（环境工程专业论文）内昆线k456370—k457900段声屏障降噪效果研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着我国铁路的不断提速和铁路网的不断完善，未来我国铁路的主要环境 问题是噪声与振动以及电磁辐射所带来的一些负面影响。作为绿色铁路建设重 点考察方面之一，噪声问题日益受到各方关注。而我国人口众多，铁路两侧尤 其是中、东部铁路两侧人口密集，故未来铁路的建设主要考虑噪声所带来的一 些环境问题。而设置声屏障作为降低噪声的一种最行之有效的方法，其应用必 然会越来越广泛。国外经济发达国家均把建造声屏障作为在改善声环境方面较 为合理、经济有效的方法。我国声屏障建设发展起步较晚，声屏障作为道路降 噪声的治理措施，在国内还是上世纪9 0 年代的事，一般用于城市高速或快速干 线上。2 0 世纪9 0 年代初，交通部在贵黄公路上修筑了百余米圬工结构的声屏障， 这是国内第一次应用于道路上作为降噪目的的措施。但到目前为止，我国铁路 声屏障还存在如铁路声屏障设计的几何高度趋近于统一高度，几乎均为在线路 以上2 - 3 m 高、声屏障的结构形式单一，大部分为直立式等缺陷，从而导致声屏 障降噪效果低下，故有必要对不同材料、厚度和高度的铁路声屏障降噪效果进 行研究。 本文首先简述了对声屏障降噪效果研究的必要性，以及目前国内外的研究 进展，总结了这方面研究的不足，并提出了本论文的研究内容。其次是系统的 归纳了声屏障的降噪效果、分类，并对国内外的铁路噪声预测模式进行了具体 的阐述，分析彼此的利弊，并以内昆铁路k 4 5 6 + 3 7 0 - - - k 4 5 7 + 9 0 0 段为例，采用 德国s c h a l l 0 3 修正模式预测了该路段火车通过时的噪声值。然后对该路段所设 置的三种声屏障后火车通过时的噪声进行了实测，并与预测值进行对比、分析 研究，得出a 声屏障降噪值l a 为1 5 3 d b ，b 声屏障降噪值l b 为1 4 2 d b ，c 声 屏障降噪值l c 为1 7 6 1 d b 。从而经过分析可知，c 声屏障的降噪效果最好，其 次是a 声屏障，最后是b 声屏障，但b 声屏障和a 声屏障降噪值差距不大， 说明声屏障降噪的好坏不仅与材料有关，还与高度和厚度有关。 本文的研究为进一步探求我国西南山区铁路声屏障的降噪效果具有一定的 参考价值。 关键词：内昆铁路；声屏障；降噪效果；铁路噪声；s c h a l l 0 3 模式 西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 a b s 仃a c t a l o n gw i t ht h ec o n s t a n tp e r f e c to fo u rc o u n t r yr a i l w a y ，m a i ne n v i r o n m e n t p r o b l e m i sn o i s ea n dv i b r a t i o na f f e c t sa sw e l la saf e wb r o u g h ta b o u tb y e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o ni sn e g a t i v eo fo u rc o u n t r yr a i l w a yi nf u t u r e r a i l w a y i n g p r i o r i t yi n s p e c t so n eo fa s p e c t ，n o i s ep r o b l e ma c c e p t se v e r ym e t h o dg r a d u a l l ya s g r e e nt op a yc l o s ea t t e n t i o nt o b u to u rc o u n t r yc o n s i d e r sal i t t l ee n v i r o n m e n t p r o b l e mb r o u g h ta b o u tb yn o i s ew i t hal a r g ep o p u l a t i o n ，o nb o t hs i d eo ft h er a i l w a y e s p e c i a l l yb o t hs i d em i d d l e ，t h ee a s tm i l w a ya r ed e n s e l yp o p u l a t e d ，t h em i l w a y c o n s t r u c t i o ni sm a i nt h e r e f o r ef u t u r e b u ti n t e r p o s es o u n db a r r i e rb e i n gg o i n gt ob e m o r ea n dm o r eb r o a da so n ek i n dt h em o s te f f e c t i v em e t h o d ，i t st h en e c e s s i t y a p p l y i n gr e d u c i n gn o i s e t h ed e v e l o p e dc o u n t r yt a k e sc o n s t r u c t i n