（道路与铁道工程专业论文）北京城市铁路西直门至东直门段噪声预测分析研究.pdf

、 北方交通大学硕士学位论文 摘要 3 9 3 5 7 f 随着经济的发展，人口的增多，机动车急剧增长和城市布局 的变化，北京的交通问题日益突出。根据国内和国外经验，发展 城市铁路就成为解决这一问题的很好出路，而且作为国家基础设 施建设的一部分，必将积极推动国民经济增长，并产生巨大的社 会和经济效益。但城市铁路在带给人们方便的同时，也不可避免 地对环境产生了负面影响，其中最主要的是噪声影响。随着人民 生活水平的提高，城市铁路噪声问题解决的好坏，势必影响北京 城市铁路的长远发展，而解决噪声问题的前提是做好噪声预测分 顿。卜? 一 本文在仔细研究国内外城铁噪声发展与研究成果后，分析了 城市堡照嗟直自勺妻纳固零和妻兰撂固，并提出了适合北京西直门 至东直门段城市铁路噪声预测的数学模型、修正参数和声线传播 图等。并通过实地勘测与调查研究，在满足实际需要的基础上， 利用m a t l a b 软件开发研制了北京市城市铁路噪声预测研究系统。 本文还对北京城市铁路噪声控制提出了具体措施和建议。 本文对! 曼卢预翘4 系缜的具体实现，按模块进行了论述，并结 合具体实例对西直门至东直门段城市铁路噪声进行了预测和分 析。 、 关键词，轻轨噪声城市铁预测等效声级 噪声级声程差声屏障 等值线衰减 t t ! ! 查奎望查堂堡主堂垡鲨塞 a b s t r a c t v i t ht h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h er i s e o fp o p u l a t i o n ，t h e i n c r e a s eo fm o t o r c y c l e ，a n dt h ec h a n g eo fu r b a nl a y o u t ，t h et r a f f i c p r o b l e mi nb e i ji n gi sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t a c c o r d i n gt o n a t i o n a la n da b r o a de x p e r i e n c e s ，t h ed e v e l o p m e n to fu r b a nr a i1 w a y i so n eo fb e s tw a y st ot h ep r o b l e m ，a n da so n ep a r to fn a t i o n a l f u n d a m e n t a lf a c i i i t yc o n s t r u c t i o n 。i tw i l lp r o m o t et h ei n c r e a s eo f n a t i o n a le c o n o m ya n dp r o d u c eh u g es o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t b u t b e s i d e st h ec o n v e n i e n c ei tg i v e st op e o p l e ，i ta l s ob r i n g si n e v i t a b l y n e g a t i r ei n f l u e n c eo ne n v i r o n m e n tm e a n t i m e t h em o s ti m p o r t a n to n e c o m e sf r o mn o i s e w i t ht h ei n c r e a s eo ft h es t a n d a r do fp e o p l e s1 i v i n g t h es u c c e s so rf a i l u r et os o l v et h ep r o b l e mo fn o i s ei n f l u e n c ew i l l a f f e c tt h el o n g - r a n g ed e v e l o p m e n to fu r b a nr a i l w a yi nb e i j i n g ，a n d t h ep r e c o n d i t i o ni st h es u c c e s so fa n a l y s i n go fn o i s ep r e d i c t i o n a f t e rt h ec a r e f u ls t u d yo fn a t i o n a la n da b r o a dd e v e l o p m e n ta n d r e s e a r c ho fu r b a nr a i l w a yn o i s e ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ei n f l u e n t i a l e l a m e n t sa n dr e a s o n s ，p u