北京城市鐵路噪聲環境影響現狀和控制對策
摘要：本文結合北京市城市快速軌道交通工程——西直門至東直門城市鐵路的工程特點及沿線環境特征，給出該線路兩側的噪聲環境影響現狀及主要減振降噪措施的效果，同時提出了需進一步研究的工作重點，為將來的城市軌道交通建設工程提供參考依據。1． 前言
北京市城市快速軌道交通工程——西直門至東直門城市鐵路（以下簡稱北京城市鐵路），始于西直門站，沿線經中關村高科技園及上地信息產業基地，回龍觀、北苑、望京等新建居民小區，止于東直門站，全線總長度40.5km。是北京市第一個地面高架線路的城市快速軌道交通工程。本文將結合北京城市鐵路的工程特點及沿線環境特征，給出該線路兩側的噪聲環境影響現狀，主要減振降噪措施的效果，同時提出需進一步研究的工作重點，為將來的城市軌道交通建設工程提供參考依據。
2． 城市鐵路工程結構特點
北京城市鐵路為全封閉的雙線線路，構成北京北部呈倒“U”字型的城市快速軌道交通線。線路全長40.5km，其中地下線約占線路總長度的4%；高架線約占線路總長度的16%；大部分為地面線約占線路總長度的80%。地下區間隧道結構為平頂直墻雙洞結構，隧道內采用混凝土短軌枕整體道床軌道結構，扣件采用DTVI2型扣件；地面線路采用混凝土枕碎石道床軌道結構，DT-Ⅵ3型扣件；地面路堤線路采用混凝土長軌枕碎石道床，DT-Ⅶ2型扣件；高架線路橋梁結構采用預應力混凝土箱形梁，高度8~10m，軌道結構采用混凝土短軌枕整體道床，DT-Ⅶ2型扣件。全線正線采用國產60kg/m高強度耐磨鋼軌、9號單開道岔。車輛采用VVVF交流電機傳動方式，車輛尺寸為長19m、寬2.8m、高3.7m，站間平均運行速度50km/h，初期列車編組3輛。
3． 沿線環境特征
該線路自西向東分別經過市中心區西北部、清河（回龍觀）邊緣集團、北苑邊緣集團、望京邊緣集團及市中心東北部等五大區域。其中中心區西北部地區以科研、文教、居住、商業、倉儲用地為主；清河（回龍觀）邊緣集團以居住、工業用地為主；北苑邊緣集團除部分居住區外，大部分為村莊和農田，將來為舊城改造提供拆遷安置用地；望京邊緣集團具有副都市性質的綜合性新區，規劃為居住新區、工業開發區和物流中心；市中心東北部地區以科研、文教、居住、物資儲運批發及公交樞紐等用地為主；上述五大區域現狀人口共計98.8萬人，規劃約增至210萬人；居住建筑面積現狀為2096萬m2，規劃將為5579萬m2。沿線大部分敏感建筑物為中高層結構，距離線路30m以外，即有敏感建筑約占沿線用地的15~30%，尚有30%以上的區域有待開發利用。
4． 沿線噪聲環境影響現狀
為了解北京城市鐵路投入運營后，實際噪聲環境影響狀況如何？表1給出了該線在正線區間區段，3種典型線路條件下，距離線路中心線7.5m，高于軌面1.5m處測點，列車通過時段最大聲級、等效聲級和聲暴露級的實測結果。對于3m高的一般路堤地面線路，列車通過最大聲級可達85~89 dBA； 5m高的高路堤線路，列車通過最大聲級為90~93 dBA；8m高的高架橋線路，列車通過最大聲級高達92~94 dBA；該實測結果高于該線環評中噪聲預測時所采用的聲源強度3~11 dBA。由此引發了城市鐵路投入運營后，不同線路區段的實際環境噪聲影響程度普遍高于原預測結果。對于近場 (d≤10m)，預測點晝間等效聲級預測誤差值基本在3dBA范圍內；但對于d＞10m外的區域，其預測點等效聲級預測結果與實際情況誤差高于3dBA，見表2~3。
