公式為：

(2)

式中：LAeq為測(cè)量時(shí)間T內(nèi)的等效A聲級(jí)，dB；Wa,i為第i個(gè)中心頻率上的A聲級(jí)計(jì)權(quán)因子，dB；n為需要進(jìn)行計(jì)權(quán)的中心頻率個(gè)數(shù)。

Pi=100.05×Leq,i×P0

(3)

式中：Pi為第i個(gè)中心頻率上的聲壓，Pa；P0為基準(zhǔn)聲壓，取值為2×10-5Pa。

Lk=10×lg(100.1×Li-1+100.1×Li+100.1×Li+1)

(4)

2 結(jié)果與討論

2.1 建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲頻率特征

圖1 列車通過時(shí)F1的13倍頻程結(jié)構(gòu)噪聲實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.1 Measured results of ground-borne noise level at the 13 octave band in F1

依據(jù)地鐵列車運(yùn)行時(shí)刻調(diào)查和通過每次列車引起室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲能量變化數(shù)據(jù)分析，北京市地鐵列車運(yùn)行密度基本上為2～4 min列，每次列車通過測(cè)點(diǎn)時(shí)的噪聲事件持續(xù)時(shí)間一般為10～15 s。得到所有通過測(cè)點(diǎn)的單次近軌列車或遠(yuǎn)軌列車的13倍頻程中心頻率能量平均聲壓級(jí)，再分別按式(1)計(jì)算出近軌列車與遠(yuǎn)軌列車各中心頻率的能量平均聲壓級(jí)，并計(jì)算出測(cè)量時(shí)間段內(nèi)扣除地鐵列車通過時(shí)段的13倍頻程各中心頻率能量平均聲壓級(jí)作為背景值。圖2為地鐵A線3個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間段內(nèi)近軌列車、遠(yuǎn)軌列車結(jié)構(gòu)噪聲及背景噪聲13倍頻程中心頻率能量平均聲壓級(jí)的實(shí)測(cè)結(jié)果。

圖2 地鐵A線列車通過時(shí)各測(cè)點(diǎn)13倍頻程結(jié)構(gòu)噪聲實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.2 Measured results of ground-borne noise level at the 13 octave band in measurement points of subway line A

從圖2可看出，在地鐵列車通過時(shí)，F(xiàn)5與F1結(jié)構(gòu)噪聲在40 Hz中心頻率處均出現(xiàn)大小2個(gè)峰值，且與背景噪聲聲壓級(jí)相差25～38 dB，其特征頻率均為40 Hz；F5與F1相同，近軌列車與遠(yuǎn)軌列車在特征頻率處能量差異明顯并略有放大。但在距地鐵外軌中心線水平距離較遠(yuǎn)的PF-A只監(jiān)測(cè)到了近軌列車引起的室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲，其列車結(jié)構(gòu)噪聲在31.5和40 Hz處出現(xiàn)了數(shù)值相近的最大聲壓級(jí)和峰值，與背景噪聲聲壓級(jí)均相差25 dB左右，故其特征頻率為31.5和40 Hz。

圖3 地鐵B線列車通過時(shí)各測(cè)點(diǎn)13倍頻程結(jié)構(gòu)噪聲實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.3 Measured results of ground-borne noise level at the 13 octave band in measurement points of subway line B

圖3為地鐵B線3個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間段內(nèi)近軌列車、遠(yuǎn)軌列車結(jié)構(gòu)噪聲及背景噪聲13倍頻程中心頻率能量平均聲壓級(jí)的實(shí)測(cè)結(jié)果。由圖3可知，B2近軌與遠(yuǎn)軌列車結(jié)構(gòu)噪聲均在50和100 Hz中心頻率處均出現(xiàn)峰值，且其聲壓級(jí)較背景聲壓級(jí)均高15～19 dB，因此其特征頻率為50 Hz和100 Hz；B1列車結(jié)構(gòu)噪聲在40 Hz中心頻率處出現(xiàn)峰值，其聲壓級(jí)較背景聲壓級(jí)高20 dB左右，20 Hz處雖出現(xiàn)了峰值但與背景聲壓級(jí)相近，故其特征頻率為40 Hz；而PF-B列車結(jié)構(gòu)噪聲在31.5和63 Hz中心頻率處聲壓級(jí)增量明顯，達(dá)10～16 dB，且出現(xiàn)了明顯峰值，故其特征頻率為31.5和63 Hz。

