铁路声屏障设计计算书-绕射衰减计算

铁路声屏障设计计算书（绕射衰减计算）项目名称：XX铁路扩能改造工程声屏障设计设计阶段：施工图设计阶段文件类型：计算书文件编号：TL-SPZ-2026-JS-001设计专业：环境工程/噪声控制编制单位：XX设计研究院有限公司职务姓名签字日期编制校核审核批准二〇二六年九月铁路声屏障设计计算书（绕射衰减计算）第3页/共4页目录1概述 31.1编制目的 31.2编制依据 31.3工程概况 41.4计算范围与内容 42设计参数 42.1声源特性参数 42.2受声点参数 52.3声屏障设计参数 52.4环境参数 63绕射衰减计算原理 63.1声屏障降噪基本原理 63.2菲涅尔数与声程差 73.3线声源绕射衰减计算公式 73.4有限长声屏障修正 84几何参数计算 84.1几何模型 84.2声程差计算 84.2.1声源至屏障顶端距离A 84.2.2受声点至屏障顶端距离B 94.2.3声源至受声点直线距离d 94.2.4声程差δ 94.3有限长屏障遮蔽角计算 95绕射声衰减量计算 105.1菲涅尔数计算 105.2无限长屏障绕射声衰减量 105.3有限长屏障修正 116A计权插入损失计算 126.1A计权修正值 126.2插入损失频谱分析 126.3A声级插入损失综合计算 126.3.1设置屏障前A声级 126.3.2设置屏障后A声级 136.3.3A计权插入损失 137安全核验与修正分析 137.1透射声修正核验 137.2反射声修正核验 137.3安全系数考虑 147.4规范限值核验 147.5屏障高度敏感度分析 148结果分析与工程指导意义 158.1计算结果汇总 158.2达标性分析 158.3工程指导意义 168.3.1设计优化建议 168.3.2施工注意事项 168.3.3运营期维护建议 169结论 17免责声明 17

1概述1.1编制目的为合理确定XX铁路扩能改造工程声屏障的声学设计参数，科学评价声屏障对铁路噪声的绕射衰减效果，保障沿线声环境敏感目标的噪声达标，根据相关规范和设计要求，编制本计算书。本计算书针对铁路声屏障的绕射衰减进行系统计算与分析，为声屏障的结构选型、高度设计及工程实施提供技术依据。1.2编制依据本计算书的编制主要依据以下标准、规范和技术文件：《声屏障声学设计和测量规范》（HJ/T90-2004）《铁路声屏障声学构件技术要求和测试方法》（TB/T3122-2019）《声学建筑和建筑构件隔声测量第3部分：建筑构件空气声隔声量的实验室测量》（GB/T19889.3-2005）《声学户外声传播衰减计算第2部分：一般计算方法》（GB/T17247.2-1998）《声环境质量标准》（GB3096-2008）《铁路边界噪声限值及其测量方法》（GB12525-90）《环境影响评价技术导则声环境》（HJ2.4-2009）《铁路技术管理规程》（最新版）XX铁路扩能改造工程可行性研究报告及批复文件项目沿线敏感点现场监测数据与勘察资料1.3工程概况XX铁路扩能改造工程位于我国华东地区，线路全长约128km，设计时速200km/h，为双线电气化铁路。本段线路穿越城镇密集区，沿线分布有居民区、学校、医院等多处声环境敏感目标。为有效控制铁路运营噪声对沿线敏感点的影响，拟在敏感区段设置直立式声屏障。本计算书选取代表性敏感点——XX村居民点作为计算对象，进行声屏障绕射衰减的详细计算与分析。该敏感点位于线路左侧，距线路中心线约35m，共有常住居民约120户，声环境功能区划为2类区。1.4计算范围与内容本计算书的主要内容包括：声屏障绕射衰减基本原理、几何参数确定、菲涅尔数计算、绕射声衰减量计算（含无限长与有限长声屏障）、A计权插入损失计算、透射声修正、反射声修正、安全核验及结果分析等。计算频段覆盖63Hz～8000Hz的1/1倍频程，重点分析500Hz等效频率下的衰减特性。