京沪高速铁路不同线路形式噪声暴露研究

王波 田丰

摘要：高速铁路以其运营量大、车速快、时间准、安全快捷的优势适应现代社会经济发展的新需求，已经成为我国发达地区城市间主要的客流交通运输方式，在高速铁路快捷的给人民群众提供便利的出行时，其在运行过程中对铁路沿线两边环境造成了严重的噪声污染。选取京沪高铁安徽段为研究对象，研究高速铁路运行期间不同型号高速列车的噪声传播途经以及变化规律，分别按照高架、路基、路堑三种不同线路形式噪声衰减进行分析。结果表明：高速列车通过高架线路的1h等效声级噪声值先随距离增大后减小，在30 m处噪声值较大，随后随距离增大而减小;单车声暴露级的衰减规律与单车通过声级和th等效声级的衰减规律基本相似。高速列车通过路基线路的1h等效声级衰减规律与桥梁线相比衰减趋势比较一致，但未明显出现桥梁段的先增大后减小的趋势;单车通过等效声级的衰减总体趋势随距离增大而减小。高速列车通过路堑线路的1h等效声级的衰减随着距离增加.与路基形式基本相似，但未出现高架的先增加后减小的情况;路堑的单车通过等效声级在距离衰减规律与路基基本相似，但其衰减更快。

关键词：高速铁路;噪声;高架;路基;路堑

中国分类号：U238

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）8-0116-05

1 引言

随着我国经济快速发展，人们对出行的要求变得更高了，对于高速快捷的交通方式也更加青睐，高速铁路以其运营量大、车速快、时间准、安全快捷的优势适应现代社会经济发展的新需求[1]。目前，高速铁路已经成为我国发达地区城市间主要的客流交通运输方式，而且我国已经成为世界上高速铁路运营和在建里程最长的国家[2～4]。在高速铁路快捷的给人民群众提供便利的出行时，其在运行过程中对铁路沿线两边环境造成了严重的噪声污染[5]。噪声是高速铁路运行期间产生地最严重的环境污染问题，直接危害人民群众的听力，不仅会对人民的身心健康产生影响，对动物也有影响，也对建筑构筑物和机械设备产生不同程度的损伤L6～8]。虽然高速铁路在人群密集区设置了声屏障，在许多产生噪音的机械设备上安装了消音装置，但高速铁路在运行时还会有很大的噪声[9～11]。

通过测定京沪高速铁路安徽段运行期间产生的噪声，本文研究高速铁路运行期间不同型号高速列车的噪声传播途经以及变化规律，分别按照高架、路基、路堑三种不同线路形式运行期间噪声衰减进行分析，以期为今后高速铁路减轻噪声污染及设置声屏障提供基础数据和理論支持。

2 研究区概况

京沪高速铁路作为京沪快速客运通道，是我国“四纵四横”客运专线网重要的主干道，是新中国成立以来的一条建设里程长、投资大、标准高的高速铁路。全线长1318km，沿途共设置23个车站，贯穿北京、天津、上海三大直辖市和冀鲁皖苏四省，连接环渤海和长江三角洲两大经济区。京沪高速铁路安徽段北起宿州，南至滁州，全长265km，途经宿州、蚌埠、滁州三市。本文研究范围为铁路外轨中心线两侧200 m区域[12]，如图1所示。

3 京沪高速铁路安徽段噪声测试

3.1 测试依据

参考《声环境质量标准》、《铁路边界噪声限值及其测量方法》和《铁路沿线环境噪声测量技术规定》技术要求[13]，结合京沪高速铁路运行状态，分别按照1h整个时间段测试及单车测试。

3.2 测试布点

分别在高架、路基和路堑布置一个测点，高架和路基的衰减测点布置在距线路中心线15 m、30 m、60 m、90 m、120 m、150 m、180 m处，各点垂直布置在地面3.5m和地面1.2 m。路堑型衰减测点布置在距线路lI心线30 m、45 m、60 m、120 m和200 m处，测点高度为地面1.2米。测试期间主要考虑五种列车车型分别为CRH380A、CRH380AL、CRH380BL、CRH2A、CRH2B等车型，测试时列车运行时速在230～250 km/h（CRH2A和 CRH2B），280～300 km/h（ CRH380AL、CRH380A和CRH380BL）[14].

3.3 测试仪器

本文选择杭州爱华仪器有限公司生产的AWA5680型多功能声级计，AWA5680型多功能声级计使用数字检波专利技术，符合GB/T 3785.1- 2010 2级、TEC61672 2级标准，级线性范围宽，测量频率范围为20～12500 Hz，测量上限130dB或140dB（用户定制），可测量A、C、Z频率计权。测量过程中无需切换量程，使用方便，通过模块化设计，包含了积分声级计、个人声暴露计、噪声统计分析仪等功能。

3.4 测试量

由于我国尚无专门针对高速铁路制定的噪声限值标准，参照相关国际现行标准进行评定[15]。在《Railway applications Acoustics Measurement of noiseemitted by railbound vehicles》（ISO 3095 - 2005）标准中规定列车发射噪声的测量量为通过时段内等效连续A计权声压级LpAeq，Tp和通过暴露声级TEL，相关测量定义如下。