地鐵A線、地鐵B線的6個(gè)測(cè)點(diǎn)的特征頻率不盡相同，特征頻率為31.5～100 Hz，以40 Hz為主，其可能與地鐵的水平距離、地鐵隧道埋深、建筑物特征、地基地質(zhì)等條件有關(guān)。張中平等[19]認(rèn)為地鐵結(jié)構(gòu)噪聲特征頻率為63 Hz，Walker等[3]認(rèn)為峰值一般出現(xiàn)在50～80 Hz，均與本研究相似。

2.2 建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲頻率分布

按式(3)計(jì)算6個(gè)測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)軌、近軌列車結(jié)構(gòu)噪聲及其背景噪聲的13倍頻程各中心頻率平均聲壓，將列車通過時(shí)的各中心頻率平均聲壓扣除背景噪聲的平均聲壓，即得到列車通過時(shí)13倍頻程中心頻率平均聲壓(能量)增加值。

圖4為地鐵A線列車通過時(shí)中心頻率聲壓增量貢獻(xiàn)率實(shí)測(cè)結(jié)果。由圖4可知，地鐵A線列車通過時(shí)13倍頻程中心頻率的能量增加主要集中在200 Hz以下頻段。F5遠(yuǎn)軌列車通過時(shí)200 Hz以下頻率能量增加貢獻(xiàn)率最低，但仍然高達(dá)94%左右，其他近軌、遠(yuǎn)軌列車通過測(cè)點(diǎn)時(shí)，200 Hz以下頻率貢獻(xiàn)率則都在99%以上。同時(shí)發(fā)現(xiàn)聲壓增加量貢獻(xiàn)最大的頻率為31.5和40 Hz的特征頻率處。

圖4 地鐵A線列車通過時(shí)13倍頻程中心頻率能量增量的貢獻(xiàn)率Fig.4 Measured cumulative contribution rate of energy increment level at the 13 octave band in subway line A

圖5 地鐵B線列車通過時(shí)13倍頻程中心頻率能量增量的貢獻(xiàn)率Fig.5 Measured cumulative contribution rate of energy increment level at the 13 octave band in subway line B

綜上可見，地鐵列車運(yùn)行引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲主要以200 Hz以下低頻噪聲為主，其能量增加貢獻(xiàn)率均在82%以上，而高頻部分則貢獻(xiàn)有限。Walker等[3，18]認(rèn)為地鐵列車運(yùn)行引起室內(nèi)二次輻射噪聲的主要頻段為16～200和16～250 Hz，與本研究的結(jié)論基本一致。因此，JGJT 170—2009要求二次輻射噪聲以200 Hz以下低頻噪聲作為結(jié)構(gòu)噪聲評(píng)價(jià)的頻率范圍符合地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的特點(diǎn)。

2.3 建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的影響分析

圖6 地鐵A線列車通過時(shí)13倍頻程中心頻率能量累積增量Fig.6 Measured cumulative energy increment level at the 13 octave band in subway line A

從圖6還可看出，F(xiàn)5近軌列車引起室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的平均聲壓總增加量顯著高于F1近軌列車的影響，二者相差達(dá)65 mPa；而F5遠(yuǎn)軌列車引起的平均聲壓總增加量稍高于F1遠(yuǎn)軌列車的影響，二者相差僅6 mPa。與地鐵A線外軌中心線垂直上方的水平距離相同的測(cè)點(diǎn)F1、F5，樓層越高，結(jié)構(gòu)噪聲聲壓能量增加越大，可見低矮的磚混結(jié)構(gòu)樓房對(duì)于地鐵引起室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲隨樓層往上具有一定的放大作用。

另外發(fā)現(xiàn)，地鐵A線的PF-A只監(jiān)測(cè)到了近軌列車引起的室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲，說明地鐵隧道埋深較淺的地鐵A線遠(yuǎn)軌對(duì)該建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲影響有限，該測(cè)點(diǎn)距遠(yuǎn)軌中心線的水平距離約80 m，且有近軌隧道的衰減作用。