gs o u n db a r r i e ra s t h em e t h o dh a v i n ga ne f f e c tc o m p a r a t i v e l yr a t i o n a l ，e c o n o m i c a li nt h er e s p e c to f i m p r o v i n g t h es o u n de n v i r o n m e n ta b r o a dw i t h o u te x c e p t i o n t h es t a r t i n go u rc o u n t r y s o u n db a r r i e ri sb u i l td e v e l o p i n gi sl a t e r ，s o u n db a r r i e ri sar o a dc o n q u e rn o i s e s g o v e r nm e a s u r e ，o nb e i n gu s e df o rc i t yh i g hs p e e do rf l e e t n e s sm a i nl i n el i k et h i n g h a v i n gs t i l l b e e nc e n t u r yn i n e t i e s i nt h eh o m e l a n d t h eb e g i n n i n go f1 9 9 0 s ， m i n i s t r yo fc o m m u n i c a t i o n sa p p l i e st ot h em e a s u r eb e i n gd e n o i s ep u r p o s eo nt h e r o a di nh a v i n gb u i l ta r c h i t e c t u r a ls o u n do fm o r et h a n1 0 0m e t e r so fb r i c k l a y e r b a r r i e r ，i nt h eh o m e l a n do ne x p e n s i v ey e l l o wh i g h w a yf o r t h ef i r s tt i m e o u rc o u n t r y r a i l w a ys o u n db a r r i e rr e t u r n sb a c kt oe x i s t e n c eb u tb yn o w , i ft h eg e o m e t r yt h a t r a i l w a ys o u n d b a r r i e rd e s i g n st e n d st o w a r d st h eb o r d e r i n go nu n i f i e da l t i t u d eh i g h l y ， m a j o rp a r ta r eo na n do nu p r i g h ta l m o s tt h es t r u c t u r ef o r mb e i n g2 - 3mh e i g h t ，s o u n d b a r r i e rw i t h o u te x c e p t i o na b o v et h ec i r c u i ti su n i t a r y , w a i tf o rad e f e c t ，l e a dt os o u n d b a r r i e rd e n o i s ee f f e c tt h e r e b yl o w t h e r e f o r e ，t h er a i l w a ys o u n db a r r i e rd e n o i s e e f f e c tb e i n gn e c e s s a r yt od i f f e r e n tm a t e r i a l ，t h i c k n e s sa n da l t i t u d ei si np r o g r e s s s t u d y t h em a i nb o d yo ft h et h e s i sh a sb e e ns k e t c h e df i r s tt ot h en e c e s s i t yt h a ts o u n d b a r r i e rd e n o i s ee f f e c ts t u d i e s ，h o m ea n da b r o a dr e s e a r c hh a sp r o g r e s s e da n da t p r e s e n t ，h a ss u m m e du pt h ed e f i c i e n c yt h a tt h i sa s p e c ts t u d i e s ，a n dh a sb r o u g h t f o r w a r dt h et h e s i sr e s e a r c hc o n t e n t a n dt ob ee f f e c t ，c l a s s i f i c a t i o nh a v i n gs u m m e d u ps o u n db a r r i e rd e