成都蓉2號線有軌電車噪聲測試與分析

賀玉龍 黃宏宇 王紹笳 杜全軍 張書豪

（西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 成都 611756）

0 引言

隨著我國城市化的不斷完善，城市交通的壓力也隨之增強，我國城市軌道交通進(jìn)入了快速發(fā)展階段?，F(xiàn)代有軌電車因其成本低、環(huán)保、客運量大、建設(shè)周期短等特點，近年得到迅猛發(fā)展。截至2020年底，我國大陸地區(qū)已有20座城市開通有軌電車，運營里程達(dá)485.7 km［1］。有軌電車多數(shù)建設(shè)于城市間作為干線或支線，這樣的線路設(shè)計不可避免的要途經(jīng)學(xué)校、居民住宅區(qū)等噪聲敏感區(qū)，車輛運行時對這些敏感區(qū)的噪聲影響是一個不可回避的問題［2-5］。

本文通過對成都有軌電車蓉2號線某直線段進(jìn)行現(xiàn)場實測，分析有軌電車的噪聲源強特性及噪聲水平衰減規(guī)律，并將實測數(shù)據(jù)與我國《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）中現(xiàn)代有軌電車噪聲預(yù)測方法預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行對比，分析預(yù)測方法的適用性，為成都市后續(xù)有軌電車建設(shè)噪聲環(huán)境影響提供參考。

1 現(xiàn)場噪聲測試

1.1 測試地點及測量條件

測試地點選在成都市有軌電車蓉2號線安埠站與天映路之間的地面線直線段，該直線段地勢平坦，方便架設(shè)三腳架安裝聲傳感器，視野較好，能清楚的觀察并記錄來車情況，且周圍無其他明顯噪聲源。監(jiān)測選在無雨雪、雷電的天氣進(jìn)行，風(fēng)速低于5 m/s。測試期間背景噪聲范圍為49.2～52.7 dB，另含道路紅綠燈及電車信號燈一處。

運行車輛為100%低地板車輛，五列編組，車長約32.6 m，寬2.65 m，最高運行速度70 km/h。

1.2 測試方法及儀器

噪聲源強測試按照《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）［6］，噪聲衰減測試參照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）［7］中環(huán)境噪聲監(jiān)測有關(guān)要求。

測試采用INV3062-C1（L）型8通道采集儀，聲壓傳感器采用INV9206型高精度ICP式聲壓傳感器。

1.3 測點布置

源強測點距離近軌中心線7.5 m，距軌頂面高3.5 m處；根據(jù)現(xiàn)場場地條件，水平噪聲衰減測點布置為：距離近軌中心線7.5、15、30、45、60 m處布置聲壓傳感器，距地面高1.2 m?，F(xiàn)場測點布置如圖1所示。

圖1 測點布置（單位：m）

測試連續(xù)監(jiān)測了7趟有軌電車，計算列車通過時段內(nèi)各測點處的等效連續(xù)A聲級，相近速度取平均值。通過對各測點的數(shù)據(jù)分析，得到噪聲源強的頻譜特性、噪聲源強A聲級時變特性，以及水平方向噪聲衰減規(guī)律。

2 噪聲源強特性

2.1 源強實測結(jié)果

有軌電車運行所產(chǎn)生的噪聲源強是環(huán)境噪聲分析的重點，通過對有軌電車在三個不同速度下勻速通過時的噪聲源強進(jìn)行實測分析，得到噪聲源強結(jié)果與列車運行速度關(guān)系，見表1。

表1 有軌電車不同速度下的噪聲源強

從表1中可以看出，列車通過時間內(nèi)的噪聲源強隨著速度的增加而逐漸增大，擬合公式為：

式中，Lp0為噪聲源強，dB；v為列車通過測點的運行速度，km/h。

2.2 源強頻譜特性

為了解不同速度下有軌電車噪聲源強的頻譜特性，將有軌電車以40 km/h、45 km/h和52.6 km/h速度運行時的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，有軌電車的噪聲能量主要集中在250～2 000 Hz。列車以不同運行速度通過測點時的頻帶聲壓級隨頻率的變化情況從整體上看是一致的［5］，都在500 Hz附近出現(xiàn)峰值。

