Някои бележки върху нормативната уредба на изграждането на шумозащитни екрани покрай ж.п. линии

Железопътният транспорт е един от основните източници на шум в урбанизираните територии. Неблагоприятни особености на този шум са, че той действа по всяко време на денонощието, има високи нива и се разпространява на големи разстояния, като предизвиква значителен дискомфорт (особено нощно време) сред обитателите на сградите разположени на територии в близост до железопътните линии.
Защитата на това население нормативно е уредена с [1 , 2 , 3 , 6]. Посочените наредби, обаче, не отчитат перспективното развитие на подвижния състав и постиженията на съвременната градоустройствена акустика [7].
Железопътната мрежа на България е изградена на три етапа. През първия етап – от 1887 до 1939 г., са построени главните линии свързващи големите градове на страната в посоки Изток-Запад и Север-Юг. Общо са изградени около 3 500 km текущ железен път. По време на втория етап – от 1945 до 1960 г., в съответствие с икономическото развитие на страната са прокарани допълнителни участъци и е разширена основната мрежа с около 800 km нови линии. След 1960 г. – през третия етап, започва модернизирането на мрежата: електрифициране и сдвояване на натоварените участъци, корекции на трасето, подмяна на горното строене, автоматизиране на управлението. Постепенно бе подменен и подвижният състав, като бяха „загасени” парните локомотиви. В настоящия момент железопътната инфраструктура на Р. България има обща дължина 4 032 km (фиг. 1). Единичните ж.п. линии са 3 043 km, а двойните – 989 km. Плътността е 36 km на 1 000 km2, което е относително висок показател. Висок е и процента на електрификация на железопътната мрежа – над 70% от текущия железен път.

Фиг. 1. Основни коридори от железопътната мрежа

1. Метод за определяне на шумовата характеристика на железопътните потоци.

В строителната акустика е прието за шумови характеристики на железопътните потоци да се използват еквивалентното ниво на звука {{L}_{A eq.}} и максималното ниво на звука {{L}_{A max}} в dB(A) на базово разстояние 25 m от оста на коловоза.
Съгласно „Метода за отчитане на шума от железопътния трафик” [5], шумовата характеристика на железопътните потоци {{L}_{A eq.(25)}}, dB(A), преминаващи по един железен път (коловоз) за ден, вечер и нощ при максимална скорост 100 km/h и вид на горното строене баластова призма и скара от дървени траверси се определя по формулата:

{{L}_{A}}\left( 25 \right)=51+10\text{lg}\left[ N\left( 5-0.04p \right) \right],~\text{dB}\left( \text{A} \right),  (1)

където N е средният брой на влаковите композиции от един вид на час; определя се от броя на влаковете от съответния вид за периода на оценка;
p – броят на вагоните с дискови спирачки (в %) в композицията на влака.
Еквивалентното ниво на шума за съответния вид в изчислителните точки от територията {{L}_{A terr}}, dB(A), се определя по формулата:

 {{L}_{Aterr}}={{L}_{A eq.}}\left( 25 \right)+\Delta {{L}_{A wag}}+\Delta {{L}_{A \ell ,V}}+\Delta {{L}_{A top}}-\left( \Delta {{L}_{A dist}}+\Delta {{L}_{A rail}}+\Delta {{L}_{A barr}}+\Delta {{L}_{A sub}} \right),~\text{dB}\left( \text{A} \right),  (2)

където \Delta {{L}_{A wag}} е поправка, отчитаща вида на вагоните, dB(A); за вагони с дискови спирачки -2 dB(A), за товарни вагони 0 dB(A);
\Delta {{L}_{A \ell ,V}} – поправка, отчитаща дължината ℓ, m, на влаковата композиция и скоростта , km/h, която се изчислява по формулата:
В случай, че параметрите ℓ и V не са известни стойностите за тях се вземат от табл. 1.

Таблица 1

Вид на композицията Максимална скорост , km/h Средна дължина ℓ, m
Бърз влак (експрес, интерсити) 100 270-300
Товарен влак 100 500

\Delta {{L}_{A top}} - поправка, отчитаща различните видове конструкции на горното строене на релсовия път, dB(A). За основа баластова призма и скара от дървени траверси \Delta {{L}_{A top}}=0 dB(A), за основа баластова призма и скара от бетонни траверси \Delta {{L}_{Atop}}=+2 dB(A).
Снижението на нивото на шума \Delta {{L}_{A dist}} в зависимост от разстоянието r до изчислителната точка се определя по формулата:

 \Delta {{L}_{Adist}}=15.8-10\text{lg}r-0.0142r,~\text{dB}\left( \text{A} \right).  (3)

Снижението на нивото на шума в следствие на влиянието на земната повърхност и атмосферните условия \Delta {{L}_{A rail}}=+2 dB(A) се изчислява по формулата:

 \Delta {{L}_{Arail}}=-4.8\text{exp}\left[ -1.3\left( {{h}_{m}}/r \right)\left( 8.5+100/r \right) \right],\text{ }\!\!~\!\!\text{ dB}\left( \text{A} \right),  (4)