n o i s es e c o n d l ys y s t e m a t i c a l l y , t h er a i l w a yn o i s et oh o m ea n d 西南交通大学硕士研究生学位论文第l li 页 a b r o a df o r e c a s t sap a t t e r nh a v i n gc a r r i e do u tc o n e r e t ee x p o u n d i n g ，a n a l y s e se a c h o t h e ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，i ta r ea l le x a m p l ep a r a g r a p h s ，a d o p tg e r m a n y s c h a l l 0 3t oa m e n dt h en o i s ev a l u et h a tt h ep a t t e r nh a sf o r e c a s tw h e nt h a ts e c t i o n t r a i np a s s e si nt h es e c t i o nf r o mk 4 5 6 + 3 7 0t ok 4 5 7 + 9 0 0o fn e i j i a n g - k u n m i n g r a i l w a y a n dt h er e a l i t yh a v i n gb e e ni np r o g r e s st h e nt ot h en o i s eo w i n gt h r e ek i n d s s o u n db a r r i e rq u e e n ss e tu pb ys e c t i o nat r a i nw h e np a s s i n gi sm e a s u r e d , t h e c o m p a r a t i v ea n a l y s i sb e i n gi np r o g r e s sw i t hf o r e c a s t i n gv a l u ea n ds t u d i e s ，r e a c ha s o u n db a r r i e rd e n o i s ev a l u el ab e i n g1 5 3d b ，bs o u n db a r r i e rd e n o i s ev a l u el bi s 1 4 2d b cs o u n db a r r i e rd e n o i s ev a l u el ci s1 7 6 1d b t h e r e b yt h r o u g h , a n a l y s eb u t k n o w , cs o u n db a r r i e rd e n o i s ee f f e c ti sb e s t ，i sas o u n db a r r i e rs e c o n d l y i sbs o u n d b a r r i e rf i n a l l y , bs o u n db a r r i e ra n dt h eas o u n db a r r i e rd e n o i s ev a l u eg a pa r en o tb i g b u t ，e x p l a i nt h a ts o u n db a r r i e rd e n o i s eg o o d n e s sa n db a d n e s si sc o n n e c t e dw i t h m a t e r i a ln o to n l y ，i sc o n n e c t e dw i t ha l t i t u d ea n dt h i c k n e s s t h em a i nb o d yo ft h et h e s i sr e s e a r c hi st h a tt h ed e n o i s ee f f e c ts e e k i n go u r c o u n t r ys o u t h w e s tm o u n t a i nr a i l w a ys o u n db a r r i e r f u r t h e rh a sc e r t a i nr e f e r e n c e v a l u e k e yw o r d s ：n e u i a n g - k u n m i n gr a i l w a y ：s o u n r o o f i n gb a r r i e r ；t h en o i s er e d u c t i o n e f f e c t ；r a i l r o a dn o i s e ：t h es c h a l l 0 3m o d e l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 课题的提出 第1 章绪论 铁路是社会发展的产物【，随着社会经济的快速发展，人们劳动生产率的 提高，对出行的舒适性要求也在提高，铁路作为一种重要的交通工具日益得到 快速发展 2 1 。目前，我国铁路交通在经历几次大提速后，铁路交通运输在经历 “质”的飞跃。