Měření účinnosti protihlukových opatření v úseku s nízkou sklopnou protihlukovou clonou Praha‑Sedlec

Pro měření účinnosti různých protihlukových opatření v rámci řešení projektu „Kritická analýza nových materiálů a nových tvarů vhodných pro protihlukové stěny a návrhy na jejich použití v železniční a silniční dopravě“ byla pracovníky Správy železnic, státní organizace, vybrána lokalita na I. železničním koridoru u železniční zastávky Praha‑Sedlec. Mezi hlavní důvody výběru lokality patřily: plánovaná výstavba nových protihlukových opatření (dále též PHO), doplněná o broušení kolejnic.

1. ÚVOD

Vzhledem k umístění měřicích bodů v dané lokalitě bylo možné sledovat vývoj hlukové situace v rozsahu před výstavbou u standardní běžně udržované železniční tratě až po kompletní využití plánovaných PHO. Cílem technického akustického měření bylo sledovat účinnosti jednotlivých opatření a případně i jejich kombinací. Zmíněná lokalita byla sledovaná v rozmezí let 2018 až 2019.

V rámci instalace PHO na železniční trati bylo Katedrou železničních staveb, Fakulty stavební ČVUT v Praze a firmou Ing. Karel Šnajdr prováděno technické měření hluku z železniční dopravy v celkem čtyřech měřicích kampaní, tj. trať před zahájením prací, trať 30 dní po broušení kolejí, trať po instalaci větší části vysokých PHS a kolejnicových absorbérů a po instalaci nízké protihlukové clony (sklopné). Měření hluku z železniční dopravy bylo provedeno vždy pro shodně umístěné čtyři měřicí body. Cílem měření bylo stanovit účinnost jednotlivých použitých typů PHO pomocí technického měření hluku emitovaného průjezdy jednotlivých typů železničních vozidel.

2. SLEDOVANÁ LOKALITA

Sledovaný úsek se nachází v okolí celostátní dvojkolejné elektrifikované železniční trati č. 090 Praha – Kralupy nad Vltavou – Ústí nad Labem – Děčín. Trať je elektrifikovaná systémem 3 kV =, nachází se na trase I. a IV. tranzitního železničního koridoru. Úsek prošel celkovou rekonstrukcí v roce 2003, a současný stav lze charakterizovat jako „koridorový standard“. Trať je zařazena do systému TEN-T. Řešený úsek se nachází mezi km 418,668 – 418,970 v intravilánu městské části Praha-Sedlec. V daném úseku byla v době sledování maximální traťová rychlost V = 85 km.h^–1. Řešeným úsekem je širá trať vedena v pravostranném oblouku na náspu železniční trati s průběžným štěrkovým ložem. Na řešený úsek proti staničení navazuje zastávka Praha-Sedlec. V úseku jsou použité kolejnice tvaru 60E1, betonové pražce B 91S, upevnění je bezpodkladnicové pružné W14. Podélný sklon trati je v tomto úseku do 2 ‰. Převýšení koleje zde dosahuje nejvýše 120 mm. Zájmová oblast je vyobrazena na leteckém snímku převzatém z portálu mapy.cz na obr. 1.

Rozhodujícím zdrojem hluku v řešeném území je železniční doprava ze sledované trati. V denní době je vedlejším zdrojem hluku provoz na přilehlé komunikaci v ulici V Sedlci. Hluk z této komunikace byl v daném místě součástí hluku pozadí a neovlivňoval měřené hladiny z provozu železniční dopravy na sledované trati.

3. SLEDOVANÁ PROTIHLUKOVÁ OPATŘENÍ

S ohledem na dlouhodobé zatížení přilehlých nemovitostí a obyvatel hlukem z železniční dopravy v předmětném úseku přistoupila Správa železnic, státní organizace, k realizaci souboru protihlukových opatření, a to zejména v pravostranném oblouku za zastávkou Praha – Sedlec cca v km 418,6 – 418,9. Trať je zde po obou stranách obklopena obytnou zástavbou vilového charakteru a rodinnými domy.

