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發(fā)表于 2012-1-8 01:26:03
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2、噪聲的評價與標(biāo)準(zhǔn)
0 W% {! W) [/ M* }目前國內(nèi)還沒有一套標(biāo)準(zhǔn)的城市軌道交通噪聲的評價方法和指標(biāo)，工業(yè)發(fā)達(dá)國家以及一些國際性大都市所擬訂適用于本國或本市的軌道交通噪聲測量以及評價標(biāo)準(zhǔn)可供參考。另外，可供借鑒的還有國際鐵路標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的“聲學(xué)一軌道車輛內(nèi)部噪聲測量”（ISO3381—1976（E）），我國標(biāo)準(zhǔn)“鐵路機車車輛內(nèi)部噪聲測量”（GB／T3449—94）、“鐵路機車司機室噪聲允許值”（GB／T3450—94）等。我國國家標(biāo)準(zhǔn)《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070-88)、《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-93)和《城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)域劃分技術(shù)范圍》(GB/T15190-94)中，對于特殊住宅區(qū)，其室內(nèi)振動標(biāo)準(zhǔn)值為68dB(A)，噪聲標(biāo)準(zhǔn)值為晝間50dB(A)和夜間40dB(A)；對于普通的居民區(qū)和文教區(qū)，室內(nèi)振動標(biāo)準(zhǔn)值為晝間70dB(A)和夜間67dB(A)，噪聲標(biāo)準(zhǔn)值為晝間55dB(A)和夜間45dB(A)。
3 s4 }* {/ A& U# u" C" Z/ `; R, v0 Z為達(dá)到噪聲評價目標(biāo)，按照城市軌道交通系統(tǒng)特性可細(xì)分為各個部分，例如車站型、車輛型、道床型以及公共場所型等，選擇代表著系統(tǒng)特點的典型噪聲測量點，可由該測量點測得的噪聲級對整個系統(tǒng)的噪聲情況進(jìn)行推斷和歸納。 J' c1 f- N' \4 a% Y/ \% l
影響城市軌道交通噪聲主要有來自車輛本身、線路、車流量以及鳴笛等。車內(nèi)噪聲主要影響乘客和駕駛?cè)藛T的舒適、健康和行車安全。車外噪聲涉及站內(nèi)乘客、工作人員以及沿線居民的噪聲干擾。
1 ?+ T* g( n3 s( R: o3 x `12-3-1 評價方法
3 z( F; J( }2 z9 C5 q噪聲對人的危害和影響包括許多方面，它與噪聲源的特性（如噪聲強度、頻率和時間特性等）有關(guān)，也與人耳的聽覺特性和人對噪聲的主觀心理反映有關(guān)，多年來各國學(xué)者對噪聲的危害和影響程度進(jìn)行了大量的研究，提出各種指標(biāo)和評價方法，期待得出與主觀響應(yīng)相對應(yīng)的評價量和計算方法以及應(yīng)該控制的數(shù)值和范圍。在這方面大致可概括為：與人耳聽覺特征有關(guān)的評價量；與心理情緒有關(guān)的評價量；與人們的健康有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)（工廠噪聲）；與室內(nèi)人們活動有關(guān)的評價量等等。這些不同的評價量各自適用于不同的環(huán)境、時間、噪聲源特性和評價對象。8 O7 }/ }! v9 @! }/ x4 W; M1 T
