摘　要(yao)(yao)：隨著城(cheng)市(shi)輕軌建設(she)(she)(she)(she)(she)的(de)(de)(de)發展(zhan),交通噪聲(sheng)(sheng)(sheng)污染逐漸引起人們(men)重(zhong)視。在(zai)輕軌橋(qiao)架(jia)兩(liang)側(ce)設(she)(she)(she)(she)(she)置聲(sheng)(sheng)(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)是(shi)控制軌道噪聲(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)(yao)措(cuo)施之一。聲(sheng)(sheng)(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)的(de)(de)(de)高昂成本(ben)往(wang)往(wang)是(shi)由不合理的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)參數(shu)(shu)造(zao)成的(de)(de)(de),通過對(dui)目前(qian)聲(sheng)(sheng)(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)方(fang)法(fa)(fa)進行分析(xi),提出了(le)輕軌橋(qiao)架(jia)聲(sheng)(sheng)(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)優化(hua)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)方(fang)法(fa)(fa)。該方(fang)法(fa)(fa)以聲(sheng)(sheng)(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)建造(zao)成本(ben)為(wei)目標函(han)數(shu)(shu),以降(jiang)噪要(yao)(yao)求(qiu)為(wei)聲(sheng)(sheng)(sheng)學約束,綜合考(kao)慮設(she)(she)(she)(she)(she)置位置、高度和(he)(he)長度等設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)變量的(de)(de)(de)影響(xiang);由列車噪聲(sheng)(sheng)(sheng)1/3倍頻程頻譜計(ji)(ji)算插(cha)入損失(shi),提高了(le)優化(hua)過程中插(cha)入損失(shi)的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算精度。該優化(hua)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)法(fa)(fa)與目前(qian)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)方(fang)法(fa)(fa)對(dui)比,驗證了(le)聲(sheng)(sheng)(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)優化(hua)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)在(zai)改善降(jiang)噪性(xing)能(neng)和(he)(he)經濟性(xing)能(neng)方(fang)面的(de)(de)(de)優越性(xing)。討論了(le)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)參數(shu)(shu)對(dui)成本(ben)和(he)(he)降(jiang)噪性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影響(xiang),并且對(dui)軌邊矮墻(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)降(jiang)噪性(xing)能(neng)進行了(le)分析(xi),所獲(huo)的(de)(de)(de)結論對(dui)聲(sheng)(sheng)(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)和(he)(he)軌邊矮墻(qiang)(qiang)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)參數(shu)(shu)與形狀的(de)(de)(de)選(xuan)擇具有指導意義。

關(guan)鍵詞：輕軌交通;降噪(zao);優化;聲(sheng)屏障;軌邊矮(ai)墻

1 引　言

城市輕軌(gui)交(jiao)通線路穿越市區(qu),鄰近居住、文教(jiao)及工商業混雜(za)區(qu)等噪(zao)聲(sheng)敏感區(qu)域(yu)的情況比較(jiao)普遍,特(te)別是(shi)高架線路噪(zao)聲(sheng)影響區(qu)域(yu)大,對(dui)沿(yan)線人們的工作、生活構成嚴(yan)重危害[1]。由于軌(gui)道結構隔振技術有效地降低(di)或避免了(le)結構的“二次噪(zao)聲(sheng)”,輪軌(gui)噪(zao)聲(sheng)在輕軌(gui)交(jiao)通噪(zao)聲(sheng)中起主(zhu)導(dao)作用,在平坦道路行駛,當行駛速度達80ｋｍ/ｈ時,距離軌(gui)道10ｍ處(chu)的噪(zao)聲(sheng)為80～90ｄＢＡ,設(she)置聲(sheng)屏障減弱輪軌(gui)噪(zao)聲(sheng)干擾是(shi)目前有效的降噪(zao)措(cuo)施。

筆者(zhe)針(zhen)對目(mu)前聲(sheng)屏(ping)(ping)障經(jing)濟性差(即聲(sheng)屏(ping)(ping)障成(cheng)本昂貴(gui))、設(she)計(ji)參數不(bu)合(he)理、插入損失計(ji)算(suan)精度低以(yi)及(ji)不(bu)適合(he)優化計(ji)算(suan)等(deng)問題,按照列車(che)噪(zao)聲(sheng)頻譜計(ji)算(suan)總的插入損失;綜(zong)合(he)考慮聲(sheng)屏(ping)(ping)障設(she)置的位置、幾(ji)何(he)尺寸(cun)和經(jing)濟性等(deng)多種因素,以(yi)研究經(jing)濟適用型聲(sheng)屏(ping)(ping)障為目(mu)的,提(ti)出了聲(sheng)屏(ping)(ping)障優化設(she)計(ji)方法,并且(qie)對軌(gui)邊矮(ai)墻的降(jiang)噪(zao)性能及(ji)經(jing)濟性進行了研究和分析。

