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铁道线路通行列车数量与铁路边界噪声关系研究 ＊ 韩明爽 1 李 钢 2 白明洲 3 杨成永 3 1. 中冶建筑研究总院有限公司环保分公司, 北京 100088;2. 河南工程学院资源与环境工程系, 郑州 451191; 3. 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京 100044 摘要 合理的列车编组数量一直是确保铁路边界噪声达标的重要条件。 从噪声控制理论出发, 对铁路边界噪声达标前 提下, 线路上所能允许通过的最大列车编组数量 主要是车厢数量 及鸣笛时间进行了有益的探讨, 并提出了可用于 直接判定铁路边界噪声达标状况的方法, 以及计算铁路边界噪声值的简易公式。 关键词 铁路; 噪声; 列车编组; 预测 T H ED I S C U S S I O NO NT H ER E L A T I O N S H I PB E T WE E NT H EN U MB E R O FP A S S I N GT R A I N SA N DT H EB O U N D A R YN O I S EA L O N GR A I L WA Y S H a nMi n g s h u a n g 1 L i G a n g2 B a i Mi n g z h o u3 Y a n gC h e n g y o n g3 1. E n v i r o n m e n t a l B r a n c ho f C e n t r a l R e s e a r c hI n s t i t u t eo f B u i l d i n g ＆C o n s t r u c t i o nC o . , L t d , MC CG r o u p , B e i j i n g100088, C h i n a ; 2. D e p a r t m e n t o f R e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , H e n a nI n s t i t u t eo f E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o u451191, C h i n a ; 3. S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , B e i j i n gJ i a o t o n gU n i v e r s i t y , B e i j i n g100044, C h i n a Ab s t r a c t T h er e a s o n a b l en u m b e r o f p a s s i n gt r a i n s i s a l w a y s t h ei m p o r t a n t f a c t o r t h a t c a ne n s u r et h eb o r d a r yn o i s ea l o n gt h e r a i l w a y s , b e l o wn o r m .B a s e do nt h et h e o r yo f n o i s ec o n t r o l s , i t i s d i s c u s s e dt h ep r o b l e m s o f h o wma n yt r a i n s t r a i nb o x e s c a n b ea l l o w e dt op a s sa l o n gr a i l w a y s o r h o wl o n gw h i s t l i n g sc a nb ep e r m i t t e d , i no r d e r t om a k et h eb o r d a r yn o i s er e c e p t i b l e .A n d i nt h ee n d , t h ef o r mu l a s , w h i c hc a nc a l c u l a t et h eb o r d a r yn o i s ea n dt h em e t h o dt oi d e n t i f yw h e t h e r i t w o u l db eo v e r p r o o f , a r e p r e s e n t e d . Ke y wo r d s r a i l w a y ; n o i s e ; m a r s h a l l i n g ; p r e d i c t i o n ＊铁道部科技研究开发计划项目 2005Z 005 。 0 引言 铁路作为方便快捷的运输方式, 在方便人们出行 和物资运输的同时,也对其沿线的环境产生了一定的 噪声污染。随着人们对居住环境适宜性要求的不断 提高,这一问题日益受到广大民众的关注 。