由于環(huán)境噪聲的復(fù)雜性，迄今所提出的評價量達(dá)數(shù)十種之多，現(xiàn)僅選擇幾種可能被我們采用的而且已被公認(rèn)的評價量供參考：
7 A- i8 }& K7 g6 u* h! e(1）A計權(quán)聲級, b4 L& W+ d! W6 X4 `- d( k4 f
為使聲音的客觀量度與人耳聽覺的主觀感受近似取得一致，在測量聲音的儀器（如聲級計）上裝設(shè)頻率的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，即加上濾波器。一般這種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三檔（分別相當(dāng)于人耳對低、中、高聲級的響應(yīng)），分別記為dB（A）、dB（B）、dB（C），最常用的為A計權(quán)聲級。用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲級與由寬頻率范圍噪聲引起的煩惱和對聽力危害程度的相關(guān)性較好。& S- k: d/ K3 k5 }, ?, l% d: r
(2）等效連續(xù)聲級
9 k9 ]% r' t9 D用聲音能量按時間平均的方法來評價噪聲對人的影響，即等能量聲級，它是用一個在相同時間內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定的A聲級來表示該時段內(nèi)不穩(wěn)定噪聲的聲級，它能反映在聲級不穩(wěn)定場合人們實際所接受的噪聲能量的大小。
3 k# S( e. d! X3 o" n/ n（3）響度級# D( ` N+ z: B3 r* e1 @! ]
這是描述人耳對不同頻率（純音）和強度的聲音的一種主觀評價量，用一組等響度曲線對不同的聲音作出主觀上的比較。它是以1000 Hz純音為基準(zhǔn)，對聽覺正常的人進(jìn)行大量比較試聽的方法來定出聲音的響度級的，單位是方（phon）。
( c k+ {% u0 E8 k5 E2 D1 f6 a" z- B（4）語言干擾級
3 V0 B! G: F2 n4 I" a語言干擾級是作為一種對清晰指數(shù)的簡易轉(zhuǎn)換，最初主要用于飛機客艙噪聲的評價，現(xiàn)已推廣用于其它許多場合?，F(xiàn)用的更佳語言干擾級（PSIL）是取500、1000和2000Hz3個倍頻帶聲壓級的算術(shù)平均值。
2 a* N+ Y `8 J8 R8 Z) [12-3-2 評價標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)" @/ o+ G8 v# O* p6 w0 ^! n
城市軌道交通的噪聲級的強度直接與系統(tǒng)的特性相關(guān)聯(lián)。軌道設(shè)置的位置，即設(shè)于地下、地面或高架等，都是影響噪聲級的決定因素。地下鐵道一般比地面軌道產(chǎn)生更大的車內(nèi)噪聲級。高架鐵路軌道產(chǎn)生的路邊噪聲級比地面軌道的噪聲級要高。與高噪聲級相關(guān)的其它條件還包括列車的運行速度，采用無縫長鋼軌或一般有縫鋼軌，車輪踏面上的擦傷，鋼軌表面局部粗糙狀況以及線路小半徑曲線等。! @# V( n- v& T5 {
運載設(shè)備的使用時間長短是噪聲級的另一個決定因素。使用年久的車輛車內(nèi)噪聲級一般較高，新設(shè)計車輛及車站由于采用許多聲學(xué)上處理，車內(nèi)和站內(nèi)噪聲級都會有明顯降低。路邊噪聲級在新舊系統(tǒng)中發(fā)生的變化和差異并不象其它的噪聲那么大，而更多地受到列車運行速度和輪軌狀況的影響。
* W6 C2 f9 a3 y1 D+ _“美國公共交通協(xié)會”所制定的噪聲級指標(biāo)是以確保私人談話能以正常聲音進(jìn)行而設(shè)計制定的。在背景噪聲級為78dBA時，人們在0.35m的距離處可以用正常的聲音進(jìn)行談話，但當(dāng)背景噪聲級達(dá)83dBA時，為使對方能聽見自己的聲音，他們必須要提高嗓音。