建国5 0 多年来，我国铁路建设事业取得了令人瞩目的成绩，按 照铁道部的中长期铁路网规划，自2 0 0 4 年起，规划建设客运专线1 2 万公里 以上，客车速度目标值达到每小时2 0 0 公里及以上；规划建设新线约1 6 万公里： 规划既有线增建二线1 3 万公里。到2 0 1 0 年，铁路网营业里程达到8 5 万公里 左右，到2 0 2 0 年，全国铁路营业里程达到l o 万公里。铁路以其速度快、运能 大、能耗低、污染小等一系列的技术优势适应了现代社会经济发展的新需求。 但是由于城市社会、经济发展的需要，逐渐形成“城市包围铁路，铁路分割城 市”的新格局【3 1 ，随之产生了以噪声为主的城市环境问题。随着铁路速度的提 高，噪声日益成为城市和人群密集地区制约铁路进一步发展的重要影响因素。 如何降低铁路环境噪声对敏感点影响直是环境保护工作者的重要任务之一。 作为绿色铁路建设重点考察方面之一，噪声问题日益受到各方关注。为了有效 的控制铁路高速化所产生的噪声对周围环境的影响，还有很多问题需要我们做 大量的工作。 现今世界各国都非常重视铁路噪声污染问题，1 9 9 5 年召开的第五届国际铁 路噪声会议( i n t e r n a t i o n a lw o r k s h o po i lr a i l w a yn o i s e ) 上，就对法律、环境和 研究做出了明确的规定。鉴于此，欧洲的许多国家都采取了相应的措施，并确 定了关于噪声的欧洲政策( e u r o p e a n p o l i c y o n n o i s e ) ，其中当然包括铁路噪声。 在铁路噪声的分析、预测和降噪措施方面，日本和德国走在前列。日本的 噪声研究工作在指导实际的铁路和公路防噪设计上都起到了非常关键的作用。 他们的关于降低噪声污染的研究现在已经被贯彻到了铁路车辆的设计中，从根 本上降低高速铁路的噪声污染。而且现在日本沿线的高架桥和高速公路及市区 的轨道交通和铁路沿线均采用了防噪设计，使噪声值降低到允许范围内，取得 了满意的效果h j 。在德国，关于噪声对环境的影响已经有明确的法规和规范， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 用于指导工程的设计和实施 5 1 。 1 9 9 4 年我国第一条准高速路一广深线( 1 6 0 k m h ) 投入运营以来【6 】，我国铁 路系统各科研院、所正在积极地研究符合我国国情的高速技术。1 9 9 9 年5 月我 国生产出一台时速达2 2 0 k m h 的“子弹头”动力车；2 0 0 0 年9 月株洲电力机车 厂研制出一台时速达3 0 5 k m h 的“南箭号”动力车【”。在我国首次2 0 0 k m h 以 上高速铁路论证会上，专家提出与高速铁路行车速度有关的环境因素，主要有 大气污染与噪声污染，并认为噪声干扰对社会的影响最大，严重影响了铁路两 侧居民的正常工作和学习生洲引。 我国在铁路噪声控制的研究上相对落后于日本、西欧等发达国家，但是， 近年来随着社会、经济发展，越来越重视环境问题。在工程项目环保措施上的 投入逐年增加，这就为广大研究人员提供了较好的研究条件1 9 1 。在铁路噪声控 制研究领域活跃着许多专家和学者，产生了很多研究成果 1 0 - 1 2 】，并逐步指导着 工程的设计和实施。 而目前国内外对从噪声传播途径上降低铁路噪声的处理措施主要有两种： 一种是在铁路两旁种植树木以降低噪声。研究表明1 1 3 。1 4 1 ，声波通过高于声线1 m 以上的密集植物丛时，即会因植物阻挡而产生声衰减。在一般情况下，松树林 带能使频率为1 0 0 0 h z 的声音衰减3 d b 1 0 r n ；杉树林带为2 8 d b 1 0 m ；槐树林带 为3 5 d b 1 0 m ；高3 0 c m 的草地为0 7 d 1 3 1 0 m 。从以上数据可看出，种植树木虽 可以使声音衰减，但衰减值却很小。另外一种是在铁路轨道两侧树立声屏障。 声屏障是一种设置在噪声源和受声者之间的防噪声设施，对交通噪声等移动性 的声源能够起到有效的防治作用。研究表明【i 孓1 6 】，一般人工设计的声屏障最多 达5 - 1 2 d b 降噪效果，全封闭式的声屏障降噪效果可达2 0 3 0 d b 。 随着我国铁路高速化进程的加快，噪声问题必将成为制约高速铁路发展的 一大障碍。因此，要发展高速铁路，如何解决好噪声问题是必要的。而设置声 屏障作为降低噪声的一种最行之有效的方法，其应用必然会越来越广泛。国外 经济发达国家均把建造声屏障作为在改善声环境方面较为合理、经济有效的方 法【。 1 2 研究现状分析 道路交通噪声评价是环境、交通和声学等学科的交叉研究领域，铁路声屏 障降噪效果是根据列车的类型、列车的流量、铁路两侧的环境及背景噪声等多 种因素，并确定声屏障建成前后的声级值，从而计算出插入声屏障的噪声衰减 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 值，以此来评价声屏障降嗓效果的好坏。 1 2 1国内外道路声屏障应用现状 声屏障技术在降噪应用中，是一种最简单有效的方法，也是最经济的方法。 设置声屏障是控制交通噪声的重要措施。美、日、法等国早在6 0 年代就已开展 了声屏障理论的研究，并实施了许多具体工程。据统计【l 聊，美国联邦公路局 1 9 7 9 年列入计划或正在建设的道路声屏障为1 4 0 0 公里，截止1 9 8 1 年，已建造 了3 0 0 公里，其中许多工程由私人开发建造，费用高达1 1 0 0 万元。