本文主要 从理论上,对保证铁路边界噪声达标情况下, 单位时 间线路最大可通行列车数量 主要是车厢数量 及鸣 笛时间问题进行了一些有益的探讨, 分析了在保证铁 路边界噪声达标的前提下, 铁道线路单位时间最大所 能允许通行的列车车厢数量及鸣笛时间 。分析拟采 用预测公式对不同车型的列车 ,在不同限速、车厢编 组数量及鸣笛条件下 ,对铁路边界噪声的影响情况进 行预测 ,通过计算得出所需的车厢编组限值。 1 预测公式的选取 [ 1] 根据调查,目前可用于铁路噪声预测的方法主要 有 模式预测法、比例预测法、 类比预测法和模式试验 预测法四种 ,其中以模式预测法和比例预测法的应用 最广。本文主要分析的是一般铁道线路最大通行列 车车厢编组问题 ,不适用比例预测法 比例预测法主 要适用于改扩建的铁路项目噪声预测 ,因此最终选 定模式预测的方法。具体公式见式 1～式 3 L A e q , p 10 l g 1 T ∑ i n ite q , i10 0. 1 L p 0, t, i Ct , i ∑ i t f, i10 0. 1 L p 0, f, i Cf , i 1 Ct , i C t , v , iCt , θCt , tCt , d , i C t , a , iCt , g , iCt , b , iCt, h , iCw 2 Cf , i C f , θ , iCf , d , iCf , a , iCf , g , i C f , b , iCf , h , iCw 3 106 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 式中 L A e q , p 铁路噪声预测等效声压级, d B ; T 规定的评价时间, s ,一般取为1 h 即 3 600 s ; n i T 时间内通过的第 i 类列车数; t e q , i 第 i 类列车通过的等效时间, s ; t f, i 固定声源的作用时间, s ; L p 0, t, i 第 i 类列车最大垂向指向性方向上 的噪声辐射源强, 为 A计权声压级 或频带声压级 , d B ; L p 0, f, i 固定声源的噪声辐射源强, 可为 A 计权声压级或频带声压级, d B ; Ct , i, Cf, i 分别为第 i 类列车 、 固定声源的噪声 修正项 , 可为 A 计权声压级或频带 声压级, d B ; Ct , v , i 列车运行噪声速度修正, 可按类比 试验数据、标准方法或相关资料计 算 , d B ; C t, θ、Cf , θ , i 列车运行噪声和固定声源的指向性 修正 , d B ; Ct, t 线路和轨道结构对噪声影响的修 正, 可按类比试验数据、标准方法或 相关资料计算 , d B ; Ct , d , i、Cf, d , i 列车运行噪声和固定声源的几何发 散损失, d B ; Ct, a , i、Cf , a , i 列车运行噪声和固定声源的大气吸 收, d B ; Ct, g , i、Cf , g , i 列车运行噪声和固定声源地面效应 引起的声衰减 , d B ; Ct , b , i、Cf, b , i 列车运行噪声和固定声源的屏障声 绕射衰减 , d B ; Ct , h , i、Cf, h , i 列车运行噪声和固定声源建筑群引 起的声衰减, d B ; C w 频率计权修正 , d B 。 2 预测点及预测参数的确定 [ 1- 8] 计算中 ,预测点按照 G B12525 - 90铁路边界噪 声限值及其测量方法要求 ,选在距铁路外侧轨道中 心线30 m 即铁路边界 、高于地面 1. 2 m 处 ; 预测参 数根据 铁路建设项目环境影响评价噪声振动源强 取值和治理原则指导意见 的相关规定确定 ,修正项 取值见表 1、 表 2。 表 1 噪声修正项 C t , i各参数的取值 d B C t , v , i C t , θ C t , t C t,d ,iCt, a , i C t, g , iCt , b , iCt , h , i C w 0 - 1. 71 0-1. 82 3. 50 - 1. 670- 0. 57000 3. 80 - 1. 52 注 ①不计列车运行噪声的速度修正、大气吸收影响和列车运行 的频率计权修正, 即 C t , v ,i 0, Ct,a ,i0, Cw 0; 并假定预测 点与线路间无声屏障和建筑群; ②线路与轨道结构对噪声修 正 C t, t 无缝线路 0, 有缝线路 旅客列车 3. 5, 货车 3. 8; ③列车 车厢长度取 货车 15 m /节, 双层集装箱列车 18 m /节, 旅客列 车25 m/节, 由此噪声几何发散损失 C t,d ,i 单节车厢 为 货 车 1. 71, 双层集装箱列车 1. 67, 旅客列车 1. 52。 表 2 噪声修正项 C f , i各参数的取值 d B fC f , θ , i C f,d ,i C f,a , i C f,g , i C f , b , i C f , h , i C w 125- 16. 1 250-3. 