където {{h}_{m}} е половината от превишението между източника и разчетната точка.
\Delta {{L}_{A sub}} е поправка от +5 dB(A), отчитаща дразнещото въздействие на шума от релсовия транспорт.
\Delta {{L}_{A barr}} – снижението на нивата на шума при наличието на екраниращи съоръжения, което се изчислява по съответни формули [5].
Определянето на достоверни шумови характеристики на ж.п. потоци е основополагащо, тъй като на тази база се прави, от една страна оценка на очаквания шумов режим на урбанизираните територии, а от друга – на избора на оптимални шумозащитни мероприятия. За съжаление, изложеният нормативен метод за отчитане на шума от железопътния трафик не е приложим понастоящем и в близка перспектива, тъй като той се ограничава до отчитане на шумовите характеристики на влакове, движещи се със скорост не по-висока от 100 km/h, т.е. не отчита наличието на високоскоростни влакове в железопътните потоци. Освен това в него отсъства добавка за приноса на отразения звук от елементите на застрояването, която може да достигне 6 и повече dB(A). Поправките \Delta {{L}_{A top}}, \Delta {{L}_{A wag}}, \Delta {{L}_{A \ell ,V}} и \Delta {{L}_{A sub}} от методическа гледна точка следва да се отчитат в шумовата характеристика.

2. Прогнозиране на нивата на шума от железопътния трафик в урбанизираните територии.

Железопътните състави и метросъставите, движещи се в открити участъци, представляват ред от точкови източници с крайна дължина (фиг. 2). Нивото на звука L\left( r \right) относно базовото разстояние {{r}_{0}} (в случая {{r}_{0}}=25 m) и намалението на нивото на звука \Delta L\left( r \right) се определят по формулите [8 , 9 , 10]:

 L\left( r \right)=20\lg \frac{{{r}_{0}}{{p}_{m}}\sqrt{\mathop{\sum }_{i=1}^{n}\frac{1}{r_{i}^{2}}+2\mathop{\sum }_{i=1}^{n-1}\mathop{\sum }_{m=i+1}^{n}\frac{1}{{{r}_{i}}{{r}_{m}}}\cos \left[ k\left( {{r}_{i}}-{{r}_{m}} \right) \right]}}{{{p}_{0}}},  (5)
 \Delta L\left( r \right)=20\lg \frac{{{\left\{ \sqrt{\mathop{\sum }_{i=1}^{n}\frac{1}{r_{i}^{2}}+2\mathop{\sum }_{i=1}^{n-1}\mathop{\sum }_{m=i+1}^{n}\frac{1}{{{r}_{i}}{{r}_{m}}}\cos \left[ k\left( {{r}_{i}}-{{r}_{m}} \right) \right]} \right\}}_{A}}}{{{\left\{ \sqrt{\mathop{\sum }_{i=1}^{n}\frac{1}{r_{i}^{2}}+2\mathop{\sum }_{i=1}^{n-1}\mathop{\sum }_{m=i+1}^{n}\frac{1}{{{r}_{i}}{{r}_{m}}}\cos \left[ k\left( {{r}_{i}}-{{r}_{m}} \right) \right]} \right\}}_{B}}},  (6)

където с индексите A и B е посочено, че всички разстояния в скобите се отнасят за точка  или точка  (фиг. 2).

Фиг. 2. Схема на източник на шум с крайна дължина
Фиг. 2. Схема на източник на шум с крайна дължина
Фиг. 3. Сумарно намаление на нивото на шума от източник с крайна дължина при различни разстояния между точковите източници на шум и при постоянен брой източници N=20.
Фиг. 3. Сумарно намаление на нивото на шума от източник с крайна дължина при различни разстояния между точковите източници на шум и при постоянен брой източници N=20.
Фиг. 4. Сумарно намаление на нивото на шума от източник с крайна дължина при различен брой
точкови източници N и при постоянно разстояние между тях l=20 m.
Фиг. 4. Сумарно намаление на нивото на шума от източник с крайна дължина при различен брой точкови източници N и при постоянно разстояние между тях l=20 m.

Намалението на нивото на звука \Delta L\left( R \right) при различни параметри (средно разстояние между точковите източници - l, брой на точковите източници – N) на комплексния източник на шум с крайна дължина в зависимост от разстоянието r по неговата ос на симетрия, са показани на фиг. 3 и фиг. 4.
От формули и и графиките на фиг. 3 и фиг. 4, могат да се направят следните изводи:

  1. Нивото на звуковото налягане на разстояние r от комплексния източник на шум, който е съставен от краен брой точкови източници, зависи от техния брой N и средното разстояние между тях l.
  2. При удвояване на разстоянието нивото на шума намалява с 3 до 6 dB(A). На разстояния съизмерими с дължината на източника 2\left( N-1 \right)\ell ,\text{ }\!\!~\!\!\text{ m}, намалението на нивото на звуковото налягане при удвояване на разстоянието е 3-5 dB(A). След достатъчно голямо разстояние , стойността на намалението асимптотично се приближава към 6 dB(A), т.е. квазицилиндричната вълна преминава в сферична.

