铁路声屏障附加延长量的研究VIP

铁路声屏障附加延长量的研究 王典雍 比利时 北京市朝阳区亚运村 100101 关键词：声屏障 延长量 绕射 路声屏虽然能在很大程度上降低噪声对周边环境的影响， 但是噪声在经过声屏障的边缘时，存在绕射现象，主要是声波通过声屏障的顶端绕射，对于在客运专线上行驶的列车，则不能将其看作是静止不动的声源。当列车尾部还没有完全进入屏障区域的时候， 车身激发的声波存在从屏障側沿绕过再抵达受声点的情况，如图 就需要在设计声屏障的时候，考虑一个声屏障长度的附加量，来更好的保护敏感区域。 图 种绕射的情况 wo of 、国内外对声屏障附加长度的研究 理论上， 声屏障附加长度应保证声源通过声屏障末端传至接收点的声级值较由声源经声屏障顶端绕射后的声级值低 10 声源经声屏障顶端绕射传至接收点的声级值远远高于声源在声屏障外传至接收点的声级值； 京沪高速铁路暂行规定中要求： “声屏障附加长度的计算以声波侧向绕射和侧向直达声导致声屏障插入损失降低量不大于其 10为依据，计算声屏障的附加长度” ，按照暂规要求，如图 如下公式： 12 = (132 12()/()L (1其中： 声屏障插入损失， 1无声屏障时由 点的声级值， 2有声屏障时由 点的声级值， 3由 点的声级值， 图 屏障附加长度示意图 of 铁道第三勘察设计院机械环工处推到出的声屏障附加量的公式为 19： 2221110) / + (1其中： 1L 为声源轨道中心线与敏感点的直线距离； 当声屏障的插入损失按 10式( 1以算出， 1L =40 m 时，附加长度 L =105 m 1L =60 m 时，附加长度 L =158 m 1L =80 m 时，附加长度 L =211 m 由于声屏障理论附加长度较长，在实际设计中没有实施，目前铁路声屏障附加长度一般按每侧 50 北京交通大学于 2006年对秦沈客运专线小达连段的声屏障进行了现场测试，小达连段声屏障为单侧反射式声屏障，路基高约 6m，线路为无缝、 60 /kg 面状况良好，混凝土轨枕，有碴道床，平直线路。地面状况为松软沙土。图 a. of b. of 图 试现场 of 次实验的测点布置如图 别在距线路中心线 300m，平行于线路的直线上布设了七个测点，每个测点之间的距离为 30m，目的是为了研究在屏障端部发生的声波绕射现象。 为了研究声屏障的最佳并且合理的延长量，对实验结果做如下处理：把距线路中心相同距离上的传感器从左到右一次记为 1、 2 7，将传感器测得最大声级（必然为 1号传感器所测）分别与剩下的六个传感器所测得的声级做差，做差顺序为 17、 16 12，这样得到处理的最终实验结果，如表 中的值为多次测量的平均值。 图 点布设示意图 of 验结果处理 .7 of 差情况 1 和 7 1 和 6 1 和 5 1 和 4 1 和 3 1 和 2 30m 0m 验结果按表 最左端的 1号测点值作为没有声屏障存在情况下的声级，可以通过这个值与其他测点值做差，得到插入损失；设想敏感点将分别处于传感器所在的七个测点上，比如位于 5号测点，那么 1和 5的差值将比 1和 6的差值小，如果小得不是很多，则可认为声屏障对 5号点和 6号点的保护情况接近， 则没有必要延长屏障使 5号点相对于延长后的屏障位于没有延长屏障前 6号点的位置上。 从表 1和 4的差值已经和 1和 3的差值接近（相差 ，显然从经济角度来看，花费将屏障延长 30 联邦德国和美国在声屏障延长量方面也有相关的计算公式，根据铁计 2006（ 44号） 文声屏障的延长量可以采用联邦德国及美国的声屏障延长量的计算公式进行估算。 联邦德国： 其中： 根据该公式计算可得小达连村声屏障的有效长度应为 30 美国： l=4h5h 根据该公式可得小达连村声屏障的附加长度应为（ 4（ 似为 145米。 