V řešené lokalitě Praha‑Sedlec byla navržena tato PHO:

• protihluková stěna (PHS),
• nízká protihluková clona (NPC) – sklopná,
• kolejnicové absorbéry,
• broušení kolejnic.

3.1 Broušení kolejnic
Pro maximální zlepšení hlukové situace v předmětném úseku proběhlo v nočních hodinách z 28.4 na 29. 4. 2018 broušení kolejnic technologií SPENO RR40-MF2. Broušení proběhlo v obou traťových kolejích i v navazujících úsecích (obr. 2).

3.2 Protihluková stěna (PHS)
Mezi km 418,668 – 418,970 vlevo ve směru staničení (tj. na vnější straně oblouku) byla navržena jednostranně pohltivá protihluková stěna výšky 2,0 m nad TK (temenem kolejnice) v celkové délce 302 m. Stěna je vzdálena průměrně 3,5 m (3,125 – 3,850 m podle místních podmínek) od osy přilehlé traťové koleje č. 1. Stěna obchází stávající stožáry trolejového vedení (TV) vně. PHS tvoří panely NOBA od výrobce MMcité+, které jsou zasazeny do ocelových H profilů. Horní panel PHS je navržen a osazen jako transparentní (obr. 3).

3.3 Nízká protihluková clona sklopná (NPC)
Nízká protihluková clona (NPC) se sklopnou funkcí je umístěna vpravo ve směru staničení (tj. na vnitřní straně oblouku) v km 418,807 – 418,963 v délce 156 m (obr. 3). Jedná se o první aplikaci NPC se sklopnou funkcí v ČR. Jedná se o clonu od výrobce Soundim z Finska, která je hliníková s povrchovou akusticky pohltivou vrstvou. Založení je provedeno pomocí ocelových mikropilot. Zpravidla je využita jedna mikropilota na typizovaný díl clony délky 4,0 m. Stěna je jednostranně sklopná a umístěna 2,09 m od osy koleje č. 2. Výška NPC je 0,86 m nad nepřevýšeným TK koleje č. 2.

3.4 Kolejnicové absorbéry
V úseku byla také provedena instalace kolejnicových absorbérů firmy Intertech plus s. r. o. Absorbéry jsou instalovány na oba kolejnicové pásy v koleji č. 1 i č. 2 v délce shodné s délkou PHS. Použity byly plnoprofilové absorbéry z pojeného gumového recyklátu s vloženým kovovým segmentem. Absorbéry byly přichyceny po obou stranách stojiny kolejnicových pásů pomocí kovových spon. Všechna aplikovaná protihluková opatření jsou patrná z obr. 3.

4. TECHNICKÉ MĚŘENÍ HLUKU

Cílem technického měření hluku bylo zjistit účinnost jednotlivých použitých typů PHO pomocí vyhodnocení a porovnání expozic zvuku v úseku trati projíždějících železničních vozidel.

4.1 Postup měření
Měřicí body byly před měřicí kampaní v roce 2018 zvoleny tak, aby následně umožnily vyhodnocení všech plánovaných opatření – tedy protihlukové stěny, nízké protihlukové clony i kolejnicových absorbérů. Měřicí body (profily) jsou dále v textu označeny jako MB1 až MB4.