3.4.1 暴露声级

暴露声级的公式为：

式中：LAE为暴露声级，dB;t。为时间，基准持续时间（1 s）;t2-t1为规定的时间间隔，此时间应足够长，使能包含所说明事件的所有有意义的噪声，s;Pa （t）为瞬时A声压，Pa;p。为基准声压（20 μPa）。

3.4.2 通过暴露声级

在时间间隔T内检测并归一化至Tp的单次列车通过的A汁权声级。时间间隔T应足够长以包括所有与该事件相关的声能量，即至少要考虑在Tp时间段内背景噪声高10 dB的的声能。TEL用下述方程表示：

式中：TEL为列车通过暴露声级，dB;T为测量的时间间隔，s：Tp。为列车经过的时间，s，即整车长除以车速;pA（t）为瞬时A计权声压，Pa;p。为基准声压（20 μPa）。

TEL与暴露声级LAE的关系用方程表示：

式中：T。为参考时间间隔（=1s）。

3.4.3 列车通过时段等效声级

列车车头到达测试地点开始，到列车车尾离开测试地点这段时间内的等效连续A计权声级。其表达式为：

式中：LpAeq，Tp为列车通过时段等效声级，dB;T为测量的时间间隔，s;TP为列车经过的时间，Tp=t2 -t1，s;pA （t）为瞬时A计权声压，Pa;p。为基准声压（20 μPa）。

LAE与LpAeq，T符合如下关系：

3.4.4 昼间或夜间等效声级

昼间或夜间等效声级的公式为：

式中：Leq为昼间或夜间等效声级，dB;T为昼间或夜间的时间，s;n为昼间或夜间通过的列车数量;LAE，i为昼间或夜间通过的笫i列列车的暴露声级。

4 结果与分析

4.1 高架测点数据分析

4.1.1 1 h等效声级

测试期1h内共通过高速列车13列，分别按照地面上1.2 m和3.5 m进行测量和分析，变化规律如图2所示。

从图2中可以看出，在高速铁路运行产生的噪声在水平方向衰减时，产生先增大后减小趋势的原因是由于高铁列车通过时与高架梁体和防撞墙的遮挡一定程度上使声波传播途径发生了改变。在地面1.2 m和3.5m高度位置距离15 m处的噪声值比30 m处分别低2.3 dB和1.6 dB。30 m外，距離加倍噪声衰减2.9至4.4dB。

在垂直方向的衰减特点如下：在30 m以内，噪声分布具有明显的空间分布，在15 m远时声级高的是3.5m测量点，并随高度减小而变小;在30 m远时，地面1.5m和3.5 m声级差别减少，距离60 m处基本一致，此后随着距离的增大，地面3.5 m始终大于地面1.5 m，到180 m远处再次基本相同。

4.1.2 单车通过等效声级

通过对每个车次的列车通过噪声进行统计，对条件一致的列车信号进行平均处理，从而讨论列车通过时间内等效声级随距离与高度的变化关系。在高架形式的不同车型单车通过噪声衰减规律分析如图3所示。

从图3可以看出，不同高度的测点之间，其水平衰减规律存在着一定差异，各高度点位的衰减趋势与1h等效声级的衰减规律比较类似。距离加倍，衰减量为3.7～5.7 dB。通常在30 m内受到桥梁梁体的遮挡，造成噪声的最大值出现。

4.1.3 单车声暴露级

测试阶段主要涉及到五种车型，通过分析每个车次的列车通过噪声产生的单车声暴露级随距离的变化规律如图4所示。

从图4可以看出，单车声暴露级的衰减规律与单车通过声级和1h等效声级的衰减规律基本相似。

4.2 路基测点数据分析

4.2.1 1 h等效声级

测试期1h时段内共通过14列车，分别按照地面上1.2 m和3.5 m进行测量和分析，1h等效声级变化规律如图5所示。

从图5可以看出，与桥梁线相比路基线不同高度测点的衰减趋势比较一致，但未明显出现桥梁段的先增大后减小的趋势，这是由于由于路基往往高度较低，噪声传播受到路基自身影响较小，辐射主要能量往往能直接到达测试点位。距离加倍，噪声衰减量为4.0～4.9 dB。

4.2.2 单车通过等效声级

测试时段主要涉及到5种车型，分析其列车的单车等效声级（图6）。

如图6所示，以单车等效声级为评价量，其距离加倍衰减量为3.7～5.7 dB范围内。单车通过等效声级中不同高度的测点之间，其水平衰减规律基本一致，各高度点位的衰减总体趋势随距离增大而减小。

4.2.3 单车声暴露级

测试期涉及到3种主要车型在1.2 m和3.5 m高处的单车声暴露级衰减情况（图7）。

如图7所示可知：以单车声暴露级为评价量，距离加倍其衰减量为3.2～5.4 dB。以单车暴露声级为评价量时的距离衰减速率低于单车通过时段等效声级，这是由于距离越远列车影响时间越长。