t sf o r w a r dm a t h e m a t i c a lm o d e l ，a m e n d m e n t p a r a m e t e r sa n dg r a p ho fv o i c et r a n s m i s s i o n t h r o u g ho n t h e s p o t r e c o n n a i s s a n c ea n di n v e s t i g a t i v er e s e a r c h ，o nt h eb a s i so fs a t i s f i n g p r a c t i c a ln e e d ，i th a sd e v e l o p e dar e s e a r c hs y s t e mo fp r e d i c t i o no f u r b a nr a i l w a yn o i s ei nb e i j i n gu s i n gm a t l a bs o f t w a r e t h ep a p e ra l s o p u tf o r t hc o n c r e t em e a s u r e sa n ds u g g e s t i o n st ot h ec o n t r o lo ft h e n o i s e t h ep a p e rd i s c u s s e st h er e a l i z a t i o no fn o i s ep r e d i c t i o ns y s t e m a c c o r d i n gt om o d u l e ，a n dc a r r i e so u tp r e d i c t i o na n da n a l y s i st ot h e u r b a nr a i i w a yn o i s ef r o mx i z h i m e nt o d o n g z h i m e nu s i n gp r a c t i c a l e x a m p l e s k e y w o r d s ：l i g h tr a i l w a yn o i s e p r e d i c t i o n n o i s el e v e l i s o l i n e v o i c ed i s t a n c ed i f f e r e n c e 2 u r b a nr a i i w a y a t t e n u a t i o n v o i c eb a r r i e r e q u i v a l e n ts o u n dl e v e l j r 北方交通大学颂l ：学位论文 第一章引言 1 1 轻轨交通发展概况 轻轨交通是城市公共交通客运方式的一种，是在有轨电车的 基础上发展起来的一种可在地下或在高架道上运行的现代化程度 很高的客运系统。目前，世界拥有城市轨道客运交通系统的3 2 0 个城市中，拥有地铁的城市占5 ，拥有地铁和轻轨的城市占 1 l ，拥有轻轨和有轨电车的城市占8 4 ，在轻轨交通中，前苏 联占2 5 ，东、西欧各占1 5 ，其余分布在美、日、奥、加等国。 由于轻轨交通所具有保护环境、节约能源、造价低廉、线路 占地少、运量大、时间准和方便快速等优点，现在，也已受到第 三世界国家的高度重视，并正在积极努力发展轻轨交通。而且随 着经济建设的迅速发展和城市人口的日益增多，使得轻轨铁路必 将具有广阔的发展前景，并为解决城市交通问题提供一条很好的 出路。 根据我国城市的发展规划，我国应有轻轨交通线路约3 0 0 条，线路总长约4 5 0 0 公里。预计到2 0 1 0 年，我国将建成轻轨线 路约4 5 0 公里；到2 0 2 0 年，我国将建成轻轨线路约9 0 0 公罩： 到2 0 5 0 年前，全国将建成约4 5 0 0 公旱的轻轨线路。预计到那时， 轨道交通完成的运量可达到城市公共交通运量的5 0 8 0 。城 市轻轨铁路与地下铁道、市郊( 城市) 铁路及其他轨道交通互联互 通，共同构成一个城市的快速轨道交通体系，乘客将会感到换乘 极为方便和自由。 同时，轻轨交通将直接带动总额相当于轻轨交通建设投资额 北方交通大学土术建筑学院高振宇第1 , j i 共8 8 贝 北方交通大学坝l 学位论义 一倍以上相关产业的发展，并带来相当于轻轨建设投资额2 倍以 上的经济效益。对国民经济增长和社会发展起到积极推动作用。 1 2 城市轻轨交通环境噪声现状及危害 ( 1 ) 轻轨交通噪声和大铁路噪声的区别 由于城市轻轨交通和大铁路在运营环境、机车车辆性能和轴 重以及编组形式、行车频率等方面的不同，其产生的噪声也有所 区别。大铁路( 区别于城市轨道交通) 的车辆轴重一般为2 1 0 k n ， 而轻轨交通车辆则轻得多，一般为1 0 0 k n 。大铁路的车辆特别是 货车的减振和悬挂系统是比较简单和粗糙的，相比之下轻轨交通 则要复杂精细得多。同时，轻轨线路全线通常铺设无缝线路，除 设有车辆段的站区外，几乎没有道俞，车轮通过接头处的冲击噪 声、振动被大大减少了。在编组形式上，城市轻轨列车一般采用 2 8 辆编组的电动车组，采用全动车或部分动车，一般运行于隧 道和高架桥上。