Měření proběhlo vždy v souladu s normou ČSN EN ISO 3095: Železniční aplikace – Akustika – Měření hluku vyzařovaného kolejovými vozidly [1]. Během měření byl kontinuálně zaznamenáván časový rozvoj ekvivalentních hladin akustického tlaku hluku s krokem záznamu 1 s a zároveň byly pořizovány synchronní zvukové nahrávky měřeného zvuku. Mikrofony zvukoměrů na stanovišti MB1 – MB4 se nacházely na stativech tak, že jejich membrána ležela v průmětu do vodorovné roviny osy železniční trati, ve vzdálenosti 7,5 m od osy koleje č. 1 (směr Praha) ve výšce 1,2 m nad TK. Měřicí mikrofony byly vybaveny krytem proti větru. Měření probíhalo v jednotlivých měřicích bodech současně. Zároveň byly zaznamenávány meteorologické podmínky (teplota vzduchu, relativní vlhkost vzduchu, rychlost větru a barometrický tlak), které vyhovovaly stanoveným podmínkám v ČSN ISO 1996-2 Akustika – Popis, měření a hodnocení hluku prostředí – Část 2: Určování hladin akustického tlaku [2], dále typ projíždějícího železničního vozidla a jeho rychlost. Poloha měřicích bodů je znázorněna na schématu na obr. 4.

Měřicí bod MB1 se nacházel v místě realizace PHS vlevo ve směru staničení a současně v místě s použitými kolejnicovými absorbéry km 418,778. Měřicí bod MB2 se nacházel v místě s kolejnicovými absorbéry v km 418,885. Měřicí bod MB3 se nachází v místě výstavby sklopné NPC a současně v místě s kolejnicovými absorbéry v km 418,820. Měřicí bod MB4 navržený jako referenční se nachází v místě bez použití protihlukových opatření v km 419,050.

Jednotlivé měřicí kampaně byly časově realizovány následovně:

1. měřicí kampaň 24. 4. 2018 – před broušením kolejnic, bez PHO;
2. měřicí kampaň 19. 6. 2018 – 51 dnů po broušení kolejnic, před výstavbou PHO;
3. měřicí kampaň 10. 10. 2018 – po výstavbě kolejnicových absorbérů a částečně PHS (chyběly doplněné transparentní panely ve vrchní části PHS);
4. měřicí kampaň 4. 3. 2019 – po realizaci NPC a PHS.

4.2 Měřicí aparatura
Pro měření byly použity: přesný integrující ruční zvukoměry Brüel & Kjaer 2250 L, 2250, 2270 a NTI XL2. třídy přesnosti 1. Dále byl použit akustický kalibrátor Brüel & Kjaer 4230, temperature humidity logger, anemonetr, pásmo 30 m. Post procesní zpracování naměřených dat proběhlo pomocí programu B&K Type 7820 Evaluator pro zvukoměry B&K a XL2 Data Explorer pro zvukoměr NTI.

4.3 Hodnocení naměřených dat
Jednotlivé průjezdy vlakových souprav byly vyhodnoceny tak, že byly vybrány úseky časového rozvoje v rozsahu do –6 dB od špičkové ekvivalentní hladiny akustického A L_Aeq,(T) daného průjezdu pro které byly vyjádřeny expozice hluku A L_AE. Jednotlivé průjezdy byly rozděleny dle kategorie vlakových souprav na kategorie označené jako C, R a N. Do kategorie C byly zařazeny osobní vlaky jednotky ř. 471 CityElefant a Arriva, do kategorie R byly zařazeny rychlíky a vlaky Inter a Eurocity a do kategorie N byly zařazeny vlaky nákladní a kontejnerové. Vzhledem k různé rychlosti projíždějících vlakových souprav a různé délce vlakových soupravy typu R a N byly vyhodnocené expozice zvuku přepočteny do referenčních podmínek podle následujícího vztahu:

Rozšířená kombinovaná standardní nejistota provedených měření dosahuje hodnotu u = ± 2,0 dB.

5. ZHODNOCENÍ VÝSTUPU MĚŘICÍCH KAMPANÍ

Z vyhodnocených energeticky průměrných hladin expozic zvuku L_AE [dB] do referenčních podmínek přepočítaných pro jednotlivé kategorie vlakových souprav získaných v průběhu provedených měřicích kampaní lze učinit následující závěry [3]:

• Vliv broušení kolejnice
  Z teorie vzniku hluku z valení kola po kolejnici vyplývá, že čím je nižší drsnost kola i kolejnice, tím dochází ke snížení emise hluku z tohoto procesu. Protihlukové opatření v podobně broušení kolejnic je vždy doprovázeno dočasným zvýšením hlučnosti z důvodu změny drsnosti pojížděné plochy. Efektivitu broušení je nutno hodnotit vždy, až po takzvaném „provozním zajetí“ povrchu. Obvykle se předpokládá, že k „provoznímu zajetí“ dochází u silně provozovaných tratí do jednoho měsíce od provedení broušení.
  