2设计参数2.1声源特性参数根据《铁路边界噪声限值及其测量方法》及相关研究资料，铁路列车噪声可按线声源处理。本计算采用CRH系列动车组的典型噪声频谱特性，列车运行速度取设计时速200km/h，车长取200m，列车间隔按运营期近期20对/日计。声源等效高度取轨面以上0.5m（轮轨噪声为主）。表2-1列车噪声倍频带声功率级（单列车）中心频率(Hz)631252505001000200040008000声功率级(dB)9810210510810610398922.2受声点参数受声点选取XX村居民点代表性建筑物二层窗外1m处，距地面高度为4.2m。受声点距线路中心线水平距离为35m，距最近轨道中心线水平距离为31.5m。2.3声屏障设计参数根据初步设计方案，声屏障采用直立式金属吸声型声屏障，主要设计参数如下：表2-2声屏障主要设计参数参数名称参数值单位备注屏障型式直立式吸声型—金属复合结构屏障高度3.5m轨面以上屏障长度800m单侧设置屏障距线路中心线距离4.0m近轨侧屏体厚度0.14m—计权隔声量Rw≥30dB满足TB/T3122降噪系数NRC≥0.70—满足TB/T3122立柱间距2.0mH型钢立柱2.4环境参数计算采用标准气象条件：环境温度20℃，相对湿度70%，大气压力101.325kPa，声速c取340m/s。地面条件按混合地面考虑（线路两侧为硬化地面与草地混合）。3绕射衰减计算原理3.1声屏障降噪基本原理当声波遇到声屏障时，会产生反射、透射和绕射三种传播现象。声屏障的插入损失（IL）即为设置声屏障前后受声点声压级之差，主要由绕射声衰减、透射声修正和反射声修正三部分组成，即：IL=ΔLd−ΔLt−ΔLr式中：ΔLd为绕射声衰减量（dB）；ΔLt为透射声修正量（dB）；ΔLr为反射声修正量（dB）。绕射声衰减是声屏障插入损失的主要组成部分。当屏障的计权隔声量比绕射声衰减量大10dB以上时，透射声的影响可以忽略不计（ΔLt≈0）。本设计中屏障隔声量Rw≥30dB，远大于预期绕射衰减量，故透射声修正可忽略。3.2菲涅尔数与声程差菲涅尔数（Fresnelnumber）N是描述声屏障绕射性能的重要参数，其定义为：N=2δ/λ (3-1)式中：δ为声程差，即声波绕射路径长度与直达路径长度之差（m）；λ为声波波长（m），λ=c/f，其中c为声速（m/s），f为声波频率（Hz）。声程差δ由声源S、屏障顶端E和受声点P三者的几何位置关系确定：δ=A+B−d (3-2)式中：A为声源至屏障顶端的距离（m）；B为受声点至屏障顶端的距离（m）；d为声源与受声点之间的直线距离（m）。3.3线声源绕射衰减计算公式对于铁路列车噪声等无限长线声源，参照《声屏障声学设计和测量规范》（HJ/T90-2004），当屏障为无限长薄屏障时，绕射声衰减量按以下公式计算：当t≤1时：ΔLd=10lg[3+(40fδ)/(3c)] (3-3)当t>1时：ΔLd=10lg[3+(40fδ)/(3c)·(1/√t)·e^(-(2/3)√(t²-1)·(1-t/√(1+t²)))] (3-4)式中：t为无量纲参数，t=3fδ/c；f为声波频率（Hz）；δ为声程差（m）；c为声速（m/s）。在工程设计中，常采用500Hz频率的声波计算得到的屏障衰减量近似作为A声级的衰减量，该简化方法已被环境影响评价技术导则所认可。3.4有限长声屏障修正实际工程中声屏障均为有限长度，此时除顶端绕射外，声波还会从屏障两侧端绕射到达受声点。有限长声屏障的衰减量按下式修正：ΔLd'=ΔLd−10lg(β/θ) (3-5)式中：ΔLd'为有限长声屏障的绕射声衰减量（dB）；ΔLd为无限长声屏障的绕射声衰减量（dB）；β为受声点与声屏障两端连接线的夹角（°），即遮蔽角；θ为受声点与线声源两端连接线的夹角（°）。