楊忠平

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

隨著中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃不斷實(shí)施與推進(jìn)，我國(guó)高速鐵路里程逐年增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)列車數(shù)量不斷增多，高速鐵路噪聲影響范圍擴(kuò)大，因鐵路噪聲干擾引起的投訴事件次數(shù)也呈上升勢(shì)頭[1-4]。高速鐵路噪聲對(duì)沿線居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等聲環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲影響已為各方關(guān)注，特別是，高速鐵路引入城區(qū)路段時(shí)，往往無(wú)法繞避高層住宅區(qū)，噪聲傳播過(guò)程中，因高層建筑與普通的低層建筑的垂直指向性差異，在軌面以上，噪聲傳播規(guī)律有所不同，直立式聲屏障受高度所限，降噪效果有限[5-8]，開(kāi)展高速鐵路對(duì)高層住宅噪聲影響的降噪措施研究工作顯得尤為必要。

1 工程背景

新建鐵路西安至延安高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱“西延高鐵”)位于陜西關(guān)中及陜北地區(qū)，線路于西安東站北端引出，向北經(jīng)西安市灞橋區(qū)、臨潼區(qū)、高陵區(qū)，咸陽(yáng)市三原縣，渭南市富平縣，銅川市耀州區(qū)、王益區(qū)、印臺(tái)區(qū)、宜君縣，延安市黃陵縣、洛川縣、富縣、甘泉縣和寶塔區(qū)，引入既有包西線延安站，正線全長(zhǎng)約287 km。西延高鐵沿線分布有村莊、學(xué)校、醫(yī)院等聲環(huán)境敏感點(diǎn)140余處，在延安市甘泉縣境內(nèi)，分布有1處高層住宅小區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“環(huán)境敏感點(diǎn)”)，距離西延高鐵外軌中心線最近距離約20 m，該環(huán)境敏感點(diǎn)地理位置示意見(jiàn)圖1。

圖1 環(huán)境敏感點(diǎn)地理位置示意

受既有甘泉站站位和曲線半徑制約，西延高鐵線路無(wú)進(jìn)一步遠(yuǎn)離該敏感點(diǎn)的條件，若實(shí)施工程搬遷，搬遷成本高昂，受影響人數(shù)眾多，為有效保護(hù)該環(huán)境敏感點(diǎn)的聲環(huán)境質(zhì)量，采取工程降噪措施成為唯一選擇。本文基于Cadna/A軟件建立西延高鐵與敏感點(diǎn)的噪聲影響預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)西延高鐵運(yùn)營(yíng)的噪聲影響，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，模擬不同聲屏障的降噪效果，推薦合理可行的聲屏障措施。

2 環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲影響分析

2.1 Cadna/A軟件概述

Cadna/A軟件是一套基于ISO9613標(biāo)準(zhǔn)方法的噪聲模擬預(yù)測(cè)和控制軟件，于2001年獲得原國(guó)家環(huán)?？偩汁h(huán)境工程評(píng)估中心的環(huán)境影響評(píng)價(jià)軟件認(rèn)證證書(shū)[9]。Cadna/A軟件用分段的思路計(jì)算鐵路噪聲輻射聲級(jí)，該方法先將鐵路線劃分為若干小段，每一段簡(jiǎn)化為點(diǎn)聲源，形成有限長(zhǎng)的系列點(diǎn)聲源，然后分別計(jì)算每個(gè)點(diǎn)聲源對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)作用的聲級(jí)后，按能量疊加原理合成得到敏感點(diǎn)處總的計(jì)權(quán)等效A聲級(jí)，疊加背景值得到預(yù)測(cè)值，判斷是否超標(biāo)。以此作為依據(jù)，進(jìn)行達(dá)標(biāo)分析，確定是否在新建鐵路、既有鐵路、或擴(kuò)建鐵路線路兩側(cè)上，采取適當(dāng)?shù)蔫F路噪聲防治措施[10-12]。利用Cadna/A軟件進(jìn)行鐵路環(huán)境噪聲的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)及降噪方案研究，方法具有合理性[13]。