表3給出了沿線各主要敏感點的預測值與實際值比較一覽表。在12個測點中，50%的測點預測誤差在±3dBA范圍內；20%的測點預測誤差在±6dBA范圍內；30%的測點預測誤差在6dBA以上。表中數據還表明：初期距離城市鐵路兩側50m范圍內有集中敏感建筑區段，若未采取任何噪聲防護措施，以現有的技術條件，晝間噪聲均將超過GB3096-93“城市區域環境噪聲標準”中的2類區標準限值要求(≤60 dBA)；而遠期距離城市鐵路兩側60m范圍內的地面路堤線路區段，若未采取任何噪聲防護措施，晝間噪聲均將超過城市區域環境噪聲標準中的2類區標準限值要求(≤60 dBA)；高架橋區段的影響范圍內將擴大至100m。當采取聲屏障降噪工程措施后，在目前車流量下，其晝間的等效聲級為47~64dBA，大部分測點能滿足2類區的限值要求，約40%的測點達到1類區晝間標準(≤55 dBA)的限值要求。采取聲屏障降噪工程措施后各主要敏感點的實測值與預測值，除個別點外，大部分測點的誤差在5dBA范圍內。
圖1給出了城鐵列車運行通過高路堤和高架橋線路時，在距離線路中心線7.5m，高于軌面1.5m處測點所測得的城鐵噪聲頻譜特性。圖中結果表明：對于高架橋線路，列車通過聲級在低頻段(f=31.5~63Hz)，噪聲高于高路堤線路10~12dB，中頻段(f=125~1000Hz)，高于高路堤線路3~5dB，高頻段（f＞1000Hz）兩者差別不大；而列車通過時總的最大A聲級和等效A聲級高架橋線路高于高路堤線路約3~4dBA。該結果表明橋梁結構振動引起的二次結構噪聲不容忽視。建議今后在城市軌道交通高架橋線路設計中，考慮橋梁結構的減振阻尼措施。
表1 城市鐵路運營后不同線路條件列車實際噪聲水平 (dBA)
表3 北京城市鐵路沿線敏感點晝間噪聲預測值與實際值（無屏障）比較（Leq(dBA)）
北京城市鐵路在設計施工中，在特殊敏感地段已采取了聲屏障、金屬彈簧減振器等減振降噪措施，其實際效果見表4~5。本線路共修建聲屏障總長度約為7km，占全線線路總長度的17.6%，聲屏障形式包括全封閉式、半封閉式和普通直立式三種，半封閉式高度一般為5.5~6.5 m ，直立式高度一般為2~3.5m；聲屏障材料主要采用：鍍鋅鋼板+離心玻璃棉板+ 鍍鋅穿孔鋼板+耐力隔聲板及陶粒吸聲板+FC水泥隔聲板兩大類。其中橋梁聲屏障約占57% ，大部分測點降噪效果在8.3~9.6dBA間；路堤式聲屏障約占43% ，大部分測點降噪效果在7.6~10.9dBA間；對于全封閉式路堤聲屏障，降噪效果可達27.8dBA。
對于同為6.5m高的半封閉式聲屏障，設置在高架橋上時，距離線路10m處的聲影區內測點，列車通過最大聲級為72~77dBA；而設置在高路堤的聲屏障，距離線路10m處的聲影區內測點，列車通過最大聲級僅為69~71dBA，效果優于高架橋上所設置的聲屏障效果3~6dBA。對于同為2~3m高的直立式聲屏障，設置在高架橋上時，距離線路30m處的聲影區內測點，列車通過最大聲級為77~82dBA；而設置在高路堤的聲屏障，距離線路30m處的聲影區內測點，列車通過最大聲級僅為71~75dBA，效果優于高架橋上所設置的聲屏障效果6~7dBA。上述結果表明：無論是半封閉式聲屏障或直立式聲屏障，路堤上設置的效果都優于設置在橋梁上，去除高架橋本身結構噪聲影響，高架橋聲屏障的二次結構輻射噪聲影響在3~4dBA間。該結果提示橋梁聲屏障在設計施工中，隔聲材料必須有足夠的強度和面密度，否則易成為振動輻射面板引發二次結構噪聲。聲屏障與橋梁間需采用彈性連接。