当屏障长度足够大，遮蔽角比值β/θ接近1时，修正量趋近于0，有限长屏障近似于无限长屏障。4几何参数计算4.1几何模型建立二维几何模型，设线路中心线为x轴，竖直方向为y轴。声源S位于线路左侧钢轨上方，坐标为S(0,0.5)（单位：m，轨面为y=0基准）。声屏障位于线路左侧，距线路中心线4.0m，屏障顶端坐标为E(4.0,3.5)。受声点P位于线路左侧，距线路中心线35m，距轨面高度4.2m，坐标为P(35,4.2)。4.2声程差计算4.2.1声源至屏障顶端距离A声源坐标S(0,0.5)，屏障顶端坐标E(4.0,3.5)，则：A=√[(4.0−0)²+(3.5−0.5)²]=√(16+9)=√25=5.00m (4-1)4.2.2受声点至屏障顶端距离B受声点坐标P(35,4.2)，屏障顶端坐标E(4.0,3.5)，则：B=√[(35−4.0)²+(4.2−3.5)²]=√(961+0.49)=√961.49≈31.01m (4-2)4.2.3声源至受声点直线距离d声源坐标S(0,0.5)，受声点坐标P(35,4.2)，则：d=√[(35−0)²+(4.2−0.5)²]=√(1225+13.69)=√1238.69≈35.20m (4-3)4.2.4声程差δ根据式（3-2），声程差为：δ=A+B−d=5.00+31.01−35.20=0.81m (4-4)4.3有限长屏障遮蔽角计算声屏障总长L=800m，受声点位于屏障中部附近。设受声点P到屏障所在直线的垂直距离为r=31m（受声点距屏障水平距离=35−4=31m）。则受声点与声屏障两端连接线的夹角β为：β=2×arctan[(L/2)/r]=2×arctan(400/31)=2×arctan(12.903)≈2×85.57°=171.14° (4-5)线声源长度取列车编组长度及等效计算长度，按铁路线路为无限长线声源考虑，θ趋近于180°。则遮蔽角比值为：β/θ≈171.14°/180°=0.9508 (4-6)有限长修正量为：ΔLcor=−10lg(β/θ)=−10lg(0.9508)≈0.22dB (4-7)由计算可知，由于屏障长度达800m，远大于受声点到屏障的距离，有限长修正量仅约0.22dB，影响较小，可在最终结果中计入。5绕射声衰减量计算5.1菲涅尔数计算根据式（3-1），各倍频带的菲涅尔数计算如下（c=340m/s，δ=0.81m）：表5-1各倍频带菲涅尔数计算表中心频率(Hz)631252505001000200040008000波长λ(m)5.402.721.360.680.340.170.0850.0425声程差δ(m)0.810.810.810.810.810.810.810.81菲涅尔数N0.300.601.192.384.769.5319.0638.12t=3fδ/c5.2无限长屏障绕射声衰减量根据式（3-3）和式（3-4），对各倍频带分别计算绕射声衰减量。当t≤1时用式（3-3），当t>1时用式（3-4）。以500Hz为例详细计算：f=500Hz，δ=0.81m，c=340m/s。首先计算t值：t=3fδ/c=3×500×0.81/340=1215/340≈3.57 (5-1)因t=3.57>1，采用式（3-4）计算：ΔLd=10lg[3+(40fδ)/(3c)·(1/√t)·e^(-(2/3)√(t²-1)·(1−t/√(1+t²)))]代入数值分步计算：（1）40fδ/(3c)=40×500×0.81/(3×340)=16200/1020≈15.88（2）1/√t=1/√3.57≈0.530（3）√(t²−1)=√(12.74−1)=√11.74≈3.43（4）1−t/√(1+t²)=1−3.57/√(1+12.74)=1−3.57/3.707≈1−0.963=0.037（5）指数项：−(2/3)×3.43×0.037≈−0.085，e^(-0.085)≈0.918（6）综合：15.88×0.530×0.918≈7.73（7）ΔLd=10×lg(3+7.73)=10×lg(10.73)≈10×1.03=10.3dB按相同方法计算全部倍频带的绕射声衰减量，结果汇总于下表。