4.3 路堑测点数据分析

4.3.1 1 h等效声级

测试期问1h时段内通过8列车，分析1h等效声级（图8）。

如图8所示，路堑噪声的衰减随着距离增加，与路基形式基本相似，未出现高架的先增加后减小的情况。噪声能量辐射的衰减在60 m以内较快，其后随着距离增加逐步放缓。

4.3.2 单车声暴露级

分析了两种车速车型（即新旧车型）的单车声暴露级衰减情况（图9）。

如图9所示：车速300 Km/h的列车声暴露级总体上大于车速250 Km/h的列车，差距为1.2～2.O dB。以单车声暴露级为评价量，距离加倍其衰减量为3.6～5.7 dB。虽然路堑的在距离衰减规律与路基基本相似，但其衰减更快。

4.3.3

24 h的1 h等效声级

由于路堑的1 h等效声级及单车衰减比路基情况快，通过考察24 h全天的等效声级进一步分析该路线形式的衰减规律。测试距离为30 m，测试结果如图10所示。

从图10可知道，在晚上24：00及1：00～5：00时段的等效噪声级较小，平均值仅为44.6 dB。而从6：00～23：00时段的等效噪声级则平均达到65.5 dB。

5 结论

（1）高速列车通过高架线路的1h等效声级衰减规律为：在水平方向上噪声值先随距离增大后减小，在30m处噪声值较大，随后随距离增大而减小;垂直方向上，测点高的1h等效声级高于测点低的，趋势为先随距离增大而减小，60 m后随距离增大而增大，180 m基本一致。单车通过等效声级中不同高度的测点之间，其水平衰减规律存在着一定差异，各高度点位的衰减趋势与1h等效声级的衰减规律比较类似。单车声暴露级的衰减规律与单车通过声级和1h等效声级的衰减规律基本相似。

（2）高速列车通过路基线路的1h等效声级衰减规律与桥梁线相比路基线不同高度测点的衰减趋势比较一致，并未明显出现桥梁段的先增大后减小的趋势。单车通过等效声级中不同高度的测点之间，其水平衰减规律基本一致，各高度点位的衰减总体趋势随距离增大而减小。以单车暴露声级为评价量时的距离衰减速率低于单车通过时段等效声级。

（3）高速列车通过路堑线路的1h等效声级的衰减随着距离增加，与路基形式基本相似，但未出现高架的先增加后减小的情况。路堑的单车通过等效声级在距离衰减规律与路基基本相似，但其衰减更快。由于路堑的1h等效声级及单车衰减比路基情况快，通过考察24h全天的等效声级进一步分析该路线形式的衰减规律。在晚上24：00及1：00～5：00时段的等效噪声级较小，平均值仅为44.6 dB，而从6：00～23：00时段的等效噪声级则平均达到65.5 dB。

參考文献：

[1]王姣娥，焦敬娟，金凤君.高速铁路对中国城市空间相互作用强度的影响[J].地理学报，2014，69（12）：1833～1846.

[2]赵勇，田四明，孙毅.中国高速铁路隧道的发展及规划[J].隧道建设，2017，37（1）：11～17。

[3] Han Yao，Ze Liu. The Spatial Effects of High Speed Rail on Intermediate Cities in China -A Case Study of Beijing- Shanhai Express Railway[M].Springer Berlin Heidelberg：2014 -06 - 15.

[4]戴学珍，徐敏，李杰，京沪高速铁路对沿线城市效率和空问公平的影响[J].经济地理，2016136（3）：72～77+108.

[5]苏卫青.高速铁路噪声影响评价研究[J].铁道标准设计，2011（5）：100～104.

[6]田丰，高速铁路噪声烦恼评估与对策研究[D].南京：南京大学，2014.

[7]周兵，高速铁路噪声暴露对机体神经生理影响研究[D].杭州：浙江大学，2011.

[8]翟国庆，李争光，陈钰.等，从传播途径优化控制市区铁路噪声[J].环境科学，2018（8）：2372～2376.

[9]胡文林，胡叙洪，齐春雨，等.高速铁路桥梁声屏障插入损失五声源预测模式研究[J]，铁道标准设计，2016，60（4）;118～124.

[10]吴小萍，费广海，廖晨彦.高速铁路不同高度声屏障的降噪效果分析[J].中国铁道科学，201 5，36（3）：127～132.

[11]邓俊，贺玉龙，杨立中，等.350km/h高速列车不同线路形式处噪声测试分析[J].噪声与振动控制，2010，30（6）：119～122.

[12j京沪高速铁路工程概况[J].中国铁路，2008（5）：10～14.

[13]朱相栋.京津高速铁路噪声测试及研究[C]∥中国环境科学学会2009年学术年会论文集（第二卷）.北京：中国环境科学学会，2009;6.

[14]黄振晖，王贵国，蒋大旺，等.国内外高速试验列车综述[J].中国铁路，2013（4）：100～105.

[15] Makarewicz Rufin，Minor- u Yoshida，Railroad Noise in an OpenSpace [J]. Appliecl Acousfics，1996 ，49 （4） ：291～306.