Modelowanie hałasu w otoczeniu torowiska tramwajowego

ZESZYTY N A U K O W E PO LITEC H NIK I ŚLĄSKIEJ Seria: T R A N SPO R T z. 43

2001 Nr kol. 1529

Jerzy P A W LIC K I, M aria KO VA LA KO V Â , M ilan TOM KO

MODELOWANIE HAŁASU W OTOCZENIU TOROWISKA TRAMWAJOWEGO

Streszczenie. W artykule przedstaw iono zagadnienie poziom u hałasu w okolicach drogi tram wajowej z w ykorzystaniem modeli m atem atycznych. O trzym ane z obliczeń wartości po­

równano z w ynikam i bezpośrednich pom iarów poziom ów rów now ażnych hałasu.

THE M O D ELLIN G OF N O ISE IN THE TRAM TRACK-W AY EN VIRON M ENT

Sum m ary. An im proved calculation model for prediction o f levels o f noise from tram traffic is presented. The model is based on presently-used calculation m odels for noise from traffic and the m easurem ents o f equivalent noise levels from tram traffic.

1. W PR O W A D Z EN IE

Poziom ciśnienia akustycznego wyw ołanego przez poruszający się po torze tramwaj m ożna określić za p om ocą bezpośrednich pom iarów lub modeli obliczeniow ych. W przypad­

ku budow y nowej drogi tram w ajow ej, podobnie ja k innych obiektów em itujących hałas, za­

chodzi konieczność prognozow ania poziom ów hałasu. W ym aga to m odelow ania przew idy­

w anych sytuacji za pom ocą m odeli m atem atycznych.

2. M O D E L O B L IC Z E N IO W Y

Do liczbow ego opisu klim atu akustycznego drogi tram wajowej są stosow ane najczęściej m etody V U V A [1] (nazyw ana dalej m odelem A) i KGaDS [2] (model B). O bydw ie uw zględ­

n iają podstaw ow ą zależność:

,

(

)

*»/

gdzie:

rLAeq - rów now ażny (ekwiw alentny ) poziom dźw ięku A w odległości r = 7,5 m od osi linii tram w ajow ej,

ALak - popraw ka, uw zględniająca:

- odległość i w ysokość nad terenem z odbijającym i lub absorbującym i w łasno­

ściam i (-ALa i), - pas zieleni (-ALa2), - n isk ą zabudow ę (-ALa3),

82 J. Pawlicki, M. Koval’akova, M. Tomko

- ekrany lub konfigurację terenu (-ALa4), - p r z y le g łą z a b u d o w ę (-A Las),

- długość odcinka linii tram wajowej (-ALać)-

W zór (1) pozw ala na obliczenie równow ażnego poziom u hałasu w raz z zakłóceniam i pochodzącym i z innych źródeł. W dalszej części skoncentrow ano się na sposobie ustalenia rów now ażnego poziom u hałasu (rLAcq) w punkcie oddalonym o 7,5 m od osi toru znajdujące­

go się 1,5 m pow yżej niwelety. Oba m odele różni przede w szystkim liczba uw zględnionych czynników w pływ ających na poziom em isji hałasu.

3. PR E D Y K C JA PO Z IO M U H A ŁASU 3.1. Predykcja za pom ocą m odelu A

D anym i w ejściow ym i do obliczenia są: liczba pociągów tram w ajow ych w przekroju toru w ciągu godziny m, średnia prędkość v w km/h, rodzaj nawierzchni, która m a konstrukcję:

trad y cy jn ą (szyny na podkładach ułożonych na podsypce otwartej),

- trad y cy jn ą (szyny na podkładach ułożonych na podsypce, przekrytej płytam i), płyty w ielkopowierzchniow ej z szynam i blokowym i (typ BKV).

M odel uw zględnia następujące pojazdy szynowe:

2 0 (pociąg tram wajowy dw uw agonow y, klasyczny),

1 0 (pociąg tram wajow y jedno wagonowy, klasyczny),

- 2T (pociąg tram w ajow y dw uw agonow y z regulacją tyrystorow ą),

1T (pociąg tram w ajow y jednow agonow y z regulacją tyrystorow ą).

W artość poziom u rów now ażnego hałasu tram wajow ego w odległości 7,5 m od osi toru oblicza się z zależności:

' L Atq = 1 0 - log X + 4 0 , (2)

przy czym w ielkość X otrzym uje się z zależności:

X = 44,5 Fj - m . (3)

C zynnik Fi ze w zoru (3) przyjm uje wartość:

0,25 - dla V = 30 km /h, na torow isku klasycznym (otwartym) oraz typu BKV, 0,50 - dla V = 30 km /h, na torow isku klasycznym z płytą,

1,00 - dla V = 60 km /h, na w szystkich rodzajach torowisk, 1,65 - dla V = 80 km /h, na w szystkich rodzajach torowisk.