目前香港已 修建了6 3 1 3 公里长的道路声屏斟2 0 1 。日本至1 9 9 0 年全部道路的声屏障总长度 已达1 5 7 3 公型”- 2 2 1 。许多发达国家如日本、英国、法国，声屏障在1 9 7 3 年就 已形成工业产品，每年的建造量达几万平方米，法国还在1 9 8 8 年由政府部门组 织，举办了适用于各种场所使用的声屏障比赛 2 3 1 。道路声屏障在发达国家已被 普遍采用，而且实施标准、工程造价及其与道路景观的协调均较完善。 目前，日本新干线总长2 2 0 0k i n ，以最新及最老的2 条新干线声屏障工程 应用为例：1 9 9 7 年开业的北陆新干线约9 7 的区段设置声屏障，1 9 6 4 年开业的 东海道新干线约6 0 的区段设置声屏障，可见声屏障设施在日本新干线己广为 应用，成为降低环境噪声的主要措施之一。目前日本新干线的声屏障形式主要 可分为2 种，一种为直立式，一种为顶部改良型( 如倒l 型，干涉型、山型等) 。 对于1 9 “年最早开业的东海道新干线，直立式声屏障占6 0 左右，改良型声屏 障占2 5 左右；对于1 9 9 7 年开业的北陆新干线，直立式声屏障占7 7 左右，改 良型声屏障占2 0 左右；声屏障的降噪效果对于常见的直立式2 m 高声屏障， 在距离铁路中心线路2 5 m ，距地高1 2 m 处，一般可降低噪声6 - 1 0 d b ( a ) ：在声 屏障顶部加高或改变形状，可附加降低噪声2 d b ( a ) 左右 2 4 - 2 5 1 。日本新干线声屏 障材料主要包括钢筋混凝土板、透明p c 、g r c 板( 玻璃纤维增强水泥轻质板) 、 耐候性聚丙稀材料、新研制开发的轻型混凝土发泡材料及纤维吸声材料。其建 设费用约在每米4 0 1 0 0 0 美元间。开发新型声屏障材料及形状，虽然其造价较 高，但可减轻单位面积重量，降低总体建设费用，如日本新干线每节省l t m 的 重量，施工费用可减少3 。此外透明声屏障及干涉型山型声屏障，在保证相同 降噪效果的同时，增加了车内旅客对外环境视野的可透视性要求，提高了舒适 性，并改善了因建设声屏障对周围建筑物的日照影响【2 6 - 2 7 。欧洲铁路特别是高 速铁路的发展已经有很多年的历史，其起步的时间基本上是绿色和平运动风起 云涌的时代，这个时代同时也是欧洲各国经济和国力高速增长的时代，因此， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 作为环保措旋的重要方面，铁路声屏障从一开始就得到了充分的重视，并且落 实在规划、设计、施工和运行管理的各个环节上。 我国从上世纪9 0 年代中期开始，在广深线石龙桥、京广线郑州铁一中等 处建造了铁路声屏障，积累了设计，施工等方面的经验，此后在北京城区、内 昆铁路、京秦铁路、秦沈客运专线、宝兰铁路等主要铁路干线开始了较大规模 的声屏障建设。至2 0 0 3 年底，我国已建成的铁路声屏障约2 0 公里左右，其中 9 0 以上的声屏障结构形式为直式，9 5 以上的声屏障采用了吸声材料。上述声 屏障对应其保护目标的降噪效果在o 2 1 6 3d b a 间，取得了一定的降噪效果娜】。 随着国务院2 0 0 4 年批准的中长期铁路网规划的实施，今后还将建造大量的 声屏障，保护沿线的声环境，实现铁路建设与环境的和谐发展。 1 2 2 国内外道路声屏障技术发展趋势 道路声屏障设计是一种多目标多约束的工程技术问题，它们在布置、形式、 材料、结构、构造以及外观装饰等方面的选择都必须满足局部景观的需要，同 时还要保证经济性、实用性及耐用性。道路声屏障会产生压抑感和廊道效应， 这种效应的强度与行驶速度和屏障距行驶车辆的距离，声屏障的高度、色彩以 及形状有关。声屏障的存在对人( 驾驶员、乘客和当地的居民) 的影响主要通 过视觉来实现，孤立的和裸露的道路声屏障的视觉影响强度比经特殊处理的与 局部自然环境相协调的声屏障要大得多。这些影响主要包括产生眩光、影响驾 驶员的视距和道路线形判断、影响驾驶员对道路交通标志的识读、遮挡行人和 居民的视线等。声屏障设计除了要克服上述的负面影响外，还必须满足必要的 抗破坏性能 2 8 1 。 近年来，国内外道路声屏障技术不断发展，总的来说有如下趋势 2 9 3 1 】：( 1 ) 注重道路声屏障与景观协调设计；( 2 ) 多用低成本材料建造道路声屏障；( 3 ) 声屏障构造形式的有效性；( 4 ) 提倡在声屏障内、前后种植各类植物；( 5 ) 有 源降噪声屏障的研究；( 6 ) 平行道路声屏障设计研究。 1 2 3 声屏障降噪的研究 声屏障是设于噪声源和受保护区( 敏感点) 之间的声学障板，是敞开空间 作业场所控制局部环境噪声污染的重要措施之一，其作用是阻挡从声源至受声 点的直达声，使绕射声尽量少，使欲保护的建筑、环境场所处于声阴影区内。 声屏障降噪主要是通过声屏障材料对声波进行吸收、反射等一系列物理反应来 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 降低噪音，据测试采用声屏障降噪效果可达1 0 d b 以上。声屏障按其结构外形可 分为：直壁式、圆弧式；按降噪方式可分为：吸收型、反射型、吸收一反射复 合型；按其材质可分为：轻质复合材料、圬工材料等。由于声屏障的类型各异， 所以在降噪效果、造价、景观方面各有特剧3 2 】。因此，在选用声屏障时，应根 据受声点的敏感程度、当地的经济状况、自然环境来合理选择适用的声屏障类 型。 