47- 8. 6 500-1. 93- 3. 2 1 000-7. 0300- 2. 64000 2 000 -10. 411. 2 4 000 -15. 981. 0 8 000 -18. 08- 1. 1 注 指向性修正 C f , θ , i 按 θ 90计; 不计固定声源大气吸收, 假定 预测点与线路间无声屏障和建筑群 C f , a ,i0, Cf , b , i0, C f , h , i0 3 预测结果与分析 [ 2] 在对单位时间铁路最大可通行列车车厢编组数 量问题的讨论中 ,以 G B12525 - 90中规定的铁路边 界噪声 70 d B 为限值条件 [ 1] 、最大可允许累计通过的 列车车厢数量及最大允许的鸣笛累计时间为目标值 。 为便于讨论 ,先只考虑单一因素 即单独列车噪 声或单独鸣笛噪声 的影响, 并以单节车厢或单位时 间鸣笛造成的声压级为基数,进行相关的计算 。计算 假定运行条件相同的情况下,各单节车厢或单位时间 鸣笛在铁路边界处所产生的声压级均为恒定值 ,即公 式 1 中的 L p 0, t, iLp 0, t, Ct , i Ct, Lp 0, f , iLp 0, f, Cf , i Cf。由此公式 1 可进行如下简化 1 仅考虑列车噪声时 L A e q , p10 l g 1 T∑ i n ite q , i10 0. 1 L p 0, t , i Ct , i L A e q , p10 l g∑ n tte q T L p 0, tCt 1′ 2 仅考虑鸣笛噪声时 L A e q , p10 l g 1 T∑i t f, i10 0. 1 L p 0, f, i Cf , i L A e q , p10 l g∑ n ftf T L p 0, fCf 1″ 107 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 只考虑单一影响因素条件下 ,可见铁路边界噪声 值与单位时间内累计通过的列车车厢数量或累计的 鸣笛时间之间,是一种明显的指数函数关系。 依据公式 1′ 与公式 1″ , 采用表 1、表 2所确 定的参数,预测并绘制的累计通行列车车厢数量及累 计鸣笛时间与铁路边界噪声贡献值关系的曲线图, 部 分曲线见图 1a ～图 1e 、 图 2。 1无缝轨道 限速 40 k m h - 1 ; 2无缝轨道 限速 60 k m h- 1 ; 3无缝轨道 限速 80 k m h - 1 ; 4有缝轨道 限速 40 k m h- 1 ; 5有缝轨道 限速 60 k m h - 1 ; 6有缝轨道 限速 80 k m h- 1 a 普通货车 1无缝轨道 限速 60 k m h - 1 ; 2无缝轨道 限速 80 k m h- 1 ; 3 有缝轨道 限速 60 k m h - 1 ; 4 无缝轨道 限速 120 k m h- 1 ; 5有缝轨道 限速 80 k m h - 1 ; 6有缝轨道 限速 120 k m h- 1 b 新型货车 1无缝轨道 限速 60 k m h- 1 ; 2无缝轨道 限速 80 k m h - 1 ; 3 有缝轨道 限速 60 k m h - 1 ; 4 无缝轨道 限速 120 k m h- 1 ; 5有缝轨道 限速 80 k m h - 1 ; 6有缝轨道 限速 120 k m h- 1 c 双层集装箱列车 1无缝轨道 限速 60 k m h - 1 ; 2无缝轨道 限速 80 k m h- 1 ; 3有缝轨道 限速 60 k m h - 1 ; 4有缝轨道 限速 80 k m h- 1 ; 5无缝轨道 限速 120 k m h - 1 ; 6无缝轨道 限速 160 k m h- 1 ; 7 有缝轨道 限速 120 k m h - 1 ; 8有缝轨道 限速 160 k m h- 1 d 旅客列车 1有碴道床 限速 160 k m h - 1 ; 2有碴道床 限速 220 k m h- 1 ; 3无碴道床 限速 160 k m h - 1 ; 4无碴道床 限速 220 k m h- 1 ; 5有碴道床 限速 260 k m h - 1 ; 6有碴道床 限速 320 k m h- 1 ; 7无碴道床 限速 260 k m h - 1 ; 8 无碴道床 限速 320 k m h- 1 e 客车专线动车组 图 1 单位时间累计通行列车车厢数量 与铁路边界噪声贡献值的相关关系 图 2 单位时间累计鸣笛时间 与铁路边界噪声贡献值的相关关系 由图 1、图 2分析可知 , 每条变化曲线均存在着 两个特殊的临界点 Mi和 Ni, 其中 Mi点是反映铁路 边界噪声随累计通行列车车厢节数 或累计鸣笛时 间 增幅变化的一个关键值点 在曲线不大于点 Mi 时 ,铁路边界噪声值随累计通过列车车厢节数 或累 计鸣笛时间 的递增变化明显, 单位车厢 或鸣笛时 间 引起的边界噪声增幅均在 0. 3 d B 以上; 而超过 Mi 点后, 铁路边界噪声值随累计通过列车车厢节数 或 累计鸣笛时间 的递增变化逐渐趋缓 。