研究表明，PF-A近軌列車引起的室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲平均聲壓總增加量顯著高于距地鐵A線水平距離約近30 m的F1近軌列車的影響，二者相差95 mPa，比具有放大作用的F5近軌列車高30 mPa，因此建筑物的體量大小對(duì)于地鐵引起室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲來說，比距地鐵的水平距離具有更大的衰減作用。

圖7 地鐵B線列車通過時(shí)13倍頻程中心頻率能量累積增量Fig.7 Measured cumulative energy increment level at the 13 octave band in subway line B

從圖6和圖7可看出，PF-A近軌聲壓能量增加值是PF-B近軌和遠(yuǎn)軌聲壓能量增量的4.1～4.6倍。雖然PF-A與地鐵外軌垂直上方的水平距離較PF-B遠(yuǎn)40～50 m，但PF-A地鐵隧道埋深比PF-B淺約10 m，而地鐵隧道埋深越深，對(duì)建筑物振動(dòng)影響越小[7,24]，在地鐵列車等相關(guān)狀況大致相當(dāng)?shù)那闆r下，相對(duì)于距地鐵的水平距離來說，可能地鐵隧道埋深對(duì)地鐵引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲水平具有更顯著的衰減作用。

2.4 建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的評(píng)價(jià)

2.4.1 等效A聲級(jí)的評(píng)價(jià)分析

將各測(cè)點(diǎn)的近軌列車結(jié)構(gòu)噪聲、遠(yuǎn)軌列車結(jié)構(gòu)噪聲和背景噪聲13倍頻程中心頻率能量平均聲壓級(jí)，按式(2)分別計(jì)算LAeq200和LAeq20 k，并按照HJ 706—2014《環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 噪聲測(cè)量值修正》[25]規(guī)定的噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范要求分別對(duì)測(cè)量值進(jìn)行背景修正。

圖8為地鐵列車通過各測(cè)點(diǎn)時(shí)，實(shí)測(cè)的LAeq200、LAeq20 k與GB 22337—2008和JGJT 170—2009限值標(biāo)準(zhǔn)的比較。從圖8可以看出，測(cè)點(diǎn)近80%的地鐵列車引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲LAeq20 k與背景噪聲相差小于3 dB，不滿足噪聲監(jiān)測(cè)值修正要求，可見LAeq20 k易受到背景噪聲的干擾和影響，而LAeq200均滿足HJ 706—2014修正要求。

圖8 地鐵列車通過時(shí)LAeq20 k和LAeq200實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.8 Comparision of measured LAeq20 k and LAeq200 during subway pass

研究表明，所有測(cè)點(diǎn)LAeq20 k均滿足GB 22337—2008中2、3、4類區(qū)域A類房間的晝間限值標(biāo)準(zhǔn)(45 dB)，但只有2個(gè)測(cè)點(diǎn)(F1和PF-B)LAeq20 k滿足GB 22337—2008中2、3、4類區(qū)域A類房間的夜間限值標(biāo)準(zhǔn)(35 dB)。而LAeq200均滿足JGJT 170—2009中2類區(qū)域的晝間限值標(biāo)準(zhǔn)(41 dB)，除F5近軌、PF-A近軌與B2的列車結(jié)構(gòu)噪聲LAeq200為36.7～39.1 dB，其他測(cè)點(diǎn)均低于35 dB。

從圖8可以看出，F(xiàn)5近軌與B2近軌LAeq200的實(shí)測(cè)值、背景值和修正值大致相當(dāng)，但與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的實(shí)際感受存在明顯差距。實(shí)測(cè)時(shí)，F(xiàn)5近軌列車通過時(shí)振感強(qiáng)烈，房屋窗戶產(chǎn)生明顯晃動(dòng)，其引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲比B2近軌感覺要大得多，并與圖6和圖7中能量增量實(shí)測(cè)結(jié)果差距明顯，F(xiàn)5近軌聲壓能量增加123 mPa，是B2近軌聲壓增加量的2.6倍。其原因是F5近軌聲壓能量增加的近90%在40 Hz以下，因其特征頻率為40 Hz；而B2近軌聲壓增量只有小于15%在40 Hz以下，因其特征頻率為50和100 Hz。A計(jì)權(quán)聲級(jí)頻率越低，對(duì)低頻聲壓級(jí)的消減作用越大?？梢?，LAeq200與聲壓在200 Hz以下低頻部分的能量分布及A計(jì)權(quán)聲級(jí)對(duì)低頻段聲壓級(jí)的消減差異有關(guān)。

