輕軌橋架聲屏障優(yōu)化設(shè)計研究

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1、輕軌橋架聲屏障優(yōu)化設(shè)計研究【摘　要】　隨著城市輕軌建設(shè)的發(fā)展,交通噪聲污染逐漸引起人們重視。在輕軌橋架兩側(cè)設(shè)置聲屏障是控制軌道噪聲的重要措施之一。聲屏障的高昂成本往往是由不合理的設(shè)計參數(shù)造成的,通過對目前聲屏障設(shè)計方法進行分析,提出了輕軌橋架聲屏障優(yōu)化設(shè)計方法。該方法以聲屏障建造成本為目標(biāo)函數(shù),以降噪要求為聲學(xué)約束,綜合考慮設(shè)置位置、高度和長度等設(shè)計變量的影響;由列車噪聲1/3倍頻程頻譜計算插入損失,提高了優(yōu)化過程中插入損失的計算精度。該優(yōu)化設(shè)計法與目前設(shè)計方法對比,驗證了聲屏障優(yōu)化設(shè)計在改善降噪性能和經(jīng)濟性能方面的優(yōu)越性。

2、討論了設(shè)計參數(shù)對成本和降噪性能的影響,并且對軌邊矮墻的降噪性能進行了分析,所獲的結(jié)論對聲屏障和軌邊矮墻設(shè)計參數(shù)與形狀的選擇具有指導(dǎo)意義。【關(guān)鍵詞】　輕軌交通;降噪;優(yōu)化;聲屏障;軌邊矮墻1引　言城市輕軌交通線路穿越市區(qū),鄰近居住、文教及工商業(yè)混雜區(qū)等噪聲敏感區(qū)域的情況比較普遍,特別是高架線路噪聲影響區(qū)域大,對沿線人們的工作、生活構(gòu)成嚴(yán)重危害[1]。由于軌道結(jié)構(gòu)隔振技術(shù)有效地降低或避免了結(jié)構(gòu)的“二次噪聲”,輪軌噪聲在輕軌交通噪聲中起主導(dǎo)作用,在平坦道路行駛,當(dāng)行駛速度達80ｋｍ/ｈ時,距離軌道10ｍ處的噪聲為80～90ｄＢＡ,

3、設(shè)置聲屏障減弱輪軌噪聲干擾是目前有效的降噪措施。筆者針對目前聲屏障經(jīng)濟性差(即聲屏障成本昂貴)、設(shè)計參數(shù)不合理、插入損失計算精度低以及不適合優(yōu)化計算等問題,按照列車噪聲頻譜計算總的插入損失;綜合考慮聲屏障設(shè)置的位置、幾何尺寸和經(jīng)濟性等多種因素,以研究經(jīng)濟適用型聲屏障為目的,提出了聲屏障優(yōu)化設(shè)計方法,并且對軌邊矮墻的降噪性能及經(jīng)濟性進行了研究和分析。聲屏障聲學(xué)設(shè)計聲屏障插入損失的計算計算聲屏障插入損失常采用“無限長聲屏障對無限長線聲源“的計算方法[2],即　等效聲級的計算因為輕軌交通系統(tǒng)列車運行速度、長度和輻射噪聲級比較接近,

4、輕軌交通系統(tǒng)營運時間主要集中在晝間(6:00～22:00)時,行車一般以一小時為單位計劃,即測量時間取3600ｓ,則有:Ｌｅｑ=10ｌｇ(ＮＴｐ×Ｌｐ/3600+10ＬＢ)(5)式中,Ｔｐ———列車通過受聲點的平均時間,ｓ;Ｎ———測量時間內(nèi)通過的列車數(shù);ＬＢ———環(huán)境本底噪音,ｄＢＡ。聲屏障設(shè)置位置與尺寸設(shè)計聲屏障設(shè)置位置聲屏障設(shè)置在橋架護欄處,由高架橋建筑限界[3],直立式聲屏障,ｌ1=ｍ;寬頂式聲屏障,ｍ≤ｌ1≤ｍ;若采用軌邊矮墻,ｌ1≥ｍ?！÷暺琳细叨仍O(shè)計由于建筑限界、觀察、橋梁承重、環(huán)境協(xié)調(diào)等因素制約,高架軌道聲屏

5、障高度不宜超過軌頂～ｍ,列車聲源高度在軌頂以上ｍ[4],則有效高度ｈ≤ｍ;軌邊矮墻的高度略高于車輪,輕軌輪徑一般小于ｍ,因此,取有效高度ｈ≤ｍ。同時考慮乘客的視覺舒適性要求和不應(yīng)使其產(chǎn)生環(huán)繞感,即(ｈ-ｈ′)/ｈ≤ｔａｎα(6)ｌ1/ｈ≥0.(7)式中,ｈ′———乘客眼睛相對聲源的高度,距軌頂2ｍ;α———允許的視線仰角,α≤45°時,可減少乘客視覺疲勞?！÷暺琳祥L度設(shè)計聲屏障的長度原則上應(yīng)使列車噪聲繞過聲屏障兩端產(chǎn)生的損失大于繞射聲屏障頂端的損失10ｄＢＡ以上。聲屏障的端部長度ｌ′為[5]聲屏障優(yōu)化設(shè)計分析設(shè)計變量的選?。?/p>

6、=[ｘ1,ｘ2,ｘ3]=[ｌ1,ｈ,ｌ](10)　目標(biāo)函數(shù)的確定聲屏障成本往往成為設(shè)計成功與否的決定性因素。因此,應(yīng)以建設(shè)成本為目標(biāo),盡量降低成本。聲屏障的建設(shè)費用通常按照聲屏障的面積和長度進行估算,材料費用占聲屏障建設(shè)費用的45%,與長度相應(yīng)的基礎(chǔ)建設(shè)、排水等大約占35%[6]。由于道床不同軌頂距橋面的高度也不同,同時橋上人行道的高度也與聲屏障建筑高度有關(guān)。因此,取聲屏障建筑高度等于有效高度加上聲源距軌頂高度。寬頂式聲屏障以常用的倒Ｌ形為例,綜上所述,取式(11)、式(12)為目標(biāo)函數(shù),盡可能降低成本。直立式、寬頂式聲屏障

7、的目標(biāo)函數(shù)為Ｆ(Ｘ)=(ｘ2++ｘ1)×ｘ3+ｘ(11)　　軌邊矮墻的目標(biāo)函數(shù)為Ｆ(Ｘ)=(ｘ2+)×ｘ3+ｘ(12)　約束條件4..1　降噪指標(biāo)約束條件聲屏障降噪指標(biāo)應(yīng)符合《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》(ＧＢ12525—1990)和《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(ＧＢ3096—1993)相應(yīng)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。即ｇ(Ｘ)=Ｌｅｑ≤[Ｌｅｑ](13)式中,[Ｌｅｑ]———晝間等效聲級允許值,ｄＢＡ。4..2　其他約束條件主要包括聲屏障和軌邊矮墻的設(shè)計變量約束、不產(chǎn)生環(huán)繞感和視覺舒適性約束。算　例圖2是輕軌列車噪聲的頻譜圖[7]。圖中折線

8、表示列車70ｋｍ/ｈ時,距軌道3ｍ,高出軌頂ｍ處的頻譜;受聲點取為距軌道30ｍ處,有效高度ｍ。聲波衰減按照線聲源的衰減規(guī)律進行計算。橋架聲屏障距聲源很近,反射對乘客和降噪影響較大,軌邊矮墻及聲屏障均為吸聲型。.1　算例1以受聲區(qū)域是居民區(qū)為例,其環(huán)境噪聲應(yīng)符合《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類區(qū)