2 聲屏障聲學設計

2.1 聲(sheng)屏障插入損失的計算

計算聲(sheng)屏障(zhang)插入損失常采用“無限長聲(sheng)屏障(zhang)對無限長線聲(sheng)源“的計算方法[2],即

2.2　等效(xiao)聲(sheng)級的計算

因為輕(qing)(qing)軌交通(tong)系統列車運行速(su)度(du)、長(chang)度(du)和(he)輻射(she)噪聲級比較接近,輕(qing)(qing)軌交通(tong)系統營運時(shi)間(jian)(jian)主(zhu)要集(ji)中(zhong)在(zai)晝間(jian)(jian)(6:00～22:00)時(shi),行車一般以一小時(shi)為單位計(ji)劃,即測量時(shi)間(jian)(jian)取3600ｓ,則有:

3 聲屏障設置位置與尺寸設計

3.1 聲屏障(zhang)設(she)置位置

聲屏障設(she)置在橋(qiao)(qiao)架(jia)護欄處,由(you)高架(jia)橋(qiao)(qiao)建筑限界[3],直立(li)式聲屏障,ｌ1=2.4ｍ;寬頂(ding)式聲屏障,1.7ｍ≤ｌ1≤2.4ｍ;若采(cai)用軌(gui)邊矮墻,ｌ1≥1.65ｍ。

3.2　聲屏障高度設(she)計

由(you)于(yu)(yu)建筑限界、觀察、橋(qiao)梁承(cheng)重、環(huan)境協調等因素制約,高架軌(gui)(gui)道聲屏障高度(du)不宜超(chao)過軌(gui)(gui)頂(ding)1.8～2.5ｍ,列車聲源高度(du)在(zai)軌(gui)(gui)頂(ding)以上0.45ｍ[4],則有效高度(du)ｈ≤2.1ｍ;軌(gui)(gui)邊(bian)矮墻的高度(du)略高于(yu)(yu)車輪(lun)(lun),輕(qing)軌(gui)(gui)輪(lun)(lun)徑(jing)一般小于(yu)(yu)0.9ｍ,因此,取有效高度(du)ｈ≤0.55ｍ。同時(shi)考(kao)慮乘(cheng)客的視覺(jue)舒適性(xing)要求和(he)不應使其產生環(huan)繞感,即(ji)

3.3　聲屏(ping)障長(chang)度(du)設計(ji)

聲屏障(zhang)的(de)長度原則上應(ying)使(shi)列車噪聲繞(rao)過聲屏障(zhang)兩端產生的(de)損失(shi)大(da)于繞(rao)射聲屏障(zhang)頂端的(de)損失(shi)10ｄＢＡ以上。聲屏障(zhang)的(de)端部長度ｌ′為[5]

4 聲屏障優化設計分析

4.1設計變(bian)量的選取

Ｘ=[ｘ1,ｘ2,ｘ3]=[ｌ1,ｈ,ｌ]                                  (10)

4.2　目(mu)標函數的(de)確定

聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障(zhang)成本(ben)往往成為(wei)(wei)設計成功與(yu)否的決定性(xing)因素。因此(ci),應以(yi)建(jian)設成本(ben)為(wei)(wei)目標,盡量降(jiang)低成本(ben)。聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障(zhang)的建(jian)設費用通(tong)常按照(zhao)聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障(zhang)的面(mian)積和長(chang)度進行估算,材料費用占聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障(zhang)建(jian)設費用的45%,與(yu)長(chang)度相應的基礎建(jian)設、排水等(deng)大(da)約占35%[6]。由于道床不(bu)同(tong)軌頂(ding)(ding)距(ju)(ju)橋面(mian)的高(gao)(gao)度也(ye)(ye)不(bu)同(tong),同(tong)時(shi)橋上人行道的高(gao)(gao)度也(ye)(ye)與(yu)聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障(zhang)建(jian)筑高(gao)(gao)度有(you)關。因此(ci),取(qu)聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障(zhang)建(jian)筑高(gao)(gao)度等(deng)于有(you)效(xiao)高(gao)(gao)度加上聲(sheng)源距(ju)(ju)軌頂(ding)(ding)高(gao)(gao)度。寬(kuan)頂(ding)(ding)式(shi)聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障(zhang)以(yi)常用的倒(dao)Ｌ形為(wei)(wei)例,綜上所述,取(qu)式(shi)(11)、式(shi)(12)為(wei)(wei)目標函數,盡可能降(jiang)低成本(ben)。