  Broušení kolejnic ve sledovaném úseku bylo poměrně razantní, viz obr. 2, a nelze říci, že po 51denním užívání koleje byly kolejnice v celém profilu styku kola s kolejnicí hladké. Přesto lze u měřicích bodů sledovat pokles emise hluku u vlakových souprav kategorie C o cca –1 dB a u souprav kategorie N o cca –4 až –5 dB.
  
  U vlakových souprav kategorie R lze vysledovat u bodu MB1 mírný pokles do –1 dB, ale u bodů MB2 až MB3 nárůst emise hluku až o cca +2,5 dB. Je nutné si uvědomit, že měřicí body MB1 a MB4 jsou na vnější straně oblouku koleje č. 1 (tj. vpravo ve směru jízdy vlaků směr Praha) a měřicí body MB2 a MB3 na vnitřní straně oblouku (tj. vlevo ve směru jízdy vlaků směr Praha). Soupravy kategorie R zde jezdí v jiném režimu postavení dvojkolí při průjezdu oblouku než soupravy kategorie C a N.
   
• Vliv kolejnicových absorbérů
  Kolejnicové absorbéry by teoreticky měly snížit emise hluku stojiny kolejnice a zároveň omezit hluk vznikající vibracemi kolejnice jako celku. Z výstupů měření vyplývá, že u vlakových souprav kategorie C dochází k poklesu emise hluku o cca –1 dB, u souprav kategorie R k poklesu o cca –5 dB a u souprav kategorie N k poklesu do cca –1 dB.
   
• Vliv nízké protihlukové clony
  Vlivem nízké protihlukové clony došlo ke zlepšení hlukové situace v měřeném profilu o cca –7 dB.
   
• Vliv protihlukové stěny
  Vlivem protihlukové stěny došlo k výraznému poklesu jak je patrno v MB1. Je nutné si uvědomit, že měřicí bod byl umístěn v akustickém stínu dané PHS v její blízkosti. Umístění zvukoměru odpovídalo požadavku normy [1] tj. 7,5 m od sledované osy koleje ve výšce 1,2 m nad TK.

Přehledné tabelární a grafické výstupy měření jsou uvedeny na obrázcích 5 – 8.

Z provedených měření vyplývá, že očekávaný pozitivní účinek navržených PHO se naplnil a to jak v úrovni pozitivního vlivu broušení kolejí, tak i v úrovni pozitivního vlivu instalovaných kolejnicových absorbérů a nízké protihlukové clony.

6. ZÁVĚR

Ve vybrané lokalitě Praha‑Sedlec byl na koridorové trati proveden soubor prakticky všech aktuálně dostupných protihlukových opatření a bylo dosaženo útlumu při technickém měření hluku pro jednotlivé opatření od 1 dB do 7 dB. Dosažené výsledky indikují, že snížení hlukové zátěže bude identifikováno i při hygienickém měření hluku.

Z vyhodnocených energeticky průměrných hladin expozic zvuku L_AE [dB] do referenčních podmínek přepočítaných pro jednotlivé kategorie vlakových souprav získaných v průběhu provedených měření, lze učinit následující závěr: „Vlivem nízké protihlukové clony došlo ke zlepšení hlukové situace v měřeném profilu o cca –7 dB (měřeno ve vzdálenosti 7,5 m od osy koleje, ve výšce 1,2 m nad TK nepřevýšeného kolejnicového pásu)“.