它的噪声经历时间( 一次通过) 与大铁路相比要 短，但行车频率却比大铁路高，一般2 m i n 5 m i n 出现一次。 城市轻轨交通与大铁路相比，绝大部分运行于人口稠密的城 市地区，所以说其噪声影响也更大。 ( 2 ) 城市轻轨交通噪声的现状及危害 城市轻轨交通在带给城市和人民群众极大方便的同时，也不 可避免地给环境造成诸如噪声、振动、电磁辐射、景观以及f 照 等方面的负面影响。其中以噪声和振动影响尤为突出。大量研究 结果表明，地下铁路的环境问题主要是振动干扰而轻轨交通的坏 境影响集中反映在噪声问题上。 北方交通人学十术建筑学院扁振宇第2 贝共8 8 贝 北方交通大学硕卜学位论文 噪声不仅影响车上乘客的舒适度，影响司乘人员的健康，危 及行车安全，而且还会影响线路附近人们的工作、学习和生活， 对人体的神经、心血管、内分泌、呼吸消化等系统产生危害性影 响，长期受到噪声的干扰，会引起头昏、头疼、听力损失、神经 衰弱等病症。当噪声达到一定强度时即可引起机体损伤，出现有 害的生理和心理变化。如噪声在4 0 d b ( a ) 以上即可影响人们的生 活工作，长期接触8 0 d b ( a ) 以上噪声则可出现听觉疲劳，听力下 降，以至永久性损伤。噪声已成为一种公害，作为一种新型的、 有效解决乘车难的城市轻轨交通系统，必须解决好噪声问题，采 取各种措施来有效地控制噪声，使其低于城市噪声控制标准规定 值。 1 3 国内外铁路噪声预测研究概况 铁路交通噪声的预测，尤其列车运行噪声的预测，作为一个 独立的研究方向，是与其它相关课题紧密联系的。在这些相关课 题中，主要有运行列车轮轨噪声源的鉴别；噪声测量技术；影响 轮轨噪声源的各个因素；噪声传播途径中的众多影响因素，如地 面效应、声屏障效应、空气吸收、温度梯度以及风的作用等。这 些领域的每一研究成果都为预测方法提供了更多的理论知识、更 丰富的试验数据和新的思路。国外在这方面的文献和理论专著较 多，国内较少，尤其是城市铁路噪声预测方面更是少之又少。 国外铁路噪声研究起步较早，七十年代就丌始了深入的研 究。铁路交通噪声的问题可大致分为声源、声传播和噪声控制三 方面，噪声预测是综合前两项，并对第三项提供指导的课题。 七十年代，s p e t e r s 建立了轮轨噪声源的偶极子声学模型 北方交通大学七术建筑学院高振宇第3 负共8 8 负 北方交通大学硕士学位论文 c a t o 从理论上推导出a 声级时间历程计算公式和时削t 内等效 声级的计算公式：e j r a t h e 则深入研究了列车噪声传播过程中众 多衰减因素，如几何衰减、空气吸收、地面效应、屏障影晌干1 i 向指向性的模拟声源对噪声传播的影响等，并给出了计算声传播 的计算机模式；l g k u r z w e i l 则给出了关于列车辐射噪声的计算 公式，并运用偶极子模型，针对地面吸收问题作了细致的讨论。 到了8 0 年代，随着铁路的高速、重载发展，铁路环境噪声 更广泛地受到社会和公众的关注，西方工业发达国家对铁路噪声 问题更加重视，研究也更加深入。计算机的应用使得噪声预测有 了新的发展。法国的p a r e n td ec u r z o n 为法国国家铁路丌发 了计算机预测软件“s e t r a f e r ”，能针对不同的环境和线路进 行预测，该软件将列车轮轨噪声视为一系列点声源，考虑点声源 的水平指向性和垂直指向性，同时考虑各种不同声传播途径，对 等效声级以及声屏障等降噪效果进行计算预估。荷兰、挪威和德 国等国家也都制定了自己的预报计划。 国内对轮轨噪声的研究已经进行了一些工作，但对普通客货 列车和城市铁路列车的研究较少，主要是试验数据量不够全面， 如不同速度，不同钢轨等情况下大量统计试验数据的缺乏，轮轨 噪声的频谱特性和频带声压级的变化规律，轮轨噪声源的几何位 置、声源强度，地面吸收和建筑群对轮轨噪声传播的影响等，所 以要进行准确的预测，并建立计算机噪声预测模型，还需要做夫 量的研究工作。 北方交通人学十术建筑学院晤振宇 北方交通大学硕：卜学位论文 第二章北京西直门至东直门城市铁路概况 2 1 西直门至东直门城市铁路( 以下简称西东直城铁) 规划 图2 1 西东直城铁地理位置 北方交通大学土木建筑学院高振宇 第5 页共8 8 页 北方交通大学颤l 学位论文 北京已于2 0 0 0 年5 月开始修建一条长4 0 5 公里的轻轨铁路， 计划于2 0 0 5 年全部建成。投资约1 0 0 亿元人民币，从西直门站 出发，向北环绕最后到达东直门终点站的城市铁路，共设1 6 个 车站( 如图2 2 所示) ，即西直门站、大钟寺站、知春路站、五 道口站、上地站、西二旗站，穿过中关村高技术园区，然后向东 经回龙观西站、黄土店站、回龙观东站、立水桥站、北苑站，再 向南经望京西站、太阳宫站、和平里站、煤厂站、至东直门站。 全程4 0 5 公里，其中地下线l8 公里、高架线65 公旱、地面线 3 22 公里，全程运行5 5 分钟。分期建设，一期工程为西直门至 回龙观，二期工程为回龙观至东直门。