地鐵A線LAeq200的順序?yàn)镕5近軌>PF-A近軌>F1近軌>F5遠(yuǎn)軌>F1遠(yuǎn)軌。與圖6聲壓增量的順序比較，只有F5近軌與PF-A近軌易位，原因可能是PF-A近軌在特征頻率31.5和40 Hz處聲壓增量相當(dāng)，而F5近軌只在特征頻率40 Hz處聲壓增量明顯，進(jìn)一步說明LAeq200A計(jì)權(quán)聲級(jí)對(duì)低頻聲壓級(jí)消減作用更明顯，與聲壓在200 Hz以下低頻部分的能量分布不同有關(guān)。

研究表明，LAeq200雖然是針對(duì)200 Hz以下低頻部分噪聲，但地鐵列車結(jié)構(gòu)噪聲在200 Hz以下低頻部分的能量分布差異，以及A計(jì)權(quán)聲級(jí)對(duì)低頻段聲壓級(jí)的消減差異，導(dǎo)致LAeq200不能完全客觀反映結(jié)構(gòu)噪聲的實(shí)際影響。

2.4.2 倍頻程聲壓級(jí)的評(píng)價(jià)分析

圖9 地鐵列車通過時(shí)倍頻程聲壓級(jí)實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.9 Comparision of measured sound pressure level in octave bands during subway pass

從圖9可以看出，除B2近軌結(jié)構(gòu)噪聲為125 Hz，超限值4.2 dB外，其他測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)噪聲均滿足GB 22337—2008中2、3、4類區(qū)域A類房間晝間限值。對(duì)于GB 22337—2008中2、3、4類區(qū)域A類房間夜間限值超標(biāo)較多：31.5 Hz處，F(xiàn)5近軌超過限值1.6 dB，PF-A近軌超過限值2.1 dB；63 Hz處，地鐵A線均達(dá)標(biāo)，地鐵B線只有B1測(cè)點(diǎn)滿足限值要求，B2近軌超4.6 dB，B2遠(yuǎn)軌超3 dB，PF-B近軌超2 dB，PF-B遠(yuǎn)軌超1 dB；125 Hz處，B2近軌超13.2 dB，B2遠(yuǎn)軌超8.4 dB；250 Hz處，F(xiàn)5測(cè)點(diǎn)、B1測(cè)點(diǎn)與B2測(cè)點(diǎn)超1～6 dB，F(xiàn)1、PF-A、PF-B測(cè)點(diǎn)滿足限值要求；500 Hz處，F(xiàn)5測(cè)點(diǎn)、PF-A近軌測(cè)點(diǎn)、B1與B2測(cè)點(diǎn)超1～7 dB，F(xiàn)1、PF-B測(cè)點(diǎn)滿足限值要求。總之，倍頻程聲壓級(jí)限值與監(jiān)測(cè)時(shí)的實(shí)際感受存在差異，在100 Hz以下限值較松，而在100 Hz以上限值略嚴(yán)。

地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的特征頻率為31.5～100 Hz，在特征頻率處，聲壓能量增加明顯，而人體對(duì)于100 Hz以下頻率較敏感，因該頻率范圍與人體臟器頻率一致，與人體健康和身體感受顯著相關(guān)，因此對(duì)地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲污染的治理與評(píng)價(jià)，應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)100 Hz以下低頻部分噪聲的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)與控制。

3 結(jié)論與建議

(1)地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲，主要以12.5～200 Hz低頻噪聲為主，該頻率范圍內(nèi)地鐵造成的聲壓增量貢獻(xiàn)率在82%以上。GB 22337—2008以LAeq20 k作為結(jié)構(gòu)噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)，不適合專門針對(duì)地鐵低頻結(jié)構(gòu)噪聲的評(píng)價(jià)。