根据国外的发展情况来看，声屏障作为交通噪声治理的一种有效手段，得 到了较大的发展。目前，国外对声屏障的研究主要集中在高速铁路上，如法国 t g v 大西洋线高速铁路共建隔音墙2 4 2 4 0 m ，土围堤1 1 0 0 0 m ，对巴黎及其郊区 的1 7 0 0 m 处外墙面作了防噪声处理，该线对声屏障的研究比较完善。日本由于 国土紧张，新干线沿线稠密的居民区基本上连绵不断，噪声污染问题十分严重， 在距新干线2 0 0 m 处的居民仍受到噪声的干扰。因此，日本高速铁路的环境问 题主要是噪声问题。为解决该线噪声问题，铁路部门修建了5 3 5 k m 隔音墙，在 沿线住宅密集区2 2 0 0 0 个家庭修建防噪声设施，该线对声屏障的研究同样比较 完善。 我国铁路声屏障降噪效果问题研究起步较晚但是发展很快，在这一领域活 跃着很多专家，其中铁道部劳动卫生研究所、西南交通大学牵引动力实验室、 上海交通大学等科研单位均取得大量成果。 目前我国铁路干线两侧已建成的声屏障，路堤声屏障约占7 0 ，桥梁声屏 障约占3 0 ；8 5 以上的声屏障高度为2 - 3 m ；9 0 以上的声屏障结构形式为直 立式。对于路堤声屏障，2 5 m 3 5 m 高的吸声式直立声屏障在的降噪效果为 3 6 6 5 d b a ；4 m 6 4 m 高的吸声式直立声屏障降噪效果为8 6 1 1 2 d b a ；1 0 9 m 高的吸声式直立声屏障降噪效果为1 7 4 d b a ；可见目前铁路声屏障设计中，趋 向统一设计高度为2 - 3 m 高的路堤式声屏障，对铁路边界处的实际降噪效果仅为 3 6 6 5 d b a ；对于桥梁声屏障，2 m 3 m 高的吸声式直立声屏障归一化后的降噪 效果为1 0 5 1d b a ，降噪效果更为有刚”】。目前我国既有铁路部分声屏障的降 噪效果见表1 - 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 京广线郑州 1 0 5 4 1 0 9 m 高吸 一中声直立式 7 京北京夕5 3 6 75 2 m 高吸声 照寺直立式 山 内 明湖路4 6 3 8 大桥 昆 线 津浦线 k 8 3 1 线路 所 4 m 高吸声 直立式 2 m 高吸声 直立式 2 - 3 m 高吸声 直立式 安边中4 5 03 5 m 高吸声 小学直立式 横江镇2 4 2 1 42 - 3 m 高吸声 2 8 大桥直立式 1 2 7 5 2 5 m 高吸声 直立式 1 0 4 ( l 啡4 h ) 0 2 7 3 ( l e q ，1 b ) 2 8 - 3 4 ( 【l h ) 9 ( l 1 h ) 1 4 2 1 6 3 ( l 矩1 h ) 4 2 - 4 7 ( l l h ) 路 堤 亩 屏 障 桥 梁 亩 屏 障 路堤声 屏障 桥梁 声屏障 6 5 - 9 9 ( l # 路堤声 t p t a )屏障 1 3 研究的目的、意义和内容 1 3 1 研究的目的和意义 国外在穿过市区和居民居住区的高速公路、铁路、高架桥两侧等场合普遍 设有声屏障，实现了其他手段所不能替代的效果。美、日、法等国于2 0 世纪6 0 年代己开展了声屏障的理论方面的研究，并实施了大量工程。声屏障在发达国 家不仅被普遍采用，而且在实施标准、经济造价及道路景观的协调上，均形成 可借鉴的经验，我国由于经济相对落后，在现阶段不可能大规模的建设声屏障， 但是在许多路段，声屏障的建设已经到了刻不容缓的地步。为了更有效地发展 道路建设项目环保投资的效用，使道路建设与环境保护得以协调地发展，在建 设道路声屏障的时候，不仅考虑声屏障的技术效果，还要考虑声屏障的经济效 果。 4 2 5 o 6 5 n 吼 i l l 跏 嬲 觯牲瓣姗北福唐特 线 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 随着近年来城市轨道交通、高等级公路、高速铁路等的加速建设，各类道 路声屏障也得到日益广泛的普及，逐渐成为环保行业的工程热点之一。但我们 也应该注意到，随着道路声屏障工程的大量建设，越来越多的问题随之而来， 例如不少声屏障的降噪作用和实际效果也参差不齐，部分声屏障建造费用很高 但降噪效果却不明显，声屏障的设计、制造、降噪效果的评价指标及降噪效果 的预测、实地测量等环节还不够规范。而我国铁路声屏障应用除了上述问题外， 还存在一些自身的问题，具体如下【“j 。 ( 1 ) 目前铁路声屏障设计的几何高度趋近于统一高度，几乎均为在线路以 上2 3 m 高。 ( 2 ) 目前既有铁路声屏障的结构形式单一，大部分为直立式。 ( 3 ) 目前既有铁路声屏障使用的材料颜色单一，几何形状单调，若将来在 城市中大量采用单一色调、单一形状的声屏障，可能会带来某些城市景观的负 面影响：不透光式的声屏障还会导致沿线保护目标的日照影响问题。 ( 4 ) 桥梁声屏障的结构辐射噪声影响不容忽视，该问题在既有城市轨道交 通声屏障建设中已成为突出的问题，如北京城市铁路桥梁声屏障的降噪效果， 低于同等边界条件下的路堤声屏障效果约3 - 4d b ，该结果主要因高架桥梁结构 及声屏障结构的辐射噪声影响所致。因此铁路桥梁声屏障建设中应引以为鉴。 而评价声屏障好坏的重要标准就是其降噪效果，故对声屏障降噪效果的研 究不仅具有理论意义还具有现实意义。 本文将对内昆铁路k 4 5 6 + 3 7 0 - - - - k 4 5 7 + 9 0 0 段所设置的声屏障的降噪效果进 行分析、评价和对比，从而为铁路声屏障在设计与建造的实际工程中提供解决 以上问题的思路和方法。 