Ing. Lenka Lomoz, Ph.D.
doc. Ing. Martin Lidmila, Ph.D.
Ing. Ondřej Bret
Ing. Karel Šnajdr
Ing. Petra Váňová

PODĚKOVÁNÍ
Tento příspěvek vznikl z dat měření, které byly získány na základě finanční podpory projektu „Kritická analýza nových materiálů a nových tvarů vhodných pro protihlukové stěny a návrhy na jejich použití v železniční a silniční dopravě“ financovaného Ministerstvem dopravy účelovou neinvestiční dotací na podporu rozvoje činnosti veřejné výzkumné instituce v resortu dopravy – Centra dopravního výzkumu, v. v. i. na základě Rozhodnuti č. j. 21/2017-710-VV/1 a č.j. 118/2018-710-VV/1.

RECENZE
Předmětem recenze je shrnutí měření akustického tlaku z provozu na železniční trati č. 090 Praha – Kralupy nad Vltavou – Ústí nad Labem – Děčín ve vybraném úseku Městské části Praha‑Sedlec. Řešené území se nachází v zastavěné části sídla a tvoří jej pravostranný oblouk na štěrkovém loži. Měření bylo provedeno Katedrou železničních staveb Fakulty stavební Českého vysokého učení technického a firmou Ing. Karel Šnajdr v letech 2018 a 2019.

Měření hluku bylo realizováno ve čtyřech měřicích bodech a byly vyhodnocovány čtyři stavy protihlukových opatření na vlastních kolejnicích a v okolí kolejiště – stávající stav před realizací opatření, stav po broušení kolejnic, po použití kolejnicových absorbérů a výstavby protihlukové stěny, avšak před výstavbou sklopné protihlukové clony a po realizaci všech navržených protihlukových opatření. Volba sklopné protihlukové clony a její umístění do těsné blízkosti trati, bylo z důvodu zvýšení účinnosti právě pro minimální výšku stěny, což není v článku dostatečně akcentováno.

Použitá technika, resp. měřicí aparatura, postupy měření i vyhodnocení naměřených dat jsou v souladu s platnými normami pro měření a hodnocení akustického tlaku z provozu silniční a železniční dopravy. Výstupy z měření jsou uvedeny přehledně jak v grafické, tak v tabelární podobě.

Z vyhodnocení jednotlivých fází měření před, v průběhu a po realizaci všech protihlukových opatření vyplývá zcela zřejmý pokles hodnot akustického tlaku ve sledovaných bodech. Lze konstatovat, že navržená protihluková opatření splnila svůj účel a dojde ke snížení hlukové zátěže z provozu železniční trati v jejím okolí a v chráněném venkovním prostoru blízké zástavby. První použití nízké protihlukové clony se sklopnou funkcí na území ČR se jeví jako uspokojivé a je možnost clonu aplikovat i na dalších vhodných lokalitách.

Předložený článek přehledně a jasně čtenáře informuje o účincích navřených protihlukových opatření v okolí železniční trati na území Městské části Praha‑Sedlec, změna hlučnosti je doložena přehlednými výsledky měření akustického tlaku v okolí trati.

Ing. Jan Fišer – specialista na akustiku a životní prostředí
Kancelář zelené infrastruktury Institut plánování a rozvoje hl. m. Prahy
4. 11. 2020

LITERATURA:

[1] ČSN EN ISO 3095: Akustika – Železniční aplikace – Měření hluku vyzařovaného kolejovými vozidly. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2006 (2014).
[2] ČSN ISO 1996-2 Akustika – Popis, měření a hodnocení hluku prostředí – Část 2: Určování hladin akustického tlaku Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018.
[3] KŘIVÁNEK, V. a kol. Kritická analýza nových materiálů a nových tvarů vhodných pro protihlukové stěny a návrhy na jejich použití v železniční a silniční dopravě. Závěrečná zpráva, Brno, Centrum dopravního výzkumu, v. v. i., 2018 a 2019. Zadavatel: MD ČR.