Przedstaw ione obliczenia wartości rLAeq dotyczą pociągów tram w ajow ych typu 2 0 . Za­

stosowanie m odelu w odniesieniu do pozostałych składów w ym aga w prow adzenia poprawek w zależności od natężenia ruchu pojazdów. W artości popraw ek dla m >50 wynoszą: - 3,2 dB (A) dla typu pociągu 1 0 , -2,5 dB (A) - typ 2T i 5,0 dB (A) - typ 1 T.

Jeśli liczba pociągów tram w ajow ych przejeżdżających przez przekrój torow iska w ciągu godziny m <50, przyjm uje się poprawki: 1,5 dB (A) dla typu 1 0 , - 1.2 dB (A) dla typu 2T i - 2,5 dB (A) dla typu 1T.

3.2. P rognozow anie za pom ocą modelu B

R ów now ażny poziom hałasu rLAcq w odległości odniesienia od osi toru oblicza się w tym m odelu zgodnie ze wzorem:

n

rLAeil^ 1 0 l o g m U J - Y [f, , (4)

i-i gdzie:

Fi - czynniki m ające istotny w pływ na kształtowanie się poziom u hałasu,

M o d e lo w a n ie h a ła s u w o to c z e n iu to r o w is k a tr a m w a jo w e g o 83

m - liczba pociągów tram w ajow ych w przekroju torow iska w ciągu godziny (poj/h), przy czym m e (l,7 0 ) ,

n - liczba czynników uw zględnionych w modelu, r - odległość odniesienia (7,5 m) od osi toru.

Model uw zględnia sześć czynników posiadających w pływ na w artość równow ażnego po­

ziomu hałasu.

• Prędkość tram w aju - czynnik F i.

Jego wartość oblicza się z uwzględnieniem konstrukcji nawierzchni [2]:

- tradycyjna z naw ierzchnią w arstw ow ą pokrytą brukiem , bitum em lub p ły tą betono­

wą:

F , = V ‘* , (5)

- z p ły tą to ro w ą i szyną blokow ą ( typ PKV):

F, = V ■’ , (6)

- z odsłoniętą podsypką:

F, = V 1" . (7)

Prędkość tram w aju v [km/h] przyjm uje się z przedziału (1; 80).

• Pochylenie podłużne linii tram wajowej - czynnik F2

Jazda tram w aju na pochyleniu linii charakteryzuje się większym zużyciem energii przy wznoszeniu i przyspieszeniu lub ham owaniu na spadku, co powoduje w zrost poziom u hałasu zgodnie ze w zorem :

F2 = 10° 0018 , (8)

gdzie:

s - pochylenie podłużne toru [%] z przedziału ( 0 ; 60).

• Zużycie faliste i szlifowanie szyn - czynnik F3

N ierów ności w spółpracujących powierzchni koła i szyny m ają duże znaczenie dla po­

ziomu hałasu. Z godnie z [3] zależność ta ma postać:

F3 = 1 0 - ool{ul)--F3 , (9)

dla 1 e ( l;3 0 ) , przy czym

p 3 = j o~0 0002V . (1 0)

• C zas eksploatacji tram w aju - czynnik F4

C zynnik ten uw zględnia w pływ pogarszającego się stanu technicznego pojazdu na po­

ziom hałasu

F4 =T'°,0' ,

(11)

gdzie:

Tei - w iek tram w aju w latach, Tei e ( l ; 15).

• C zas eksploatacji torow iska tram wajowego

W prawdzie rodzaj konstrukcji nawierzchni torowej uw zględniono wcześniej przy obli­

czaniu w pływ u prędkości na poziom hałasu, nie wzięto jednak pod uw agę problem u stanu technicznego (zużycia) będącego efektem czasu eksploatacji (wieku) torow iska [5], W pływ tego czynnika m a postać:

Fs = C " , (12)

gdzie:

Ttr - w iek drogi tram wajow ej w latach liczonych od czasu jej budowy lub ostatniego rem ontu kapitalnego z przedziału Tt e ( l : 30).

• C zynnik struktury rodzajowej potoku ruchu tram wajowego

84 J. Pawlicki, M. Koval’akova, M. Tomko

Tabor stanow ią tram waje serii T3, Tń, KTg (zestawione w pociągi jedno-, dwu- i trzywa- gonowe). Każdy składnik wzoru (13) oblicza się jako iloczyn w ektorów udziału (P) i wagi wpływ u (V) [6], C zynnik ten oblicza się według formuły:

~ {t3 EFt + r 6 +ki sEF6 ) , (13)

przy czym:

T3EF6 - składnik struktury potoku tram wajow ego złożonego z taboru T 3, tćEFć - składniki struktury potoku tram wajowego złożonego z taboru T6,

KT8EF6 - składnik struktury potoku tram wajowego złożonego z taboru KTg (wzory 14, 15 i 16):