4 I- n; j- f# ^/ ^4 }! s8 F& p按該指標(biāo)規(guī)定，根據(jù)城市軌道交通類型的不同，可接受的最大車內(nèi)噪聲應(yīng)在70dBA～80dBA，站內(nèi)噪聲75dBA～85dBA。對于地鐵來說，噪聲級的上限可設(shè)得高些，因為將它的噪聲級降到與地面鐵路相同的程度是極困難的，在經(jīng)濟上也是極昂貴的。路邊噪聲級的上限隨路邊地區(qū)建筑物和地面類型的不同而有所差異，其上限值在居民區(qū)為70dBA，在工業(yè)區(qū)為85dBA的范圍內(nèi)變化（距線路中心線15m處）。有資料報導(dǎo)美國城市軌道交通很多沒有達(dá)到“協(xié)會”所規(guī)定的指標(biāo)要求。
" V- S* E+ t$ i- R! M3 G I* _我國“地下鐵道車輛通用技術(shù)條件”（GB／T7928—87）規(guī)定：司機室內(nèi)的噪聲不超過80dBA，客室內(nèi)的噪聲以不超過83dBA為限。另外，根據(jù)我國“鐵路機車司機室噪聲允許值”（GB／T3450一94）規(guī)定，鐵路新造、大修后內(nèi)燃、電力機車司機室內(nèi)部穩(wěn)態(tài)噪聲應(yīng)在78dBA～80dBA，添加間歇噪聲后的等效聲級應(yīng)不超過85dBA。) \) V9 D5 \7 e; L
3、緩解措施
8 ~. R) w! t* C" A! c對軌道交通系統(tǒng)來說，噪聲最小的線路是采用道碴枕木式道床的地面線路。無碴軌道的噪聲比有碴軌道大，這是因為無碴軌道即使采用了適當(dāng)?shù)膹椥钥奂肼暷芰窟€是要傳給軌下的道床，形成一種更大的噪聲輻射面。此外，道碴吸收噪聲的功能是很強的，取消了道碴，也就不能利用這種功能。- b. x, D$ `) x
從輪軌垂直耦合振動體系分析入手，有的放矢地改變鋼軌與軌枕之間，軌枕與道床之間、道床與基層間的彈性、阻尼配比,采用合理的剛度匹配可以有效地減少噪聲。巴黎7號線、13號線地鐵在巴斯底獄的新歌劇院下通過，歌劇院方面認(rèn)為地鐵車輛的噪聲和振動對劇場的演出有影響，巴黎地鐵公司進(jìn)行了研究、試驗，并會同歌劇院、巴黎聲學(xué)研究所共同進(jìn)行了現(xiàn)場測試。試驗證明在枕木底部加了一層橡膠墊后情況得到了改善。4 X$ w1 G7 s" F% q
在軌道交通的無碴軌道結(jié)構(gòu)中，各國有關(guān)部門都試驗應(yīng)用了很多方案，取得了一定的減振降噪效果。
( a: H7 z$ y! S: V, S12-4-1 彈性支承軌道結(jié)構(gòu)
# I4 m. f! {- e2 B8 M彈性支承塊軌道結(jié)構(gòu)，又稱低振動軌道結(jié)構(gòu)（Low Vibration Track—LVT），最早采用這種軌道結(jié)構(gòu)的是瑞士國有鐵路，他們于1966年在Boetzberg隧道內(nèi)鋪設(shè)。由于其特有的減振、降噪、減磨等優(yōu)越性能，這種軌道結(jié)構(gòu)在丹麥、葡萄牙、法國、比利時、委內(nèi)瑞拉和英國等鐵路得到發(fā)展。英吉利海峽隧道也采用了這種低振動軌道結(jié)構(gòu)。其目的也是使得軌道結(jié)構(gòu)具有較好的減振性能，降低輪軌之間的動力作用并使列車運行平穩(wěn)。
; [* C. r7 S- X1 O8 @12-4-2 浮置板軌道結(jié)構(gòu)
