由于轨道交通具有高速快捷、客运量大、安全可靠性高、无烟气排放污染等优点,近年来被国内外许多大中城市采用为交通主干线以缓解城市化带来的交通压力。其中,轻轨作为一种造价比地铁低、建设周期比地铁短的交通工具,应用最为广泛。但它们同时也带来了环境噪声污染等负面影响,特别是严重干扰了沿线居民的正常工作、学习和生活。

    各种既有工程应用实例表明[1,2],在轨道线路两侧设置吸声屏障是控制轨道交通噪声的一种有效措施。随着轨道线路噪声敏感区段车道密集化程度的提高,提出在轨道线路两侧设置声屏障的同时,在相邻两个车道之间设置道间声屏障的降噪措施。由于设置的道间声屏障更接近于主要噪声源———轮轨系统,因此降噪效果会更好。一般由于空间结构的限制,要求道间声屏障的高度尽量低,以1～1 25ｍ为宜,且由于两侧都有噪声源,要求道间声屏障具有双面吸声的性能[3,4],现已设计出满足这种性能的声屏障结构[5 7]。

    截至目前为止,主要用边界元法求解不连续线声源模型及波动方程的边界积分形式来评估道间声屏障的降噪效果,求解过程较为复杂,故本研究运用环境噪声预测与分析软件ＳＯＵＮＤＰＬＡＮ对设置在上海轨道交通6#线上下行线之间的道间声屏障的插入损失进行了模拟计算,计算过程较为简便,所得结果表明当两侧声屏障取不同高度时,道间声屏障对待测表面的影响范围将有所不同。

1 道间声屏障插入损失的模拟计算

    现欲在上海轨道交通6#线的噪声敏感区段布置直立式吸声声屏障,其布置状况如图1所示。设定左、右侧声屏障的内侧(靠轨道线一侧)表面吸声系数为0 8,外侧表面吸声系数都为0;道间声屏障双面吸声,吸声系数都为0 8。由于空间结构的限制,要求道间声屏障的高度取为1 25ｍ,需预测两侧声屏障的高度分别取3、3 5、4ｍ时,安装道间声屏障前后,与左侧声屏障相距为Ｄ的待测表面上的声压级变化差值,Ｄ分别取20、30、50、60ｍ和100ｍ。

    设定列车最高时速为80ｋｍ/ｈ,故此处噪声以轮轨系统产生的噪声为主,且噪声源发出的声波要经过道间声屏障、列车车厢外壁、左右侧声屏障的多次反射才能到达声照区的受声点,直接求解分析,并达到预测目标比较困难,故运用环境噪声预测与分析软件ＳＯＵＮＤＰＬＡＮ对该问题建立模型,并进行求解预测。由图1看出,相对于待测表面上的受声点,道间声屏障主要控制位置1处产生的轮轨噪声,故假设此问题中的声源集中于位置1处,其它各处的声源先不予考虑。模型中用铁路声源模拟位置1处的声源,假设列车车厢外壁为全反射面,用ｆｌｏａｔｉｎｇｓｃｒｅｅｎｉｎｇ对其进行模拟。

    其中高架桥面与地面之间的距离、桥面宽度、上下行轨道中心线之间的距离、列车的高度和宽度及声源和列车的位置参数值见图2。

    为预测安装道间声屏障前后各待测表面上的声压级变化状况,首先在离左侧声屏障30ｍ远处建立了6幢不同高度的楼体,Ｂｕｉｌｄｉｎｇ1～6;在离左侧声屏障20ｍ远处建立了楼体Ｂｕｉｌｄｉｎｇ7;在离左侧声屏障50ｍ远处建立了楼体Ｂｕｉｌｄｉｎｇ8～10;在离左侧声屏障60ｍ远处建立了楼体Ｂｕｉｌｄｉｎｇ11;在离左侧声屏障100ｍ远处建立了楼体Ｂｕｉｌｄｉｎｇ12和Ｂｕｉｌｄｉｎｇ13。然后在每幢楼体的各楼层分别设置一侧点,各测点的高度取ＳＯＵＮＤＰＬＡＮ中的默认高度,即底层测点离地面为2 4ｍ,其余各层依次叠加2 8ｍ。整个模型的俯视图如图3所示。分别对两侧声屏障取不同高度时安装道间声屏障前后的情况进行模拟计算,求得各情况下各测点处的声压级,并求出道间声屏障的插入损失,各测点的计算结果见结果对比与分析中的各图所示。

2 结果对比与分析

    由于楼层越高,涵盖的预测信息越全面,故选择各个距离处楼层最高的楼体的计算结果进行对比,各测点处的道间声屏障插入损失模拟计算结果如图4～8所示。

由图4看出,当两侧声屏障高3ｍ时,道间声屏障插入损失较大的楼层为10～15层(测点离地面高27 6～41 6ｍ),其中11层处可获得4 7ｄＢ的最佳降噪效果;当两侧声屏障高3 5ｍ时,道间声屏障插入损失较大的楼层为11～15层(测点离地面高30 4～41 6ｍ),且与高3ｍ屏高相比,11层的道间声屏障插入损失有所减小;当两侧声屏障高4ｍ时,道间声屏障插入损失较大的楼层为13～15层(离地面高36～41 6ｍ),且其值较前两种情况都略有减小。由于当两侧声屏障高3ｍ和4ｍ时,11层测点处于曲线的拐点,当两侧声屏障高3 5ｍ时,此测点处于线性段,故可看出对于此测点当道间声屏障增高1ｍ时,就可取得4 7ｄＢ的降噪效果。图5～7中曲线的变化趋势与图4中的相同。

由图4～8看出,随着两侧声屏障高度的增加,道间声屏障插入损失的峰值向楼层增高的方向移动,但其峰值在减小,且安装道间吸声屏障对各待测表面的影响范围也在逐渐缩小,这说明设置声屏障时并非越高越好,可看出在两侧声屏障高3ｍ时,整个吸声结构的降噪效果最佳。还可看出,离轨道线路越近,道间声屏障的插入损失越大,即道间声屏障降噪效果越强。

另外,由图6～8看出,当两侧屏障高4ｍ时,距左侧吸声屏障50、60、100ｍ远的待测表面上各测点的道间声屏障插入损失为0,即安装道间声屏障对这些地方的保护对象起不到降噪作用。

3 结论

(1)在轨道线路两侧设置吸声屏障的同时在轨道之间设置道间声屏障,会使得距离线路20～30ｍ远的较高层建筑获得2～4 7ｄＢ的降噪效果,且此时并非两侧声屏障越高,整个吸声结构的降噪效果就会越好。

(2)设置道间声屏障对离轨道线路较近的保护目标降噪作用较明显,对远离轨道线路的保护目标降噪作用不显著。