如图2 1 所示，西东直 城铁起点西直门站设在规划北京北站站房的西侧，穿西货厂( 有 四条货场线和北京展览馆专用线) ，起坡上跨规划净土寺路口处 的城建集团物资贸易中心专用线、学院南路的铁道部科学研究 院、北方交通大学、市果品公司专用线，沿京包铁路占用西侧用 地一直向北，废弃清华圆站6 道( 卸货线) ，再跨清华圆火车站 西侧的北面两条卸货线，直至西北角，顺京包铁路与东北内环的 联络线转向东，沿东北内环线的北侧敷设，直至刘各庄道口前转 向南接望和支线，至和平里货场部分，建于原铁路线位，即红线 宽度1 2 0 m 的规划京顺新路中心专用带内，再向南的无铁路区段， 建于城市建筑密集区市主干道东二环路下，终点站为东直门 站。下面分别就有关问题进行说明。 2 2 既有铁路现状及规划 本工程利用京包线、东北铁路内环线、望和支线三条既有铁 路位置及其交通走廊，其中： 北方交通大学土木建筑学院高振宇第6 页共8 8 贞 北方交通大学颂上学位论文 ( 1 ) 京包铁路线：国家i 级铁路干线 现状能力：单线，日运量为客运列车2 2 对，货运列车1 8 对 能力利用率：o 9 8 ； 规划：双线电气化铁路。 ( 2 ) 东北铁路内环线：国家i 级铁路干线 现状能力：现为2 7 5 k v 电气化单线，日运量为客运列车1 1 对，货运列车1 2 对； 能力利用率：o 8 3 ： 规划：双线电气化铁路。 ( 3 ) 望和支线：级铁路线 能力：货运线，货运量很少 规划：双线市郊客运铁路。 2 3 西东直城铁修建方案 西东直城铁采用独立运营方案，并在国铁线路夕b g n , y d n 设全封 闭型双线轨道，组成北京北部呈倒“u ”字型的城市快速轨道交 通线。即利用北京市北部地区既有铁路京包线( 西直门至西二旗) 约1 3 2 k m 、东北内环线( 回龙观西站至北苑) 约1 4 6 k m 的走向 和规划中的局部隔离带、望和支线( 望京西至和平里) 约9 5 k m 的既有单线铁路资产，并对望和支线采用资产转换方式改造成为 双线，全线贯彻自成系统，开行城市列车，并与地铁环线构成换 乘。 2 3 1 线路工程 北方交通大学土木建筑学院高振宇第7 页共8 8 页 北方变通大学硕：七学位论_ 疋 ( 1 ) 西东直城铁线路位置 在京包铁路段，西东直城铁位置选择在既有铁路西侧的3 0 m 绿化隔离带内；在东北铁路内环线段，西东直城铁位置选择在东 北铁路环线北侧的6 5 m 绿化隔离带内；对于望和铁路支线，西东 直城铁利用既有望和铁路支线，并在其西侧规划复线位置再铺设 一股道。 ( 2 ) 西东直城铁线路横断面位置关系 西东直城铁的西段线路建于京包铁路西侧，距京包铁路 l o 1 5 m ；北段建于既有东北铁路内环线的北侧，相距2 0 2 6 5 m ： 东段望和铁路支线至和平里段，建于原望和铁路支线线位，即红 线宽度t 2 0 m 的规划京顺新路专用带内：和平里煤厂以南线路钻 入地下，建于东二环路下，暗河以西。 ( 3 ) 车站分布 共设车站1 6 座，其中地下站l 座、高架站l 座、地面车站 1 4 座。全线经过五大城市建设区，在建设区范围内，站间距较小， 在建设区之间的绿化隔离带内，站间距较大，全线最小站间距为 1 0 8 k m ，最大站间距为6 6 8 k m ，平均站间距为2 6 8 k m 。 ( 4 ) 西东直城铁线路纵断面 西东直城铁线路自西直门地面站站后起坡，高架上跨规划净 寺路、学院南路后落地，直至清华园火车站，再次起坡上跨货 场线后落地，基本以地面线形式敷设至西北角，然后下穿京包铁 路直至与东北铁路的内环线平行等高，以地面线和高架线形式敷 设至东北角，于东北角上跨东北铁路内环线，转向南接铁路望和 线，随后均以地面线形式敷设，过和平里后入地，直至线路终点 北方交通大学土木建筑学院商振宇 第8 页共8 8 页 北方交通大学硕士学位论文 东直门站。 图2 2 北京城市铁路线路及站点分布图 本线路基本按与既有铁路轨顶标高等高设置，一般地段起伏 不大，只有在高架起落和地下进出洞时，采用了全线的最大坡度 2 4 。 西东直城铁与3 7 条城市道路相交( 其中有1 条高速公路、 6 条快速路、1 4 条主干路、1 l 条次干路及5 条支路) 。既有铁路 沿线已实现立交的有7 处，大部分路口无立交设施，为确保工程 的修建不影响城市的道路交通，需将现状平交道口改为立交的有 2 3 处，其中2 0 处为规划路，3 处为非规划道路。 2 - 3 2 车辆选型 北方交通大学木建筑学院 高振宇第9 页共8 8 贞 北方交通大学倾上学位论文 西东直城铁初步选用国产、经济、适用的北京地铁车辆。 ( 1 ) 车辆外型尺寸 车辆外型尺寸为长1 9 米、宽2 8 米，与现有车辆相同。因 车辆在地面及高架线路运行，拟加装客室空调器，车辆高度为37 0 米。 ( 2 ) 电气传动方式 经综合分析，本工程拟采用直流斩波器调阻传动方式。 ( 3 ) 主要技术指标 最高运行速度：8 0 k m h ： 列车在典型区段两站之间的平均运行速度( 不计停站时 间) 不小于5 0 k m h ： 受流方式：第三轨接触受流： 采用直接牵引电机，功率不小于8 6 k w ，每辆动车4 台。 2 3 3 行车组织与运营管理 ( 1 ) 设计年限： 初期一2 0 0 1 年； 近期2 0 1 1 年； 远期2 0 2 6 年。 ( 2 ) 设计客流量：( 见表2 一1 ) 北方交通大学土木建筑学院高振宇第1 0 贞共8 8 负 北方交通大学硕士学位论文 表2 1各期全日客运量及最大断面客流量 |项目设计年限2 0 0 1 2 0 1 12 0 2 6 i 全日客运量( 万人次) t 4 9 45 6 2 19 3 0 5 j 全日最大断面客流量( 万人) 64 31 2 4 71 8 1 l j 高峰小时最大断面客流量( 万人)113 2o o2 7 0 根据全线客流预测和分析，全线高峰小时最大单向断面客流 量2 0 0 0 年为14 万人次，2 0 t o 年为1 8 9 万人次。在线路西部、 中部、东部的客流量很不均衡，偏重西部，从全日乘降量分析， 大致比例5 5 、2 0 、2 5 。 ( 3 ) 系统运输能力：( 见表2 2 ) 表2 2 系统运输能力( 推荐方案) 1年限 2 0 0 l2 0 l l 2 0 2 6 i 列车辆数( 辆) 4 6 6 最小间隔时间( 分) 4d 3 列车对数( 对) 1 51 5 2 0 列车定员( 人) 9 4 41 4 2 8 1 4 2 8 运输能力( 万人) 1 4 22 1 4 2 8 6 ( 4 ) 运营时间 本线西起西直门，东至东直门，两端车站将与地铁环线车站 相临，为了与地铁运营时间相匹配，本线运营时间定为早5 点至 晚2 3 点，初期如客运量不大可适当缩短。全程运行5 5 分钟，高 峰时最小行车间隔为3 分钟，平均时间间隔为6 分钟。 北方交通大学土木建筑学院高振宇 第l l 页共8 8 页 北方交通大学倾士学位论文 ( 5 ) 列车编组 根据车辆选型、预测客流资料，初期为了节省工程投资，列 车编组定为四辆车编组，近期、远期为了预留一定的储备能力， 按六辆车编组考虑。 初期列车编组方式：m c 十m + m + m c ： 近期、远期列车编组方式：m c + m + m + m + m 十m c 。 ( m c 一有司机室的动车，m 一为无司机室的动车) ( 6 ) 运行车数：f 见表2 3 ) 表2 3 运行车数与配属车辆数表 l项目设计年限 2 0 0 12 0 1 12 0 2 6 运行车数( 列) 1 73 24 0 备用车数 223 检修车数 99“ 配属车辆数 9 62 5 83 2 4 2 3 4 土建工程方面 2 _ 3 4 1 桥梁：经综合比较，本线区间高架桥优先采用预应力混凝 土箱型梁，因为其受力性能好，技术先进，用材经济，造型美观， 施工方法灵活。 2 3 4 2 轨道结构： ( i ) 区间正线线间距为3 6 m ：最大坡度2 4 ； ( 2 ) 轨距：1 4 3 5 m m ： 北方交通大学土木建筑学院高振宇第1 2 页共8 8 负 北方交通大学硕士学位论文 ( 3 ) 本工程正线采用国产6 0 k g m 高强度耐磨钢轨、9 号道岔， 车场线路采用5 0 k g m 钢轨、7 号道岔； ( 4 ) 无缝线路； ( 5 ) 本工程高架线轨下基础选择有枕式承轨台轨道结构，扣件 采用v 1 改进型小阻力扣件；地面线及小桥涵采用混凝土 轨枕碎石道床轨道结构，扣件采用弹条i 型扣件；隧道内采 用短枕式整体道床轨道结构，扣件采用d t i v 扣件。 2 3 43 路基 ( 1 ) 路基宽度：区间直线地段：路堤1 0 2 m ，路堑9 a m ( 线间距 按36 m 计算) 。路基边坡1 ：1 5 ； ( 2 ) 路基两侧设纵向排水沟，采用梯形断面，底宽o 4 m ，深o 6 m ， 以利排洪； ( 3 ) 路拱采用三角形，拱高o 2 m ，底宽等于路基面宽。 2 3 4 4 道床 ( 1 ) 地面线路：碎石道床； ( 2 ) 高架线路：混凝土整体道床，桥面宽为8 6 米。 2 4 与噪声有关的自然环境现状 2 4 1 气候 北京属中纬度暖温带，具有典型温带大陆性季风气候的特 点。一年四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季晴爽， 是一年中最好的季节，冬季较长、寒冷而少雪。北京年平均气温 1 2 7 c ，主导风为北风，频率约为2 0 ，静风频率约为2 3 。多 年平均降雨量为6 3 0 m m ，多集中在7 、8 月份，约占全年降水的 北方交通大学土木建筑学院高振宇第1 3 页共8 8 页 北方交通大学硕士学位论文 6 5 。 24 2 植被 西东直城铁经过路线大致分为三段： 从西直门至回龙观西站，利用京包铁路段西侧3 0 米宽的绿 化隔离带，现状为一排行道树，行道树西侧为农田：在靠近市区 的地段，行道树外为灌木和草丛。 从回龙观至望京，利用北京市东北铁路内环线段北侧的6 0 米宽绿化隔离带，现状为一排行道树，行道树北侧为农田。 从望京至东直门，利用望和铁路支线及其绿化隔离带，此绿 化隔离带现状为一排行道树，行道树外侧为农田，在靠近市区的 地段，行道树外为灌木和草丛；从和平里煤厂往南至东直门，线 路转入地下。 2 4 3 清河( 回龙观) 边缘集团沿线土地使用现状与规划 清河边缘集团包括清河镇和回龙观两个区。南部清河镇现状 主要为居住、工业，已经形成规模，北部回龙观大部分为农村地 区，现有人口为1 7 万人( 回龙观地区o 8 7 万人) ，总占地面积2 6 9 0 公顷。其中居住用地、工业用地分别占总占地面积的1 25 3 * d 4 2 9 0 。