. S- }4 l% p& V( L2 x最早采用浮置板軌道結(jié)構(gòu)的是聯(lián)邦德國，科隆的矩形隧道內(nèi)采用了浮置板軌道系統(tǒng)，波鴻的圓形隧道內(nèi)采用了浮置板軌道系統(tǒng)，迪塞爾多夫輕便鐵路采用了現(xiàn)場澆注的有道碴和軌枕的浮置板軌道系統(tǒng)。漢堡地鐵鋪設(shè)的質(zhì)量—彈簧體系無碴軌道，將帶槽的鋼筋混凝土塊鋪設(shè)在彈性支座上，再將軌枕放入預(yù)制塊的槽內(nèi)，然后鋪設(shè)軌道及配件。1994年投入運營的柏林地鐵在通過居民區(qū)的隧道內(nèi)鋪設(shè)了固有頻率7.5Hz的鋼彈簧浮置板，板長2.5m；1997年投入運營的科隆市地鐵在通過居民區(qū)的隧道內(nèi)鋪設(shè)了固有頻率6.5Hz的鋼彈簧浮置板，板長30m，現(xiàn)場澆注成型。德國還開發(fā)了有道碴的浮置板軌道結(jié)構(gòu)，在多特蒙德（Dortmund）的一座輕軌鐵路隧道內(nèi)鋪設(shè)了試驗段。由于其良好的減振降噪性能，這種結(jié)構(gòu)在華盛頓、紐約、亞特蘭大、多倫多（圖12-9）、布魯塞爾、新加坡、仁川等和我國南京（圖12-10）、北京、深圳、上海等地鐵中也都采用了浮置板軌道結(jié)構(gòu)。根據(jù)新加坡地鐵使用情況，發(fā)現(xiàn)浮置板軌道結(jié)構(gòu)對隧道外減振減噪效果很好，但在地鐵車廂內(nèi)振動和噪聲都超過了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。' x1 L* y# o, Z8 W U; l; j9 I
12-4-3 鋼軌嵌入式軌道結(jié)構(gòu)3 L- ?; y n$ p( |
鋼軌嵌入式軌道結(jié)構(gòu)1974最早在荷蘭得到應(yīng)用，主要應(yīng)用在高架橋梁上。這種軌道結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證實為高穩(wěn)定性和少養(yǎng)護(hù)維修。這種軌道結(jié)構(gòu)在荷蘭至馬德里的AtochaAve車站上已經(jīng)有17年成熟的運營經(jīng)驗。1997年，荷蘭鐵路委員會發(fā)展了一種新型軌道結(jié)構(gòu)，箱型梁軌道結(jié)構(gòu)。1999年，荷蘭鐵路部門在鹿特丹鋪設(shè)一段長200米的箱型梁，并采用鋼軌嵌入式軌道結(jié)構(gòu)如圖12-12所示。
7 ^" w* W+ B- S A5 G12-4-4 軌道墊層6 |) |1 X% M/ I1 D* \
在有碴軌道下鋪設(shè)彈性墊層。用以減小基礎(chǔ)的振動。第一批道碴墊于70年代初鋪設(shè)，其減振效果與浮置軌道板相當(dāng)，阻尼效應(yīng)可高達(dá)30 dB。據(jù)報道，在道岔轍叉下方的道碴墊可大大減小基礎(chǔ)的沖擊波，以致離隧道邊墻僅2.7 m的住戶也免受噪聲和振動的困擾。但這種道碴墊造價高，易受道碴邊棱損傷。可在彈性墊層表面鑲以鋼板或采用特制的編織物保護(hù)層以提高道碴墊層的耐久性。( |5 f: N. G1 J2 R
12-4-5 阻尼鋼軌的應(yīng)用
) O7 C2 `7 o5 ~8 r4 }$ r當(dāng)列車車輪滾過鋼軌頂面時,由于鋼軌腹板的厚度較薄,軌腰產(chǎn)生振動,這一振動向空氣幅射而產(chǎn)生噪聲。為了最大限度地減小鋼軌腹板振動引起的噪聲,在鋼軌腹部粘貼了減振橡膠或者涂上一層隔振材料,如圖12-15所示。一般是在鋼軌腹部粘上橡膠后再粘上一鋼板,以增加振動質(zhì)量,起到衰減作用。要求使用高阻尼橡膠增大振動衰減作用,達(dá)到降噪目的。這一裝置的關(guān)鍵之一是吸聲材料與鋼軌之間要有較好的粘結(jié)性。如果粘結(jié)界面脫開,則減振效果大大下降。
6 |% q/ n) S( f4 J8 \5 ]) t" {12-4-6 減振降噪型扣件