2.2 利用Cadna/A建立西延高鐵噪聲預(yù)測(cè)模型

(1)預(yù)測(cè)參數(shù)

根據(jù)西延高鐵設(shè)計(jì)文件，主要噪聲預(yù)測(cè)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 噪聲預(yù)測(cè)參數(shù)

(2)模型建立

根據(jù)列車對(duì)數(shù)、列車種類、運(yùn)行速度、位置關(guān)系等參數(shù)，利用Cadna/A軟件建立西延高鐵與聲環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲預(yù)測(cè)模型，利用我國(guó)建立在測(cè)試基礎(chǔ)上的鐵路噪聲源強(qiáng)數(shù)據(jù)及噪聲預(yù)測(cè)模式，對(duì)Cadna/A預(yù)測(cè)模型進(jìn)行驗(yàn)證與修正[10-14]。運(yùn)行軟件，預(yù)測(cè)西延高鐵對(duì)該敏感點(diǎn)的噪聲影響，水平聲場(chǎng)如圖2所示。

圖2 西延高鐵噪聲影響水平聲場(chǎng)示意

2.3 環(huán)境敏感點(diǎn)影響分析

以該環(huán)境敏感點(diǎn)距離西延高鐵20 m處的高層住宅為主要的研究對(duì)象，西延高鐵運(yùn)營(yíng)近期對(duì)各樓層的噪聲影響預(yù)測(cè)值見(jiàn)表2，垂向聲場(chǎng)分布如圖3所示。

表2 噪聲影響預(yù)測(cè)值 dB(A)

圖3 無(wú)降噪措施垂向聲場(chǎng)分布示意

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，鐵路軌面以下鐵路噪聲影響隨著樓層降低而遞減，而軌面以上，隨著樓層升高，噪聲影響增大，在第4層達(dá)到最大(軌面以上5.5 m處)，從第5層開(kāi)始，隨著樓層升高，噪聲影響逐層衰減，每層衰減約0.3 dB(A)。西延高鐵對(duì)高層住宅的噪聲影響晝間預(yù)測(cè)值為65.8～73.1 dB(A)，夜間為59.3～66.6 dB(A)，對(duì)照GB3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中4b類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，晝間超標(biāo)0.3～3.1 dB(A)，夜間超標(biāo)2.1～6.6 dB(A)。

3 降噪措施及效果

設(shè)置聲屏障是防治鐵路運(yùn)行噪聲對(duì)環(huán)境污染的主要措施之一，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外廣泛使用[15-17]。目前，高速鐵路路基段普遍使用3 m高直立式聲屏障，部分降噪要求較高的路段或者高層住宅，設(shè)置了封閉式聲屏障。

3.1 直立式聲屏障

根據(jù)京秦、秦沈客運(yùn)專線地面以上1.5 m處實(shí)測(cè)結(jié)果，2.5 m高聲屏障插入損失4～11 dB(A)[18-20]?；谖餮痈哞F與環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲預(yù)測(cè)模型，設(shè)置3 m高聲屏障，模擬聲屏障降噪效果，采取聲屏障措施后高層住宅的垂向等效聲級(jí)如圖4所示。

圖4 3 m高聲屏障措施后垂向聲場(chǎng)分布示意

采取3 m高直立式聲屏障對(duì)該敏感點(diǎn)5層及以下有降噪效果，降噪量為1.7～9.2 dB(A)，1～3層降噪效果明顯，降噪量為4.7～9.2 dB(A)，受聲屏障高度所限，對(duì)6層以上無(wú)降噪效果。增加聲屏障高度，聲程差相應(yīng)增加，降噪量隨之增加[21]。通過(guò)調(diào)研，銀西高鐵銀川站南咽喉區(qū)采用10 m高直立式聲屏障，聲環(huán)境敏感點(diǎn)4b類區(qū)滿足70 dB(A)，夜間60 dB(A)標(biāo)準(zhǔn)要求，2類區(qū)維持現(xiàn)狀[22]。采取10 m高聲屏障，西延高鐵對(duì)高層住宅的噪聲影響垂向聲場(chǎng)分布如圖5所示。