规划南部清河镇用地功能主要以居住、工业、大型公建 为主，重点开发建设北部回龙观地区，回龙观地区现有建筑约2 0 万平方米，已经规划审批的项目合计约2 0 万平方米，预计将在 今年建成，其人口将达到2 万人左右。 回龙观是北京市确定的经济适用房建设基地之一，国家计划 在此为北京市西北地区高校教师建设住宅，规划建筑面积约为1 0 0 万平方米。预计在2 0 1 0 年前建成，届时，回龙观地区的总建筑 北方交通大学土木建筑学院高振宇第1 4 页共8 8 负 北方交通大学顾卜学位论文 面积将达到2 0 0 万平方米，人口将达到l o 万人。 回龙观的远景规划占地1 1 平方公里，总建筑面积7 4 0 万平 方米，预计人口规模为2 3 万人。 这一边缘集团将要建成一个生态环境优美、配套设施齐全的 现代化居住区。规划建设用地3 8 7 1 公顷，规划人口5 6 万人。 2 4 4 环境质量现状 根据北京市环境保护科学研究院对拟建西直门一东直门城市 铁路工程沿线范围内的环境质量现状进行调查和监测， 踞城市 铁路轨道东侧2 2 0 米的北京林业大学( k 7 + 2 0 0 ) 为噪声敏感区。 监测时间为1 9 9 9 年6 0 月，分三次监测，昼间监测时间为旱6 ： o o 晚2 2 ：o o ；夜间监测时间为晚2 2 ：o o 次日旱6 ：0 0 。在本段 布设的环境噪声测点为上地村南路财经学院教学楼旁1 米，距离 既有铁路线东侧1 2 0 米，传感器距离地面的高度为1 5 米，在j ；= 境噪声现状监测点上采用1 0 分钟的等效连续a 声级( l e q ) 测量 值代表此时段的l e q 值。监测结果为昼间5 l7d b ( a ) 、夜间4 3 7 d b ( a ) 。环境噪声监测点的现状噪声监测值符合所在地区规定的 昼夜环境噪声限值。 北方交通大学士本建筑学院高振宇第1 5 页莛8 8 页 北方交通大学硕士学位论文 第三章西东直城铁噪声污染概况 3 1 运营期西东直城铁噪声源分析 西东直城铁噪声作为重要污染源，其分析均按施工期和运营 期两个时段进行，本人重点就运营期噪声影响进行分析。运营期 立足于全线开通，满负荷运营情况。 西东直城铁开通后，将跨越西城、海淀、朝阳、东城四个城 区，穿过清河( 回龙观) 、北苑两个边缘集团，途经望京( 酒仙 桥) 边缘集团，可以为这些边缘集团的居民提供城市铁路客运服 务，促进疏解中心区人1 2 1 ，加快边缘交通的建设，实现城市建设 重点的战略转移，保持边缘集团具有较强的吸引力。同时，也能 极大限度的缓解北京市城区的交通阻塞，方便沿途城区居民的出 行；并在2 0 年或更长的时间内，逐步完善城市道路交通网络和 轨道交通网，建立一个以公共运输网络为主，以城市铁路为骨干 的具有足够容量的综合交通体系。 但是，由于西东直城铁运行而给沿线工作、学习及居住的工 作人员、学生及城镇居民带来的环境噪声影响也不容忽视，在建 设新项目的同时更应该注意保护环境。据此，经过对西东直城铁 拟建线路实地踏勘及对有关西东直城铁设计资料进行分析，现将 在西东直城铁开通后，列车( 包括西东直城铁列车和既有铁路列 车) 运行噪声及车站噪声等城市铁路配套设施对外界环境可能造 成噪声污染的主要噪声源进行分析。 3 1 i 西东直城铁噪声污染源 北方交通大学土木建筑学院高振宇 第1 6 页共8 8 页 北方交通大学硕士学位论文 3 11l 列车运行噪声 列车运行噪声主要由机车噪声和轮轨噪声组成。西东直城铁 目前拟采用的运营列车为长春或北京地铁列车厂生产的北京地铁 专用车，这种列车使用的是电动机车，在车头内安装有牵引电机， 是造成机车噪声的主要原因之一；轮轨噪声是由于列车在运行 时，列车下部的钢轮与钢轨之间的摩擦和撞击引起的。经过对地 铁太平湖车辆段、古城车辆段及地铁大修厂的列车进行实测，得 出目前地铁所使用的运营列车的运行噪声为 6 1 ：当列车运行时速 为6 0 公里，小时，距离轨道5 米时，车头处的噪声声级约 8 4 7 d b ( a ) ，车身处噪声声级为8 3 d b ( a ) ；车头比车身处噪声略高， 是由于车头内的牵引电机造成的，整车的综合运行噪声约为 8 3 2 d b ( a ) 。由于这种噪声的成分以中、低频为主，其特点是连续 不断、传播距离远、穿透力强，因此，列车运行噪声将是西东直 城铁开通后可能会对其所经过的地区环境造成噪声影响的主要污 染源之一。 3 1 1 2 列车鸣笛噪声 就西东直城铁而言，由于其运行在城市中，并采用全封闭线 路，运行速度较低，在区间运行时不允许鸣笛，因此本次噪声预 测不考虑鸣笛噪声的影响。 3 1 13 高架桥梁噪声 在西东直城铁的规划设计中，该线路将会与数条主要交通干 线或既有铁路线路交叉，为避免西东直城铁线路的建设与现有的 交通干线或铁路的使用发生冲突，这条新建的城市铁路将有部分 北方交通大学土木建筑学院高振宇第1 7 页共8 8 负 北方交通夫学硕士学位论文 线路采用高架桥梁或地下线的方式进行建设，其中高架桥梁的总 长度设计为6 5 公里，约占线路总长度的1 6 。由于高架桥远离 地面，桥梁的构造、材料等因素与地面上不尽相同，使得列车在 经过高架桥梁时的噪声有别于在普通的地面线路上行使所产生的 噪声。它不仅包括列车在经过桥梁时自身的运行噪声，还包括列 车在经过高架桥梁时引起的桥梁上各种构件振动形成的二次辐射 而同外传播的噪声。