9 H# h. ]+ g: x' G在一般減振地段，國內(nèi)外隧道內(nèi)常用的扣件主要有DTI型、DTIII型和DTIV型扣件，在高架地段是WJ-1W和J-2型扣件，在要求較高的減振地段，一般鋪設(shè)軌道減振器。目前國內(nèi)外一般都采用彈性分開式扣件，在軌下和鐵墊板下均設(shè)高彈性橡膠墊板，扣件靜剛度較小，一般為20～40KN/mm，與木枕碎石道床的靜剛度相當(dāng)，具有良好的減振性能。
0 s! M3 V( {5 q5 b" ?1 l5 m12-5 列車輻射噪聲防護(hù)措施與聲屏障
2 [$ j: l3 a- K( S# O6 w0 G噪聲的預(yù)測和聲屏障的設(shè)計已有完善的理論和工程實踐，隔聲屏形狀和吸聲材料的新發(fā)展使噪聲控制技術(shù)不斷完善。聲屏障技術(shù)首先在公路建設(shè)中得到應(yīng)用和推廣，隨后應(yīng)用到城市軌道線路。[5]許多國家無論高速公路還是城市鐵路沿線到處可以見到形式各異的聲屏障，在聲屏障的研究和工程建設(shè)方面積累了一整套成熟的理論和成功的經(jīng)驗。如新加坡在4418km高架線路兩側(cè)全部設(shè)置了高0.17m 、厚0.108m的隔聲式混凝土聲屏障，而且聲音屏障設(shè)計與橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計同步進(jìn)行。
9 K2 q5 |: }% `" J# M12-6-1 提高車體和門窗的隔聲性能，降低噪聲向車內(nèi)輻射和傳遞) ?/ B' M2 i# f' n* {% E0 F n7 E
列車在運行時輪軌的撞擊和摩擦不僅要產(chǎn)生轟鳴和尖嘯聲，而且伴隨有高頻振動，由此還有可能激發(fā)車體鋼結(jié)構(gòu)的聲頻振動，從而再次發(fā)出噪聲。試驗表明，在車體鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)表面涂以石棉瀝青漿后，鋼結(jié)構(gòu)的聲頻振動轉(zhuǎn)化為熱能散逸，從而可減少噪聲的輻射和傳遞。在鋼結(jié)構(gòu)上涂敷阻尼材料后，改變了鋼板的自振頻率，避免噪聲主頻率與鋼板自振頻率一致時引起共振，提高了鋼板的隔聲性能。在2mm鋼板上涂以不同厚度的阻尼材料，隨著厚度增加隔聲性能也隨之增大，厚度增至6mm后隔聲性能不再上升。車體涂敷石棉瀝青漿后，隔聲量可達(dá)2 dB（A）～3 dB（A）。4 p# t* M8 j4 f m, C% L0 B7 W
在門、窗結(jié)構(gòu)上采用雙層玻璃可明顯提高隔聲性能。車體的隔墻采用雙層墻代替單層墻，是提高隔聲性能減少車內(nèi)噪聲的重要措施。單層墻的隔聲量與材料的質(zhì)量、勁度、阻尼和頻率有關(guān)，而雙層墻中間有一層起緩沖作用的空氣層，其隔聲量可增加4 dB（A）～5 dB（A）。- ~/ i% N) g0 x7 p: b1 p" ~. J, [
12-7 從車車輛結(jié)構(gòu)角度降低輪軌噪聲的措施0 o) x1 m' z1 k! |) d, N: w, r( o
車輛在高速運行時，車輪在鋼軌上高速滾動，由于輪軌表面粗糙度以及輪軌的缺陷，造成對車輪的激擾，從而產(chǎn)生滾動噪聲。另外，當(dāng)車輛通過小半徑曲線時，由于車輪支承點相對于軌面產(chǎn)生橫向滑動，導(dǎo)致車輪的輪輞、輻板產(chǎn)生軸向彎曲振動，發(fā)出尖嘯聲。. J8 F% J e, U' Y7 ^) C. q
如果我們在輪輞或輻板上裝設(shè)一種具有減振阻尼特性的扇形盤式板或環(huán)形板，即所謂諧振消聲器，使之與車輪的主頻率相一致。當(dāng)車輪受到激擾，發(fā)生振動而輻射噪聲時，扇形板或環(huán)形板發(fā)生共振，板上的阻尼材料將振動的能量轉(zhuǎn)換為熱能，達(dá)到衰減車輪輻射噪聲。
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