圖5 10 m高聲屏障措施后垂向聲場(chǎng)分布示意

采取10 m高直立式聲屏障，降噪效果及范圍均提高，對(duì)各層均有降噪效果，其中，在11層及以下降噪量為6.2～18.5 dB(A)，晝、夜間均可達(dá)標(biāo)；受高度所限，對(duì)12～16層降噪效果較小，降噪量為1.8～2.7 dB(A)，夜間仍超標(biāo)，超標(biāo)量1.1～1.6 dB(A)。

3.2 半封閉聲屏障

提高直立式聲屏障高度，降噪效果明顯提升，但仍存在超標(biāo)樓層，受結(jié)構(gòu)荷載、運(yùn)營(yíng)安全、景觀等因素影響，直立式聲屏障的高度不可能持續(xù)升高。為有效防治位于高速鐵路單側(cè)、距離較近的高層住宅的噪聲影響，半封閉聲屏障在滬杭高鐵、京張高鐵、杭長(zhǎng)高鐵的橋梁段得到了應(yīng)用，針對(duì)杭長(zhǎng)高鐵半封閉聲屏障的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，軌面以上0～6 m，距軌道中心線7.5，25 m處的降噪量分別為15～18 dB(A)、15～16 dB(A)[23-25]。采取高度11.1 m，頂部遮蔽寬度7 m，跨度15 m的半封閉聲屏障，西延高鐵對(duì)高層住宅的噪聲影響垂向聲場(chǎng)分布如圖6所示。

圖6 半封閉聲屏障措施后垂向聲場(chǎng)分布示意

采取半封閉聲屏障，聲影區(qū)覆蓋整個(gè)居民樓，降噪效果好，降噪量為13.5～21.9 dB(A)，軌面以上隨著樓層增加，降噪量降低，降噪規(guī)律與杭長(zhǎng)高鐵半封閉聲屏障的實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，各層晝、夜間均可達(dá)標(biāo)。為有效控制西延高鐵對(duì)該敏感點(diǎn)的噪聲影響，確保第一排高層住宅噪聲影響達(dá)標(biāo)，推薦該處敏感點(diǎn)采取半封閉聲屏障措施。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

結(jié)合西延高鐵與某處環(huán)境敏感點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，以距離鐵路20 m處的高層住宅為重點(diǎn)研究對(duì)象，基于Cadna/A軟件預(yù)測(cè)西延高鐵對(duì)該敏感點(diǎn)的噪聲影響，結(jié)合工程應(yīng)用情況，模擬不同聲屏障的降噪效果。主要得到以下結(jié)論。

(1)在路基軌面以上5.5 m處，鐵路噪聲影響達(dá)到最大，隨著樓層升高，噪聲影響逐層衰減，每層衰減0.3 dB(A)。

(2)3 m高直立式聲屏障對(duì)5層及以下(敏感點(diǎn)地面至軌面以上約8.5 m)有降噪效果；對(duì)1～3層(敏感點(diǎn)地面至軌面以上2.5 m)降噪效果明顯，降噪量為4.7～9.2 dB(A)。

(3)10 m高聲屏障對(duì)各層均有降噪效果，受高度所限，對(duì)12～16層(軌面以上29.5～41.5 m)降噪效果較小，降噪量為1.8～2.7 dB(A)。

(4)半封閉聲屏障對(duì)各層降噪效果明顯，降噪量為13.5～21.9 dB(A)，可應(yīng)用于該環(huán)境敏感點(diǎn)的噪聲防治。

4.2 建議

鐵路噪聲防治盡可能從源頭開(kāi)展，新建鐵路選線時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離高層住宅區(qū)或者規(guī)劃的居民文教區(qū)。西延高鐵開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后，應(yīng)開(kāi)展該環(huán)境敏感點(diǎn)噪聲影響及降噪效果現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲得的降噪效果數(shù)據(jù)和模擬的降噪效果進(jìn)行分析對(duì)比，修正相關(guān)參數(shù)，有助于提高預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地指導(dǎo)以后的鐵路設(shè)計(jì)工作。