从而使得高架桥梁的噪声往往高于一般地面 线路的噪声。大量的实测数据表明，若高架桥梁不采取任何降噪 措施，则其列车噪声要比一般地面线路的列车运行噪声高 3 5 d b ( a 1 。因此，列车通过高架桥梁时的运行噪声是可能会对桥 梁周围环境造成噪声影响的主要污染源之一。 3 1 1 4 车站综合噪声 车站综合噪声主要包括车站在报告列车进、出站时使用高音 喇叭时所发出的噪声；在车站候车及上下车的乘客所发出的喧闹 声；车站内的辅助配套设备在运行时间向外传播的噪声：车站所 属车辆及接送乘客的车辆在进出车站或启动时所发出的噪声。由 于西东直城铁主要是为推动北京经济发展及方便沿线周围居民的 出行所建，一般车站将建在居民比较稠密的环境噪声敏感地区。 而车站所产生的这种持续的噪声会使车站附近的居民感到非常的 烦恼。因此，车站综合噪声将是西东直城铁开通后，可能会对周 围环境造成噪声影响的污染源之一。 3 1 1 5 回龙观车辆段噪声 根据设计规划，拟在回龙观东站的东北方向约1 5 公里处设 北方交通大学土木建筑学院高振宇第18 页共8 8 页 北方交通大学硕士学位论文 立西东直城铁的车辆段及综合维修基地，占地3 6 公顷。该车辆 段西侧隔一条小马路为华龙苑小区；北侧和南侧紧挨着霍营和兰 各庄这两个自然村落。车辆段的任务为负责全线列车的运用管 理、列车停放及维修保养：负责全线范围内的机电、工务和建筑 等各专业的日常巡检和定期维修。该车辆段建成后在使用过程 中，有可能会对周围环境造成噪声影响的因素主要为以下几个方 面： ( 1 ) 列车进出车辆段和各车间时的运行噪声，经实地测试运行 噪声为8 3 2 d b ( a ) ( 6 l ： ( 2 ) 车辆段在对列车进行临检、定期清洗、架修、定修等工作 时，所使用的大型空压机等高噪声设备在运行时向外辐射的 噪声； ( 3 ) 安装在各类车间内的通风设备在给车间内部通风换气时， 由于风机运转而向外传播的噪声； ( 4 ) 车辆段试车噪声，回龙观车辆段的试车线位于回龙观东站 至立水桥站之间的正线旁边，与正线平行，长度为1 4 5 0 米， 据设计单位介绍，列车在试车时，时速达到8 0 公里d , 时， 此时，列车的运行噪声将在9 0 d b ( a ) 左右； ( 5 ) 在车辆段内还将建设一座供热面积约为9 1 万平方米的燃煤 锅炉房，由于供热面积大，锅炉房内的设备功率均比较高。 供热期间，锅炉房内的鼓风机、引风机、磨煤机、水泵等设 备在运行时将会向外环境辐射噪声。 综上所述，车辆段在建成并投入使用后，上述原因将有可能 会对车辆段周围环境造成噪声影响。 3 1 2 既有铁路噪声污染源 北方交通大学土木建筑学院高振宇第1 9 页共8 8 页 北方交通大学硕l 学位论文 既有铁路噪声污染源般包括轮轨噪声、牵引噪声、车体噪 声( 以上为稳态噪声) 以及鸣笛噪声、制动噪声、通过道岔、曲 线、桥梁时的附加噪声( 以上为间歇噪声) 。 ， 3121 列车稳态噪声 ( 1 ) 牵引噪声 牵引噪声为机车所特有，指机车动力机组和各种辅助装置、 设备工作过程中所产生的机械性噪声和空气动力性噪声，它随机 车运行工况而变化。牵引噪声通过机车车体向外界辐射。牵引噪 声呈现低、中频特性，峰值集中在6 3 5 0 0 h z 。在机车常用工况 下，声级在8 5 9 0 d b ( a ) 范围内( 测点在轨道一侧3 0 米处) 。 京包线均为d f 4 d 型内燃机车，其噪声主要由排气噪声和发 动机噪声组成。当车速较低时，车头噪声将是铁路噪声的主要来 源。大多数内燃机车发动机的排气口均不装消声器，当风门在最 大位置时，距离1 5 米处的排气噪声a 计权声级为： l = 1 0 l g ，+ 6 3 2 一r o 式中：h p 为发动机马力，发动机为压缩进气，t 。= 6 分贝i 自然 进气，t 。= o 。 距离1 5 米处的内燃机车发动机噪声a 计权声级可用如下关 系计算： l 。= 3 0 l g n + 1 0 l g 幼一3 1 4( 3 2 ) 北方交通大学士木建筑学院高振宇第2 0 页共8 8 负 北方变通大学硕士学位论文 式中：h p 为发动机功率，k w ；1 3 为发动机转速，r m i n 。 ( 2 ) 轮轨噪声 轮轨噪声是机车、车辆的轮对沿钢轨运行过程中，由于轮轨 系统相互激励而产生的一种响应。当列车行经轨道纵、横方向的 不平顺、钢轨接缝、道岔、小半径曲线以及由于钢轨和车轮踏面 的粗糙度、钢轨顶面波纹状不平整、车轮踏面缺陷等原因引起的 轮轨间的滚动声、冲击声和尖叫声，其综合结果为轮轨噪声，呈 中低频特性，峰值多集中在6 3 5 0 0 h z 范围内。 轮轨之间的撞击和摩擦噪声主要决定于车速。当机车高速行 驶时，轮轨噪声将成为主要噪声源。当车轮和轨道切向接触，并 在直轨或稍弯轨道上行使时，则1 5 米处的撞击噪声a 计权声级 可用如下关系式计算： 栓接轨道：l a = 2 6 8 + 3 0 1 9 vd b ( a ) 焊接轨道：l a = 2 07 + 3 0 t g vd b ( a ) 式中v 为车速，单位：公里d , 时。 f 3 3 ) ( 3 - 4 ) 轮轨噪声产生机理在国际上还在不断的研究中，同时轮轨噪 声源的几何位置在国际上也有不同的研究结果。