4.3　約束條件

4.3.1　降噪指(zhi)標約束條件

聲(sheng)(sheng)(sheng)屏障降(jiang)噪指標應符(fu)合《鐵(tie)路邊界噪聲(sheng)(sheng)(sheng)限值(zhi)及其測量方法》(ＧＢ12525—1990)和《城市區域(yu)環境噪聲(sheng)(sheng)(sheng)標準》(ＧＢ3096—1993)相(xiang)應的噪聲(sheng)(sheng)(sheng)標準。即

4. 3 .2　其他約束(shu)條件

主要(yao)包括聲屏(ping)障和軌邊矮墻的(de)設計變量(liang)約(yue)(yue)束、不產生環(huan)繞(rao)感和視覺舒適性約(yue)(yue)束。

5 算　例

圖(tu)2是輕軌(gui)列(lie)車噪聲(sheng)(sheng)(sheng)的頻譜圖(tu)[7]。圖(tu)中折線表示列(lie)車70ｋｍ/ｈ時,距軌(gui)道3ｍ,高出(chu)軌(gui)頂0.5ｍ處的頻譜;受(shou)聲(sheng)(sheng)(sheng)點取為距軌(gui)道30ｍ處,有效高度(du)2.5ｍ。聲(sheng)(sheng)(sheng)波衰減按照線聲(sheng)(sheng)(sheng)源(yuan)的衰減規律進(jin)行(xing)計算。橋架聲(sheng)(sheng)(sheng)屏障(zhang)距聲(sheng)(sheng)(sheng)源(yuan)很(hen)近,反射對乘客(ke)和(he)降噪影響較大,軌(gui)邊矮墻(qiang)及聲(sheng)(sheng)(sheng)屏障(zhang)均為吸聲(sheng)(sheng)(sheng)型(xing)。

5.1　算例1

以受(shou)聲(sheng)(sheng)區域是居民區為例,其環(huan)境噪聲(sheng)(sheng)應(ying)符合(he)《城市區域環(huan)境噪聲(sheng)(sheng)標準》Ⅰ類區域標準,晝間(jian)等(deng)效(xiao)聲(sheng)(sheng)級應(ying)不超(chao)過(guo)55ｄＢＡ。環(huan)境背景噪聲(sheng)(sheng)取為50ｄＢＡ,為每(mei)小時25列,保護區長度取為2000ｍ,α取為45°,Ｔｐ為10ｓ。

由頻譜(pu)可算得Ｔｐ為78.42ｄＢＡ,Ｔｅｑ為66.92ｄＢＡ,滿(man)足《鐵路邊界噪(zao)聲(sheng)限值及其測量方法》晝間噪(zao)聲(sheng)等(deng)效(xiao)聲(sheng)級70ｄＢＡ的規定,但不(bu)滿(man)足Ⅰ類(lei)區域噪(zao)聲(sheng)標準。

引用兩種普通設計(ji)方(fang)法與優化設計(ji)方(fang)法對比(bi)。

方(fang)案(an)1,普通(tong)設(she)計方(fang)案(an),聲屏障位(wei)置(zhi)盡量靠近(jin)聲源,長度(du)為保(bao)護區(qu)長度(du)兩端各延長60ｍ,由降噪要求求高;

方案2,普(pu)通設(she)計方案,聲(sheng)屏障(zhang)位(wei)置(zhi)盡量靠近(jin)聲(sheng)源,由目標等效(xiao)聲(sheng)級求(qiu)長度和高;

方案(an)3,優化設計方案(an);

方案4,軌邊矮墻方案。

各(ge)種方案計算結果列入表(biao)1、表(biao)2。

設(she)計(ji)方(fang)案結果分析:

方案1,聲(sheng)屏障(zhang)頂(ding)部向(xiang)聲(sheng)源垂直方向(xiang)靠近0.7ｍ,聲(sheng)屏障(zhang)長(chang)度(du)遠不(bu)能滿足(zu)聲(sheng)屏障(zhang)的(de)長(chang)度(du)原(yuan)則(ze)要求(應不(bu)小于(yu)2843.9ｍ),繞過聲(sheng)屏障(zhang)兩端(duan)的(de)列車噪(zao)聲(sheng)將降低聲(sheng)屏障(zhang)的(de)降噪(zao)效(xiao)果,使保(bao)護區兩端(duan)(共723.9ｍ)實際降噪(zao)量與理(li)論降噪(zao)量有(you)較大誤(wu)差(cha);

方案2,聲(sheng)屏障頂部向(xiang)聲(sheng)源垂直方向(xiang)靠近了(le)0.7ｍ,滿足降噪要求;