= ( n P ) - ( „ V ) = ^{T 3 I T 3 2 T 3 1, 13}

m m m

\ '7,5' 8,6 /

(14)

gdzie:

m - liczba pociągów tram w ajow ych przedziału (1; 7 0 ),

T3mi - liczba pociągów jednow agonow ych tram wajów serii T3 z przedziału (1: m),

7 3 0 1 2 - liczba pociągów dw uw agonow ych serii T3 z przedziału (1; m),

7 3 0 1 3 - liczba pociągów trzy w agonow ych serii T3 z przedziału (1; m),

7,5; 8 , 6 i 9,5 - stałe w pływ u jedno-, dwu- i trzy w agonow ych pociągów serii T3.

f 7,3N 8,2 i Fs ~ ( 7« P ) ' (r«V ) — T 6 " V T 6 " ‘ 2 T 6 " ' 3

O

(15)

gdzie:

m - liczba pociągów tram w ajow ych przedziału (1; 70),

7 6mi, 7 6 0 1 2, 7 6 0 1 3 - liczba pociągów odpow iedoio jedno-, dwu- i trzy w agonow ych serii Tć z przedziału (1; m),

7,3 i 8,2 - stałe w pływ u pociągów jedno- i dw uw agonow ych serii Tć, O - stałej w pływ u zespołu trzyw agonowego nie ustalano.

K T H m i K T 8 m 2

m

\ '8 ,1 ' 0 /

.

.

(16)

gdzie:

m - liczba pociągów tram w ajow ych z przedziału (1 : 7 0 ),

KT8 0ii, K7 8 0 1 2, KT8OI3 - liczba pociągów odpow iednio - jedno-, dwu- i trzy wagonowych serii KTg z przedziału (1; m),

8,1 - stała w pływ u tram w aju jedno wagonow ego serii KTg; dla pozostałych zespołów nie ustalono stałej wpływu.

4. PO R Ó W N A N IE M O DELI

P orów nania m odeli A i B dokonano z w ykorzystaniem statystycznej analizy zależności pom iędzy pom ierzonym i rŁ Aeq (1462 pomiary), a obliczonym i z w zorów (2) i (4) rów now aż­

nym i poziom am i hałasu (zobacz ry s.l).

M odelowanie hałasu w otoczeniu torow iska tram wajow ego 85

5. W N IO SK I

Z analizy regresji w ynika, że:

• Bliższy zależności funkcyjnej je st model B, dla którego w spółczynnik regresji wynosi ai = 0,9775 (przy ao = 0).

• O bydw a m odele są istotne statystyczne, co potw ierdza analiza korelacji na poziom ie istotności a = 0,05.

• W yższą w artość w spółczynnika korelacji otrzym ano w przypadku m odelu B.

4 0 5 0 6 0 70 8 0

e x p e r im e n ta l r4 fle g (dB(A))

Rys. 1. Porównanie m odeli A i B Fig. 1. Comparison o f m odels A and B

Literatura

1. Liberko, M.: M etodicke pokyny pro v y p o ie t hladin hluku z dopravy. V UVA, Brno 1991.

2. M andula, J., Salaiova.B.: Predikcia hladin hluku od elektrićkovej dopravy. Horizonty dopravy roć. V II-4/1999, Żilina 1999, s. 1-5.

3. M andula, J.: M odel hlukoveho zat’azenia okolia trati elektrićkovej dopravy v SU Kosice.

Z bom ik prednaśok z konferencie s m edzinarodnou ućasfou „Rozvoj dopravy v meste KoSice a pril’ahlom regióne“ , Kośice 1997.

4. M andula, J.: Sledovanie zavislosti hladin hluku elektrićiek od ich technickeho stavu.

Z bom ik prednaśok z konferencie „Dopravne rieśenie sidelnych utvarov“ , Żilina 1997.

5. M andula,J.: Prispevok k vypodtu hladin hluku od elektrićkovej dopravy. M edzinarodna vedecka konferencia 60. vyrocie Stavebnej fakulty STU vB ratislav e, novem ber 1998, Bratislava, s. 403-406.

6. M andula, J.: N um ericke m odelovanie hladin hluku od elektrićkovej dopravy. Z bom ik z 2.celośtatnej konferencie so zahranićnou ućasfou „D oprava v sidelnych utvaroch“ , október 1999, Żilina, s. 229-232.

Recenzent: Doc. dr inż. Zbigniew Ginalski

86 J. Pawlicki, M. Koval’akova, M. Tomko

Abstract

A n im proved calculation model for prediction o f levels o f noise from tram traffic is pre­

sented. The model is based on presently-used calculation models for noise from traffic and the m easurem ents o f equivalent noise levels from tram traffic. U nfavourable influence o f tram com m unication on natural environm ent contains mainly ascendancy on environm ent acoustic climate.