主要有三种观 点，一种认为滚动声源和尖叫声源的几何位置在轮轨接触表面 上，一种认为在距轨顶面以上0 4 5 米处，一种认为在距轨顶面以 上o 2 5 米处。 北方交通大学土木建筑学院高振宇第2 1 页共8 8 负 北方交通大学硕士学位论文 ( 3 ) 列车运行车体噪声 车体噪声包括两部分，一是机车、车辆车体因振动而辐射结 构噪声以及牵引噪声经机车车体作二次辐射噪声，此类噪声呈中 低频特性；另一是列车表面与空气作用，气体粘滞性在列车表面 引起附面层压力变化，激发表面振动，同时产生气流涡漩和摩擦 冲击，形成高频气流噪声。列车速度超过l o o k m h 时，气流噪声 明显起来，并随车速增加而急剧上升。列车运行速度，机车、车 辆外形( 尤以机车车头部棱角部分为甚) ，列车突出的门、窗、 扶手、装饰物都影响车体噪声的频谱和声级。目前对于车体噪声 研究尚不够充分和深入，定量分析也缺乏试验依据。 3 1 2 2 列车间歇噪声 ( 1 ) 鸣笛噪声 机车鸣笛有风笛和汽笛两种，现今内燃、电力机车均呜风笛。 鸣笛声源属点声源，或可简化为单源。我国现用风笛噪声呈宽带 特性，声能集中在5 0 0 4 k h z 范围内，在其轴向5 m 处声级高达 1 2 0 d b ( a ) ，风笛指向性差，相等距离处( 3 0 m ) 轴向声级与侧向 声级仅差6 7 d b ( a ) 。列车每次鸣笛时间虽只有l 3 秒，但其对 环境的干扰却极大，是铁路沿线两侧3 0 m 处列车噪声等效声级超 过g b l 2 5 2 5 - - 9 0 中规定限值 7 0 d b ( a ) 1 的主要原因。 ( 2 ) 制动噪声 制动噪声与机车、车辆采用的基础制动型式关系很大。当前 我国机车、车辆基础制动仍为闸瓦抵压车轮踏面实现。低速时， 北方交通大学土木建筑学院高振宇第2 2 页共8 8 页 北方交通大学硕士学位论文 踏面的粗糙引起闸瓦压力振动导致车轮轮辐成为声源射体，辐射 窄带( 4 5 5 k h z ) 高频尖叫噪声，其声级可达9 0 - 1 0 5 d b ( a ) ( 钡0 点 距车轮6 5 m ) 。 ( 3 、附加噪声 车辆联挂时车钩碰撞的噪声里中低频特性，声级可达 1 0 5 d b ( a ) ( 距轨道侧向5 m 处) 。 铁路桥梁噪声是铁路环境噪声中特有的噪声。当列车通过桥 梁时，除轮轨噪声外，由于列车和轨道的振动向桥梁各组成部分 传递，激发桥跨结构和桥墩振动辐射结构噪声，致使桥梁噪声高 于普通线路的轮轨噪声。桥梁噪声的声级随桥梁结构不同而异， 一般混凝土桥，其噪声级较地面线路增加o i o d b ( a ) ；钢结构桥， 噪声级较地面线路增加1 0 2 0 d b ( a ) ( 测点距轨道中心3 0 m ) 。桥 梁噪声以低频成分为主，其空间分布特点也取决于桥梁结构。对 于混凝土桥，桥面以上区域声级高于桥面以下区域；钢结构桥则 相反，桥面以上区域声级低于桥面以下区域。 3 2 噪声环境质量标准 l 、因城市快速轨道交通国内尚无具体的噪声标准，故参照执行 “g b 3 0 9 6 9 3 城市区域环境噪声标准”和“g b l 2 5 2 5 9 0 铁路 边界噪声限值及其测量方法”，根据具体情况和周围环境状况， 参照执行，具体掌握，在两标准需要衔接处从严执行，标准限值 如下： 北方交通大学土木建筑学院高振宇第2 3 页共8 8 页 北方交通大学硕士学位论文 类别昼间夜间 0 ( 疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要 安静的区域) ，位于城郊和乡村的这一类区域分别 5 04 0 按严于0 类标准5 d b 执行。 l l ( 居住、文教机关为主的区域) ，乡村居住环境 5 54 5 【可参照执行该类标准。 i 2 ( 居住、商业、工业混杂区)6 05 0 3 ( 工业区)6 55 5 l4 ( 城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城 l 区的内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次 7 05 5 【干线两侧区域的背景噪声指不通过列车时的噪 ! 声水平) ，限值也执行该类标准。) 昼间 7 0 铁路边界：指距铁路外侧轨道中心3 0 m ，测点原 则上选在铁路边界高于地面1 2 t i ，距反射物不 夜间7 0 小于l m 处。 注：车辆段所在地区根据有关规定，应按城市区域环境噪声标准中的 “1 类”区考虑，故相应的厂界噪声标准执行g b l 2 3 4 8 9 0 中的“i 类” 标准。 l 类别 晷 夜 li5 54 5 2 、夜间突发噪声 夜间突发的噪声，其最大值不准超过标准值1 5 d b 。 北方交通大学土木建筑学院高振宇第2 4 页共8 8 贞 北方交通大学硕士学位论文 3 、区域及时间的划定 ( 1 ) 各类标准适用区域由北京市人民政府划定 ( 2 ) 本标准昼间、夜间的时间由北京市人民政府按当地习惯和 季节变化划定。 3 3 轮轨噪声的相关因素 包括轨道线路参数、车辆运行参数、传播特性参数以及受声 点的位置。 轨道线路参数包括：轨道( 高架、地面、路堤、路堑) 、线 路( 直道、弯道、坡道、岔道) 、道床( 混凝土道床