而 Ni点则是 确保铁路边界噪声值达标的临界点 只有曲线不超过 108 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 Ni点铁路的边界噪声值才能满足 G B 12525 - 90规定 的 70 d B 限值要求。 Ni值是保证铁路边界噪声值达 标 ,所允许累计通行的列车车厢数量 或累计鸣笛时 间 的上限值 。具体每条曲线对应的 Mi、Ni取值见 表 3、 表 4。 表 3 普通货车 / 新型货车 /双层集装箱列车 / 旅客列车 单位时间最大可通过的列车车厢数量与鸣笛时间 项目 车速 / k m h - 1 30405060708090100110120130140150160 鸣笛 Mi 171717171717171717171717171717 Ni k i 10- 4 无 缝 轨 道 有 缝 轨 道 无 缝 轨 道 有 缝 轨 道 普通货车631569504448387344 新型货车1 181894658532424374327283 双层集装箱1 3671 035762616491433378328 旅客列车1 6021 3601 124909724569443384330283240204 普通货车263237210186161143107 新型货车492372274222176156136118 双层集装箱570431317257204180157136 旅客列车71560750240632325419817114712610791 普通货车161820222629 新型货车811151924273135 双层集装箱710131620232630 旅客列车679111418232630354249 普通货车38424854627093 新型货车2027364557647485 双层集装箱1823323949566474 旅客列车1416202531395158687993110 注 ①表中 k i值为 Ni的倒数, 对于非表中列出速度的列车, ki值可按线性内插或外延法求得; ②表中数值单位 鸣笛项为 s , 其他项为节车厢; k i值无单位; ③单节车厢长度 旅客列车按25 m/节,货车按 15 m /节, 双层集装箱列车按18 m/节计算; ④有碴道床。 表 4 客运专线动车组列车单位时间最大可通过的列车车厢数量与鸣笛时间 项目 速度 / k m h - 1 160170180190200210220230240250260270280290300310320 鸣笛 Mi 171717171717171717171717171717171717 N i 有碴道床911863726683571476396329306284234217200185170140129107 无碴道床45643236334228623819816415314211710810092857064 k i 10 - 4 有碴道床111214151821253033354346505459717893 无碴道床222328293542516165708593100109118143156 注 ①表中 k i值为 Ni的倒数, 对于非表中列出速度的列车, ki值可按线性内插或外延法求得; ②表中数值单位 鸣笛项为 s , 其他项为节车厢; k i值无单位; ③单节车厢长度 按25 m/节计算。 考虑到铁路实际运营中 ,客车与货车通常是共同 行驶, 且速度也非恒定不变 。为了使表 3、表 4所得 到的数据,具有更强的适用性, 本文结合噪声的能量 属性, 假定标准允许的铁路边界噪声 70d B 限值对应 的能量值为 E70; 各行驶速度条件下每节列车车厢对 铁路边界处噪声的能量贡献值为 E70的 k i 1/Ni倍。 由此有 L A e q , p10 l g 1 T ∑ i n ite q , i10 0. 1 L p 0, t, i C t, i ∑ i t f , i10 0. 1 Lp 0, f , i Cf , i ≤ L E70 ∑ i n ite q , i10 0. 1 L p 0, t, i Ct , i ∑ i t f, i10 0. 1 L p 0, f, i C f, i ≤ T 10 0. 1 L E70 ∑ i n ite q , i10 0. 1 Lp 0, t , i Ct , i T 10 0. 1 L E70 ∑ i t f , i10 0. 1 L p 0, f, i Cf , i T 10 0. 1 LE 70 ≤ 1 109 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 ∑ i k t , i∑ i k f , i≤ 1 K≤ 1 4 L p10l gK E 70 T 5 式中 T 单位时间段对应的时间值, 单位 s , 取 T 3 600; n i 保证铁路边界噪声值达标所允许累 计通过的最大列车车厢节数或允许 的累计鸣笛时间, 取值见表 3、表 4; L E 70 标准允许的铁路边界噪声限值, 即 70 d B ; k i 单节车厢 或单位鸣笛时间 对铁路 边界处的噪声贡献系数, 为 n i的倒 数 ,取值可见表 3、 表 4; 对表中未直接 列出的 k i可按照线性内插或外延的 方法计算得到 ; K 铁路边界噪声达标系数 ,当 K ≤1时, 铁路边界噪声值达标 ; K1时 , 则铁 路边界噪声值超标 ; L p 实际列车通过所造成的铁路边界噪 声贡献值, d B ; E70 标准允许的铁路边界噪声70 d B 限值, 对应的能量值 , E70 T 10 0. 