圖2 不同速度下的噪聲源強頻譜

2.3 源強處列車通過時段A聲級時變特性

根據(jù)現(xiàn)場實測所得數(shù)據(jù)，不同運行速度下有軌電車通過時段內(nèi)A聲級隨時間變化趨勢總體上呈現(xiàn)出一致性，本次測試所得結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)有軌電車通過速度分別為40 km/h、45 km/h、52.6 km/h時，噪聲源強對應(yīng)的A聲級最大值依次為81.4 dB、81.6 dB、83.8 dB。從A聲級曲線圖中也能看出，列車車頭剛剛抵達(dá)以及車尾離開這兩小段時間內(nèi)A聲級增（降）幅發(fā)生了急劇變化，車頭駛近測點時A聲級的平均變化速率為9.42 dB（A）/s，車尾駛離測點時A聲級的平均變化速率為-5.78 dB（A）/s。列車在通過過程中變化幅度較小，通過時段A聲級的平均變化速率為0.17 dB（A）/s，整個列車通過過程有明顯的波峰出現(xiàn)。

圖3 不同速度通過時段A聲級隨時間變化

3 噪聲等效連續(xù)A聲級水平衰減規(guī)律

3.1 水平衰減實測分析

本次測試中有4趟有軌電車運行速度處于38.7 km/h～42.4 km/h范圍內(nèi)，基于測試樣本的數(shù)量以及測量路段有軌電車運行普遍速度，取平均值40 km/h進(jìn)行水平衰減特性分析。測試所得數(shù)據(jù)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，當(dāng)有軌電車以40 km/h的速度通過時，其等效連續(xù)A聲級隨水平距離的增大呈衰減趨勢。近場的衰減速度明顯大于遠(yuǎn)場的衰減速度，15 m以前的衰減速度最快（7.5 m～15 m距離范圍內(nèi)，等效A聲級衰減率達(dá)0.92 dB/m）；45 m以后的衰減速度則相對放緩（等效A聲級衰減率為0.12 dB/m）；15～45 m距離范圍內(nèi)等效A聲級衰減率則為0.337 dB/m。

圖4 有軌電車以40 km/h運行時的噪聲水平衰減

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，有軌電車通過時間內(nèi)等效連續(xù)A聲級隨水平距離的變化可近似用公式描述：

式中，LAeq為測點處通過等效連續(xù)A聲級，dB（A）；d為測點距離軌道中心線的水平距離，m。

3.2 導(dǎo)則預(yù)測值與實測值的對比

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）列車運行噪聲預(yù)測方法，列車運行噪聲等效連續(xù)A聲級基本預(yù)測計算式如下所示［3］：

式中，Lp0為列車最大垂向指向性方向上的噪聲輻射源強，dB（A）；Cn為列車運行噪聲修正，dB（A）。

式中，Cv為運行噪聲速度修正，dB（A）；Cd為運行輻射噪聲幾何發(fā)散衰減，dB（A）；C為運行噪聲垂向指向性修正，dB（A）。

式中，v為通過預(yù)測點的運行速度，km/h；v0為噪聲源強的參考速度。

式中，d為預(yù)測點至聲源的直線距離，m；d0為源強點至聲源的直線距離，m。

式中，為聲源和預(yù)測點之間的連線與水平面的夾角，（°）。

利用式（3）—式（7）對有軌電車通過時各個測點的噪聲進(jìn)行預(yù)測。

以典型通過速度40 km/h進(jìn)行分析，由表1可知，當(dāng)有軌電車以40 km/h速度運行，噪聲源強為78.9 dB。根據(jù)式（6）、式（7）計算得出通過時段內(nèi)各預(yù)測點處的噪聲修正項，見表2。

表2 有軌電車運行噪聲修正值計算

將各個修正項計算值代入式（3）、式（4）計算得出通過時段內(nèi)各預(yù)測點處等效連續(xù)A聲級，然后將對應(yīng)的預(yù)測值與實測值進(jìn)行對比，見表3。

表3 有軌電車以40 km/h通過時的等效A聲級

由表3可知，有軌電車以40 km/h通過時的等效A聲級預(yù)測值與實測值之差均在1 dB以內(nèi)，這說明導(dǎo)則中列車運行噪聲預(yù)測模式的精度較高。

4 結(jié)論

1）成都有軌電車蓉2號線運行噪聲頻譜以250～2 000 Hz為主，在不同運行速度下，其頻譜基本一致，在500 Hz頻率附近列車頻帶聲壓級出現(xiàn)峰值。

2）有軌電車噪聲在水平距離7.5～15 m范圍內(nèi)衰減較快，衰減率為0.92 dB/m，而在45 m后的衰減較慢，衰減率為0.12 dB/m，15～45 m距離范圍內(nèi)等效A聲級衰減率為0.337 dB/m。

3）《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》（HJ 453—2018）中的有軌電車運行噪聲預(yù)測模式的精度較高。