从计算结果和我国的线路测试对比可以看出： 测试的附加长度要比计算结果短，这主要受以下的因素的因素的影响： 1 计算公式中未考虑地形等因素对声屏障附加长度的影响； 2 声屏障附加长度选取的标准不同， 如美国的作法是通过附加长度保证保护区完全不受影响，从经济性来考虑这是不合理的，声屏障附加长度选择在降噪效果增加量的拐点处是比较合理的。 二、对声屏障附加长度的仿真研究 为了研究同一列车在经过屏障时每一时刻对敏感区域的影响， 仿真中力求做保护区 护区 b d 到对这一列车运行的不同时刻的再现。具体做法为：从列车车头进入屏障开始，每运行 25米建立一个模型，直到列车车身全部驶入屏障区域。虽然每个模型都是静态的，但是只要把这些模型加以综合考虑，就不难勾勒出列车车头从进入到车身全部进入屏障区域的整个过程。 计算中依然采用了 2000条声线的默认设置；在算法上采用 其计算结果较之 同时也避免了在 计算面域为一高 24米、 长 120米的与地面垂直的平面，始终位于通过列车车身正中的垂向方向上，这样便可以得到与线路平行的横向各点的噪声值。 对数据的处理方法和上一小节中提到的方法相同， 距轨道中心同一距离上的测点数增加到 10个，最近两点间距为 25m，表 00km/ 表 真结果处理 .2 of 差情况 10 和1 10 和2 10 和3 10 和4 10 和5 10 和6 10 和7 10 和8 10 和9 10 和10 30m 60m 90m 120m 将 300号场点做差所得的数值做 5阶多项式拟合， 图 0m 各场点曲线拟合 of 0m + + + 求出其拐点为： 处，结合图 处向左（向屏障内部的方向） ，插入损失的变化趋势将变缓，可以认为在2x 左边的敏感点和2x 这一点所受的噪声的影响大致相同（表 0和 5之差只与 10和 4之差相差 ，即如果再延长屏障，使 5号点位于 4号点的位置上，使其插入损失增加 算出2x 到 6号场点（屏障端部）的距离为 以认为这个距离是声屏障在保护距轨道中心 30是，从图 障对 4号点的保护比 5号点要好一些（相差 ，综合考虑，屏障的附加长度应该在 25合经验和实验数据，以 30 图 0m、 9020 图 0m、 90m 和 120m 各场点曲线拟合 of 0m、 90m 20m 理，可以根据表 0m、 9020表 表 屏障理论延长量计算 .3 of of 距离 拐点 结合拟合曲线选取的合理拐点 理论延长量（ m） 30m 0m 0m 12345612345678910场点号插入损失60120m)多项式 (90m)多项式 (60m)120m 表 60m、 90206号场点）较近的那组拐点值，因为从图 障在这组拐点值对应的敏感点的降噪效果与这组点左面的场点还是有一定差距的， 这与实际也是相符合的，敏感区域越远，屏障所要保护的范围就应该越大 19。 再次从经济性的角度考虑，从表 020 9020，这样，把屏障延长 80以，建议声屏障的单侧附加延长量为距敏感区域最外缘的25 声屏障在降低轮轨噪声方面确实有着巨大功效，但是有两点需要考虑： 构噪声是声屏障所不能防护的； 轨噪声在总的噪声水平中所占的比例将会减小，而其他三种噪声源所占的比例将会增大。 以下将对速度为 350km/结合经济性考虑，来研究声屏障最为合理的附加延长量。 和以上提到的路基线路仿真结果的处理方法一样， 将处于平行于线路的同一断面上的各个场点的声级和这一断面上声级最大那个场点做差，得到表 表 真结果处理 .4 of 差情况 10 和1 10 和2 10 和3 10 和4 10 和5 10 和6 10 和7 10 和8 10 和9 10 和10 30m 0 60m 0 90m 3 3 0 120m 将 600号场点做差所得的数值做 5阶多项式拟合， 图 0m 各场点曲线拟合 of 0m + + + 求出其拐点为： （舍） 同理， ，但是这个点已经在屏障的外部了（ 6号场点为屏障的端部） ，即各点与同一断面上最大声级的插入损失在屏障外部一点已经开始了变缓的趋势。再结合表 10号点与 6号点的差值（屏障端部场点）也仅仅比 10号点与 1号点的差值（屏障对敏感区域保护最