城鐵運營后的振動實測結果表明，鋼彈簧浮置板道床對于西直門指揮中心高架橋梁區段，在橋梁墩頂測點，可降低Z計權振動值19dB；對于東直門地下隧道區段，在隧道壁測點，可降低Z計權振動值16dB。并使得位于城市鐵路線路上方的敏感建筑物內，基本可達到GB10070-88《城市區域環境振動標準》中的交通干線區域限值要求。
表5 鋼彈簧浮置板道床減振效果 VLz(dB)
（1） 城鐵運營后的實測結果表明：在距離軌道中心線7.5m，高于軌面1.5m處測點，對于3m高的一般路堤地面線路，列車通過最大聲級為85~89 dBA；5m高的高路堤線路，列車通過最大聲級為90~93 dBA；8m高的高架橋線路，列車通過最大聲級高達92~94 dBA；高于環境影響評價中所采用的聲源強度約3~11 dBA；建議在今后的環境影響評價工作中，對于地面及高架線路的聲源強度選擇應予以高度的重視，避免再出現誤差過大的結果。管理部門應盡快制定城市軌道交通列車運行輻射噪聲標準限值，統一測量規范。
（2） 城市鐵路投入運營后，不同線路區段的實際環境噪聲影響程度普遍高于環境影響評價中的預測結果。對于近場 (d≤10m)，晝間等效聲級預測誤差值基本能在3dBA范圍內；但對于d＞10m外的區域，其等效聲級預測結果與實際情況誤差高于3dBA，該結果提示環評工作者在選取噪聲預測模式及作出預測評價時，應持認真慎重的工作態度。同時在城市軌道交通環境影響評價規范出臺后，統一預測計算方法。
（3） 城市鐵路列車通過高架橋線路時，其環境噪聲在低頻段(f=31.5~63Hz)，高于高路堤線路10~12dB，中頻段(f=125~1000Hz)，高于3~5dB，高頻段（f＞1000Hz）兩者差別不大；其總的最大A聲級和等效A聲級均高于高路堤線路約3~4dBA。該結果表明城市鐵路橋梁結構振動引起的二次結構噪聲不容忽視。建議今后在城市軌道交通高架橋線路設計中，考慮橋梁結構的減振阻尼措施。
（4） 城市鐵路共修建了約7km長的聲屏障，占全線線路總長度的17.6%。聲屏障形式包括全封閉式、半封閉式和普通直立式三種，半封閉式高度一般為5.5~6.5 m，直立式高度一般為2~3.5m；聲影區內測點降噪效果約為8~11dBA。無論是半封閉式聲屏障或直立式聲屏障，路堤上設置的效果都優于設置在橋梁上，高架橋聲屏障的二次結構輻射噪聲影響約在3~4dBA間。該結果提示橋梁聲屏障在設計施工中，隔聲材料必須有足夠的強度和面密度，否則易成為振動輻射面板引發二次結構噪聲。聲屏障與橋梁間需采用彈性連接，以減少結構振動引起的二次輻射噪聲。
（5） 該城市鐵路分別在高架和地下區段設置了鋼彈簧浮置板道床。對于高架橋梁區段，在橋梁墩頂測點，可降低Z計權振動值19dB；對于地下隧道區段，在隧道壁測點，可降低Z計權振動值16dB。并使得位于城市鐵路線路上方的敏感建筑物內，基本可達到GB10070-88《城市區域環境振動標準》中的交通干線區域限值要求。說明該項減振措施是有效的。
（6） 北京城市鐵路投入運營后，環境噪聲實際影響程度高于環境影響評價時的預測值，建議在今后的城市軌道交通工程環境影響評價、設計、施工以及環境驗收等各個環節中，都應高度重視噪聲環境影響問題，統一協調落實各相關環節，以將城市軌道交通運營對環境所產生的影響降到最低限度，促進軌道交通事業的可持續發展。
參考文獻
1． 北京市城市快速軌道交通工程——西直門至東直門城市鐵路環境影響報告書，北京市環境保護科學研究院，1999年
2． 北京市城市軌道交通噪聲控制對策及示范工程階段研究工作報告，北京城市鐵路股份有限公司，2003年
3． 北京城市軌道交通十三號線振動測試報告，2003年
4． 北京城市鐵路聲屏障施工監理實施細則