方(fang)(fang)案(an)3,聲屏障(zhang)頂部向聲源垂直(zhi)方(fang)(fang)向靠(kao)近了0.147ｍ,在與(yu)方(fang)(fang)案(an)2具有相同的降噪(zao)性(xing)能的情況下,比方(fang)(fang)案(an)3經濟(ji)性(xing)提高8.89%;

方案4,不(bu)能滿足降(jiang)噪(zao)(zao)要求,最大降(jiang)噪(zao)(zao)能力(li)Ｌｐ為71.06ｄＢＡ,Ｌｅｑ為59.94ｄＢＡ。

本例(li)說明優化設(she)計方法(fa)(fa)比常規設(she)計方法(fa)(fa)有更好的降噪(zao)(zao)效果和經(jing)濟(ji)(ji)性,同時也(ye)反映了軌邊矮(ai)墻由于(yu)高度較低,降噪(zao)(zao)能力有限。下(xia)(xia)面通過算例(li)2研究(jiu)軌邊矮(ai)墻在滿(man)足降噪(zao)(zao)要求(qiu)條件下(xia)(xia)的經(jing)濟(ji)(ji)性。

5.2　算例2

以受聲區域(yu)是工商業混(hun)雜(za)區為例,其環(huan)境(jing)噪(zao)聲應符(fu)合《城市區域(yu)環(huan)境(jing)噪(zao)聲標準》Ⅱ類區域(yu)標準,晝間等效聲級應不超(chao)過60ｄＢＡ。其他條件不變。方案1,聲屏障優化(hua)設(she)計方案;方案2,軌邊矮墻優化(hua)設(she)計方案。計算(suan)結果列入(ru)表3、表4。

設(she)(she)計(ji)結果分析:兩(liang)種設(she)(she)計(ji)方案(an)都能夠滿(man)足降噪要求,采(cai)用軌(gui)邊矮(ai)墻(qiang)比采(cai)用聲屏障(zhang)的經(jing)(jing)濟(ji)性(xing)提高7.23%。通過(guo)計(ji)算(suan),如果保護(hu)區加長(chang),經(jing)(jing)濟(ji)性(xing)將進一步(bu)提高,可達(da)12.2%。

6 結　論

1)軌(gui)(gui)邊(bian)矮(ai)墻(qiang)高度低,非常適合景觀(guan)性(xing)要求高的(de)城市輕(qing)軌(gui)(gui)交通的(de)降(jiang)(jiang)噪。由(you)于輕(qing)軌(gui)(gui)交通穿越市區,聲(sheng)屏(ping)障一般比較長,若能(neng)采用軌(gui)(gui)邊(bian)矮(ai)墻(qiang)可大幅降(jiang)(jiang)低降(jiang)(jiang)噪成(cheng)本。在(zai)橋架聲(sheng)屏(ping)障設計時,應(ying)首先考慮使用軌(gui)(gui)邊(bian)矮(ai)墻(qiang)降(jiang)(jiang)噪,如果不能(neng)滿足降(jiang)(jiang)噪要求,再(zai)使用直立式或寬頂式聲(sheng)屏(ping)障,形(xing)狀和(he)尺寸應(ying)進行優(you)化(hua)設計。

2)優化設計(ji)(ji)方法體(ti)現了聲(sheng)(sheng)屏(ping)障(zhang)整(zheng)體(ti)設計(ji)(ji)思想(xiang)[1]:對聲(sheng)(sheng)屏(ping)障(zhang)設置(zhi)位(wei)置(zhi)、高(gao)度和長度的綜合(he)(he)設計(ji)(ji)既(ji)滿足沿(yan)線區域降噪(zao)要(yao)求(qiu)(qiu),又降低了建設成(cheng)本(ben);通(tong)過約束條件考慮了結構和景觀設計(ji)(ji)的要(yao)求(qiu)(qiu)。因(yin)此,在實際設計(ji)(ji)中,應綜合(he)(he)考慮位(wei)置(zhi)、高(gao)度、長度和橋上軌道結構等(deng)各種(zhong)因(yin)素,對設計(ji)(ji)變量變化范圍或目標(biao)函數(shu)進行調整(zheng),通(tong)過優化設計(ji)(ji)得到(dao)經濟適用的聲(sheng)(sheng)屏(ping)障(zhang)設計(ji)(ji)方案(an)。

3)隨著我國(guo)輕軌交(jiao)通(tong)的快速發展,聲屏(ping)障工程數量多,所(suo)需費(fei)用(yong)大(da)。通(tong)過對聲屏(ping)障優(you)化設計(ji),能夠明(ming)顯提高降噪和經濟性能,符合我國(guo)國(guo)情,有重要的實際(ji)意義。

 
參考文獻
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