Снижението на нивото на шума и относителното снижение на нивото на шума на разстояние r, изчислени по формула (3), са дадени в табл. 6, а тези по формула 2.19 са дадени в табл.7.

Таблица 2

  r 50 100 200 400 800 1600
 \Delta {{L}_{A}} 1.9 5.6 10 15.8 24.6 39
 \Delta {{L}_{A}}\left( r \right)-\Delta {{L}_{A}}\left( 2r \right) 1.9 4.4 4.4 5.8 8.8 14.4

Таблица 3

 r 50 100 200 400 800 1600
 \Delta {{L}_{A}} 3.0 6.5 11 16.8 22.8 28.8
 \Delta {{L}_{A}}\left( r \right)-\Delta {{L}_{A}}\left( 2r \right) 3.0 3.5 4.5 5.8 6.0 6.0

От табл. 2 и табл. 3 се вижда, че формула дава достоверни данни САМО на разстояния r в диапазона 200-400 m (табл. 2). За разстояния 800-1600 m полученото намаление на нивото на шума е физически невъзможно.

            III. Разположение и геометрични параметри

В [6] са регламентирани следните параметри.
Раздел III Минимални странични свободни пространства
Чл. 20. (1) Минималните странични отстояния, мерени перпендикулярно на оста на железопътен коловоз в права до най-близките части на предмети в междугарията, са:

  1. за железопътните магистрали с преобладаваща проектна скорост 160 - 200 км/ч, също и в крива:

г) 4050 мм - до по-дълги от 600 мм съоръжения и постройки, успоредни на оста на железопътна линия в права, с изключение на устои и стълбове на надлези;
Чл. 22. (1) Когато проектираната железопътна линия преминава през урбанизирани територии, трасето се огражда с трудно преодолима или шумоизолираща ограда, ако това се изисква от заданието (приложение № 4).
(2) Най-малкото разстояние от оста на коловоз до шумоизолиращата ограда е:

  1. при стълб на контактната мрежа на банкета - 4050 мм;
  2. без стълб - 3600 мм.

(3) Височината на шумоизолиращата ограда е най-малко 2000 мм над глава релса.

Тези стойности не са оправдани от акустична гледна точка и ограничават използването на т.нар. „ниски“ екрани [4], които в повечето случаи са икономически значително по-ефективни и се прилагат в световната практика.

Литература

  1. Наредба № 57 от 9 юни 2004 г. за съществените изисквания към железопътната инфраструктура и подвижния състав за осигуряване на необходимите параметри на взаимодействие, оперативност и съвместимост с трансевропейската железопътна система. -- София: ДВ, 2004.
  2. Наредба 6 за показателите за шум в околната среда, отчитащи степента на дискомфорт през различните части на денонощието, граничните стойности на показателите за шум в околната среда, методите за оценка на стойностите на показателите за шум и на вредните е. -- София: ДВ, 2006.
  3. Наредба за категоризация на железопътните линии в Република България, включени в железопътната инфраструктура, и закриване на отделни линии или участъци от линии. -- София: ДВ, 2011.
  4. Бенов Д., Николов Н., Маждраков М. Ниските шумозащитни екрани – едно ново решение за ограничаване на транспортния шум // Четвърта национална конференция с международно участие и младежка научна сесия „Екологично инженерство и опазване на околната среда” (ЕИООС'2015) -- Бургас, 2015. --.
  5. МОСВ. Наредба 6 от 26.6.2006 за показателите за шум в околната среда, отчитащи степента на дискомфорт през различните части на денонощието, граничните стойности на показателите за шум в околната среда, методите за оценка на стойностите на показателите за шум и на вредните ефекти от шума върху здравето на населението. / МОСВ. -- София: ДВ 58, 2006.
  6. МРРБ. Наредба 55 от 29 януари 2004 г. за проектиране и строителство на железопътни линии, железопътни гари, железопътни прелези и други елементи от железопътната инфраструктура. -- София: ДВ, 2004.
  7. Градоустройствена акустика. / Николов Н. -- София: УИ „Св. Климент Охридски”, 2006. -- 236 с.
  8. Методология проектирования защиты городских зданий  от транспортного шума на основе теории квазицилиндрических  волн. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. / Николов Н. Д. -- Москва, 2010.
  9. Николов Н. Д. Новая теоретическая модель распространения транспортного шума // Приволжский научный журнал. -- 2010. -- T. 1. -- C. 14.
  10. Николов Н. Д., Шубин И. Л. Моделирование характера распространения звука, излучаемого источником конечной длины // Приволжский научный журнал. -- 2010. -- T. 2. -- C. 9.

© 2016, Dobriyan Benov. All rights reserved.