1 3 2 研究内容 交通噪声在当前日益强调“绿色交通”的前提下越来越受到人们的重视【3 引。 铁路噪声对周围环境的影响程度取决于铁路车辆的车辆噪声辐射以及周围的传 播环境。基于我国铁路声屏障降噪效果等相关研究还处于探讨阶段，本文拟在 运用国外成熟的铁路预测模式来预测无声屏障火车通过时噪声的基础上，并结 合实地监测数据，对声屏障降噪效果进行分析和对比，使之真正能够对我国声 屏障的设置起指导作用。 本论文下面章节具体研究的内容如下：第2 章，简要的阐述了我国铁路噪 声标准、噪声源，并对声屏障的降噪原理和种类进行了系统的介绍；第3 章， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 对西南山区铁路内昆铁路k 4 5 6 + 3 7 0 - - k 4 5 7 + 9 0 0 段的地形进行了分析，指出只 能用噪声预测模式对无声屏障时的铁路噪声进行预测，并对国、内外的铁路噪 声预测模式进行了简介，分析各噪声预测模式的利弊，最后结合我国铁路的实 情，采用德国s c h a l l 0 3 预测模式来预测该路段铁路噪声。第4 章，对内昆铁路 k 4 5 6 + 3 7 4 5 7 + 9 0 0 段所设置的三种声屏障进行了简介，并对声屏障后噪声 实测实验的布点方法、测试方法等做了简要的介绍，最后对声屏障的降噪效果 进行了分析和对比。最后是结论和展望，是对全文的总结，并对今后的工作趋 向做了简要叙述。 1 4 研究的方法和技术路线 1 4 1 研究方法 ( 1 ) 模拟数学计算； ( 2 ) 试验监测； ( 3 ) 分析、比较和归纳。 1 4 2 技术路线 本论文研究以数学模拟和现场实测为基础，研究过程遵循“背景、现状分 析、资料收集一数学模拟一建立模型一现场实测一对比分析”的研究思路。本 论文的技术路线如图1 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图1 - 1 论文研究技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 第2 章我国铁路噪声标准、噪声源及声屏障简析 2 1我国铁路噪声标准简介 铁路噪声的影响能波及整个行驶全程，受其影响比较严重的是临近铁路沿 线的城镇、村庄等敏感对象。铁路噪声评价标准就是为控制工程设计、铁路环 境影响评价和铁路环境管理提供依据【3 ”。 我国铁路噪声评价执行铁路边界噪声限值及其测量方法( g b l 2 5 2 5 9 0 ) 、 城市区域环境噪声标准( g b 3 0 9 6 9 3 ) ，见表2 1 ，2 2 。 表2 - 1 铁路边界噪声限值( 单位：l a d b ) 时间噪声值 昼间 夜间 7 0 7 0 ( 注：本限值中的昼、夜间的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化 划定。适用范围：本标准适用于城市铁路边界距铁路外侧轨道中心线3 0 m 处的 噪声的评价。) 表2 - 2 城市区域环境噪声标准( 单位：l m d b ) ( 注：各类标准适用区域：( 1 ) 0 类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级 宾馆区等特别需要安静的区域，位于城郊或者乡村的这一类区域分别按严于0 类标准5 d b 执行。( 2 ) l 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居 住环境可参照执行该类标准。( 3 ) 2 类标准适用于居住、商业、工业混杂区。( 4 ) 3 类标准适用于工业区。( 5 ) 4 类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区 域，穿越城区的内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧的背景噪 声限值也执行该类标准。) 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 2 铁路边界噪声测量方法h 2 1 ( 1 ) 测点原则上选在铁路边界高于地面1 2 m ，距反射物不小于l m 处。 ( 2 ) 测量条件。1 ) 测量仪器：应符合g b 3 7 8 5 中规定的i i 型或i i 型以上 的积分声级计或其他相同精度的测量仪器。测量时用“快档”，采样间隔不大 于l s 。2 ) 气象条件：应符合g b 3 2 2 2 中规定的气象条件，选在无雨雪的天气 中进行测量。仪器应加风罩，四级风以上停止测量。 ( 3 ) 测量内容及测量值。1 ) 测量时间：昼夜、夜间各选在接近机车车辆 运行平均密度的某一个小时，用其分别代表昼间、夜间。必要时，昼间或夜间 分别进行全时段测量。2 ) 用积分声级计( 或具有同功能的其他测量仪器) 读 取1 h 的等效声级( a ) ：d b 。 ( 4 ) 背景噪声应比铁路噪声低1 0 d b ( a ) 以上，若两者声级差值小于1 0 d b ( a ) ，按表2 3 修正。 表2 - 3 r i b ( a ) 2 3 铁路噪声源分析 铁路噪声很复杂，随着铁路速度的提高，噪声源发生了变化，噪声强度也 增大，影响范围扩大。铁路固有的转动噪声和构造噪声，以及铁路由于高速运 动所造成的空气动力噪声更是增加了噪声的复杂性。