(2)地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的特征頻率為31.5～100 Hz，以40 Hz為主，并在特征頻率處聲壓級(jí)出現(xiàn)峰值，聲壓能量增加明顯。

(3)實(shí)測(cè)表明：樓層較少的低矮磚混結(jié)構(gòu)樓房對(duì)地鐵引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲隨樓層升高具有明顯的放大作用，樓層越高室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲越顯著；而樓層較多的高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)則對(duì)地鐵引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲隨樓層升高具有一定的衰減作用。

(4)地鐵隧道埋深和建筑物體量的大小對(duì)臨近地鐵建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲及其居住環(huán)境的影響與地鐵外軌中心線垂直上方水平距離顯著相關(guān)。穿越城區(qū)的地鐵建設(shè)宜綜合考慮地鐵隧道埋深，同時(shí)避免穿越低矮樓房或平房區(qū)，以合理控制并減少地鐵列車運(yùn)行引起建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲，及對(duì)居住環(huán)境的影響。

(6)地鐵結(jié)構(gòu)噪聲實(shí)測(cè)結(jié)果表明：倍頻帶聲壓級(jí)限值在100 Hz以下較松，而在100 Hz以上略嚴(yán)，地鐵列車運(yùn)行噪聲污染的治理與評(píng)價(jià)應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)100 Hz以下低頻部分噪聲的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)與控制。

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Characteristics and evaluation of building indoor ground-borne noise pollution induced by subway in Beijing

HU Yueqi1，2, LIU Qian1，2, WANG Zheng1，2, JIANG Tao1，2, KONG Chuan1，2, ZHANG Hu1，2, WU Xiaodong1，2
1.Beijing Municipal Environmental Protection Monitoring Center, Beijing 100048, China 2.Beijing Key Laboratory of Airborne Particulate Matter Monitoring Technology, Beijing 100048, China

Combined withMeasurementmethodofground-bornenoisearisingfromurbanrailtransit(underground) (HJ 793-2016),Emissionstandardforcommunitynoise(GB 22337-2008) andStandardforlimitandmeasuringmethodofbuildingvibrationandsecondarynoisecausedbyurbanrailtransit(JGJT 170-2009), usingLAeq200,LAeq20 kand sound pressure level in octave bands as evaluation indexes, the indoor ground-borne noise induced by subway in the nearby buildings was monitored and evaluated, with an experimental study in Beijing. The results showed that the frequency range of building indoor ground-borne noise caused by subway was 12.5-200 Hz in Beijing, andLAeq20 kwas not suitable for the evaluation of low frequency ground-borne noise induced by subway. The characteristics frequency of indoor ground-borne noise of the two subway lines in Beijing was 31.5, 40, 50, 63 and 100 Hz respectively, with 40 Hz as the main frequency. The sound pressure increment on the characteristic frequency was obvious during subway pass, which was the characteristic of subway ground-borne noise pollution. The measured results showed that due to the difference of the energy distribution in the lower part of the subway ground-borne noise below 200 Hz, as well as the difference of A-weighted reduction to low frequency sound pressure level, theLAeq200evaluation results could not objectively reflect the actual effect of subway ground-borne noise. The low-rise buildings had amplification effect on ground-borne noise induced by subway, but the high-rise buildings had certain attenuation. Compared with horizontal distance, the weight of the building and the depth of subway tunnel had a significant effect on the ground-borne noise attenuation. The depth of subway tunnel in subway construction should be considered especially, and the subway should avoid through the low-rise buildings and cottage area in order to control the ground-borne noise pollution.

ground-borne noise; monitoring and evaluation; 13 octave band; characteristic frequencies; Beijing

2017-02-07

國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目(2014-24)

胡月琪(1971—)，男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境與污染源監(jiān)測(cè)研究，huyueqi@bjmemc.com.cn

X593

1674-991X(2017)05-0606-09

10.3969j.issn.1674-991X.2017.05.084

胡月琪，劉倩，王錚,等.北京市地鐵列車運(yùn)行引起的建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲污染特征與評(píng)價(jià)[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2017,7(5):606-614.

HU Y Q, LIU Q, WANG Z, et al.Characteristics and evaluation of building indoor ground-borne noise pollution induced by subway in Beijing[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(5):606-614.