1L E70 3. 6 10 10 。 通过公式 4 与公式 5 , 可方便计算出列车通 过时, 对铁路边界实际的噪声贡献值 ; 同时也可简单 判断铁路边界噪声的达标情况 。 另外, 如果线路与铁路边界间 30m 宽的带状范 围内 存在绿化带或建筑 一般仅为独立或成排的建 筑 ,而构不成建筑群 等, 密集林带对宽带噪声曲型 的附加衰减量,一般可按每 10 m为 1 ～ 2 d B 计算, 最 大不超过 10 d B [ 2] 对应公式 4 中按每 10 m , k i 0. 0143 ～ 0. 0286, 最大不超过 0. 1429 ; 建筑及其他 障碍物对铁路边界噪声的衰减量, 一般在 4 ～ 12 d B 对应公式 4 中 k i 0. 0571 ～ 0. 1714 [ 3] 。 4 结果验证 为验证上述分析结果的准确性, 本文还对京秦沈 铁路线路大虎山地区某时段列车通过时的噪声进行 了验证性的现场监测 。监测地段线路与铁路边界间 地形相对开阔, 无建筑物或较高植被 ,路段轨道类型 为无缝轨道; 监测时间白天,持续时间1 h ,共计通过列 车 9列,其中货车 7列,客车 2列。具体通行列车数据 参数及列车通过时的噪声预测值、 监测值对照见表 5。 表 5 京秦沈铁路大虎山地区噪声监测与预测结果 列车通行参数噪声预测值 30 m 处 客 /货编组 /节车厢通行时间 /s 通行速度 / k m h - 1 鸣笛次数 持续时间 /s k i值 K 值 L p值 /d B 监测值 30 m处 / d B 货车447531. 70. 00160. 0704 货车5914522. 00. 00120. 0708 鸣笛110. 00930. 0093 客车20181000. 00180. 0360 货车5111523. 90. 00130. 0663 鸣笛110. 00930. 0093 货车498033. 10. 00170. 0833 鸣笛220. 00930. 0186 货车5312822. 40. 00130. 068968. 568. 3 鸣笛260. 00930. 0558 货车181660. 80. 00220. 0396 鸣笛220. 00930. 0186 货车547936. 90. 00170. 0918 鸣笛260. 00930. 0558 客车721300. 00040. 0028 鸣笛220. 00930. 0186 ∑180. 7159 由表 5可知, 30 m 处的预测值为68. 5 d B , 较现场 实测值 68. 3 d B ,仅相差0. 2 d B ,符合性较好 。 5 结论 根据本文对铁道线路单位时间累计最大可通行 列车车厢数量问题的研究 ,得出以下结论 1 单位时间内铁路边界的噪声值与累计通行列 车的车厢节数及累计鸣笛时间呈正相关性。在单位 时间内累计通行 列车车厢 数量 或累计 鸣笛时 间 ≤17节车厢或 17 s 时, 铁路每累计增加一节车厢 或 1 s鸣笛时间 ,铁路边界噪声值增大明显, 增幅在 110 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 0. 3 d B 以上; 而单位时间内累计通行列车车厢数量 或累计鸣笛时间 17节车厢 或 17 s 时, 铁路每 累计增加一节车厢 或 1 s 鸣笛时间 , 铁路边界噪声 值增幅均小于0. 3 d B ,噪声增大不明显 。 2 根据 G B12525 - 90规定 铁路边界噪声限值 为 70 d B 。 为使铁路边界噪声值满足此限值, 需严格控 制单位时间内累计通过线路的列车车厢数量及累计 鸣笛时间。其中对于速度为 160 k m/h 的客车, 单位 时间内累计通行的列车车厢数量应控制在 无缝轨道 204节 、 有缝轨道 91节以下 ; 速度为 220 k m/h 的客运 专线动车组列车 ,单位时间内累计通行的列车车厢数 量应控制在 有碴道床 396节、 无碴道床 198节以下。 3 密集林带对列车宽带噪声曲型的附加衰减 量 ,一般每10 m 为 1 ～ 2 d B , 最大不超过 10 d B [ 2] ; 建 筑物对铁路边界噪声的衰减量 ,一般在 4 ～12 d B [ 3] 。 4 通过与京沈秦铁路大虎山地区铁路的噪声监 测数据对照 ,所得结论与现场实测数据具有良好的符 合性, 在一定程度上反映铁路噪声对周边环境的 影响。 参考文献 [ 1] H J /T 2. 4-1995环境影响评价技术导则 - 声环境[ S ] . 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