但目前为止，铁路噪声源 主要包括线路噪声、站场噪声和工厂噪声三大部分。 2 3 1 线路噪声 我国铁路线路噪声源主要由机车噪声、车辆噪声，以及桥梁结构噪声所组 成。 ( 1 ) 机车噪声。机车噪声源包括车内噪声和车外噪声两大部分，其中车内 噪声包括司机室、动力室、冷却室噪声；车外噪声包括机车鸣笛噪声、运行和 定置辐射噪声及排气噪声。 ( 2 ) 车辆噪声。车辆噪声主要由轮轨噪声和空气动力噪声组成。国内外研 究表明，当列车运行速度低于2 0 0 k m h 时，轮轨噪声占总噪声能量的6 3 ，空 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 气动力噪声仅占6 以下，因此轮轨噪声是车辆噪声的主要声源。 ( 3 ) 桥梁结构噪声。铁路在通过城市区域时，由于与河流、公路和铁路交 叉，需建造各种结构的桥梁，其中包括高架桥。当列车通过这些桥梁时，由于 引起桥梁上的各种构件的振动而向外辐射噪声，此声源称为桥梁结构噪声。 2 3 2 站场噪声 站场噪声以广播喇叭噪声、车辆减速器噪声、内燃机车负荷实验噪声最为 典型。 ( 1 ) 广播喇叭噪声。铁路站场中，一般都装有有线广播系统，用于作业的 指挥联络，由于其昼夜连续性作业特点，广播声对周围环境往往也成为一种噪 声干扰源。广播喇叭噪声主要由语言噪声、调频和电噪声组成。距喇叭中心l o m 以外处，后两者噪声对听觉和环境的影响极微弱，因此广播喇叭噪声主要取决 于语言噪声。 ( 2 ) 车辆减速器噪声。车辆减速器是安装在铁路编组站驼峰、调车场的溜 放线路上，用以调整车组溜放速度的车辆溜放调速设备，由于减速时车轮与减 速器之间的摩擦，发出刺耳的高频噪声，其噪声水平与车辆溜放速度、车辆载 重、车辆编组密度有关。 ( 3 ) 内燃机车负荷实验噪声。铁路内燃机车维修后，为保证机车在运行中 经常处于良好的技术状态并稳定可靠工作，一般常规性的要对机车功率进行重 新确定，这种电传动内燃机车负荷实验又叫水阻试验。试验一般在铁路内燃机 务段和机车修理厂的水阻试验台上进行，在试验中由于柴油机噪声高，试验时 间长，对周围环境会产生较大影响。其噪声源主要来自机车的动力机组和辅助 设备，由空气动力性噪声、机械噪声、燃烧噪声和电磁交流噪声组成。 2 3 3 工厂噪声 工厂噪声除一般的通用设备噪声源外，还有专用设备噪声源，如液力传动 实验室机器间、耦合实验机器间、轮枕振动台、桥梁振动台等。其噪声水平如 表2 - 4 示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 液车传动试验室机器问 耦合器试验机器间 轮枕振动台初振 加压振 桥梁振动台 轴承冷镦机 1 l o 1 2 2 1 0 9 - 1 1 2 1 1 0 1 1 4 1 1 5 1 1 7 1 0 2 测点距声源距离1 0 m ，距地 面高度1 5 m 2 4 声屏障 2 4 1 声屏障的设计原理 声屏障是一种专门设计的立于噪声源和受声点之间的声学障板，它通常是 针对某一特定声源和特定保护位置( 或区域) 设计的。声屏障是降低地面运输 噪声的有效措施之一。一般3 - 6 m 高的声屏障，其声影区内降噪效果在5 - 1 2 d b 之间。 当噪声源发出的声波遇到声屏障时，它将沿着三条路径传播( 见图2 1 a ) ： 一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分穿透声屏障到达受声点；一部 分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿 这三条路径传播的声能分配。 ( 1 ) 绕射。越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声 能小。直达声与绕射声的声级之差，称之为绕射声衰减，其值用符号厶厶表示， 并随着西角的增大而增大( 见图2 1 b ) 。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与 声屏障三者几何关系和频率的函数，它是决定声屏障插入损失的主要物理量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 r c l 声波的反射 图2 - 1声屏障绕射、反射路径图 ( 2 ) 透射。声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。穿透声屏障 的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用 传声损失儿来评价。死大，透射的声能小；死小，则透射的声能大，透射的 声能可能减少声屏障的插入损失，透射引起的插入损失的降低量称为透射声修 正量。用符号4 厶表示。通常在声学设计时，要求死厶厶1 0 d b ，此时透射 的声能可以忽略不计，即厶厶。0 。 ( 3 ) 反射。当道路两侧均建有声屏障，且声屏障平行时，声波将在声屏障 间多次反射，并越过声屏障顶端绕射到受声点，它将会降低声屏障的插入损失 ( 见图2 1 c ) ，由反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量，用符 号厶厶表示。 为减小反射声，一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结