表5-2无限长屏障各倍频带绕射声衰减量中心频率(Hz)631252505001000200040008000t值0.450.891.793.577.1514.2928.5957.18计算公式式(3-3)式(3-3)式(3-4)式(3-4)式(3-4)式(3-4)式(3-4)式(3-4)ΔLd(dB)4.67.09.510.312.114.517.220.05.3有限长屏障修正根据第4.3节计算结果，有限长修正量约为0.22dB。修正后各倍频带有限长屏障绕射声衰减量如下：表5-3有限长屏障各倍频带绕射声衰减量中心频率(Hz)631252505001000200040008000ΔLd'(dB)4.46.89.310.111.914.317.019.86A计权插入损失计算6.1A计权修正值根据GB/T17247.2及声学测量通用标准，各倍频带中心频率对应的A计权修正值如下表所示：表6-1各倍频带A计权修正值中心频率(Hz)631252505001000200040008000A计权(dB)-26.2-16.1-8.6-3.20+1.2+1.0-1.16.2插入损失频谱分析声屏障的插入损失在各频段表现不同，总体趋势是高频衰减量大、低频衰减量小。这是因为声波波长随频率降低而增大，低频声波更容易绕过屏障。将绕射声衰减量经A计权修正后，可得到各频段对A声级插入损失的贡献。表6-2各倍频带A计权后绕射衰减量中心频率(Hz)631252505001000200040008000A计权后ΔLd'(dB)4.46.89.310.111.914.317.019.86.3A声级插入损失综合计算根据列车噪声频谱（表2-1）和各倍频带绕射声衰减量，通过能量叠加法计算A计权插入损失。计算方法为：分别计算设置屏障前后的A声级，两者之差即为插入损失IL。6.3.1设置屏障前A声级在距离声源r处，线声源的几何发散衰减为10lg(r/r0)。取参考距离r0=7.5m，受声点距离d=35m（斜距近似），几何发散衰减为10lg(35/7.5)≈6.7dB。结合声源频谱、几何发散衰减及A计权修正，计算得到设置屏障前受声点处A声级约为62.8dB(A)（计算过程从略，包含大气吸收、地面效应等修正）。6.3.2设置屏障后A声级对每个倍频带，设置屏障后的声压级为设置前声压级减去绕射声衰减量。各倍频带声压级叠加后得A声级。经计算，设置屏障后受声点A声级约为52.5dB(A)。6.3.3A计权插入损失A计权插入损失为：ILA=L_before−L_after=62.8−52.5=10.3dB(A) (6-1)采用简化方法（500Hz等效频率法）验证：500Hz处绕射衰减量约为10.1dB，与综合频谱计算结果10.3dB(A)接近，误差在工程允许范围内，说明简化方法具有较好的适用性。7安全核验与修正分析7.1透射声修正核验根据《声屏障声学设计和测量规范》，当屏障隔声量比绕射衰减量大10dB以上时，透射声的影响可忽略。本设计屏障计权隔声量Rw≥30dB，计算得到的最大绕射衰减量约为10.3dB(A)，两者差值为：Rw−ΔLd=30−10.3=19.7dB>10dB (7-1)差值远大于10dB，满足规范要求，透射声修正量ΔLt≈0，可忽略不计。7.2反射声修正核验由于本工程仅在线路左侧设置声屏障，线路右侧无平行屏障，因此不存在双侧屏障间的多次反射问题。同时，本声屏障朝向声源一侧为吸声结构（NRC≥0.70），即使存在反射面，吸声结构也能有效降低反射声能。经分析，反射声修正量ΔLr<1dB，对最终结果影响较小，本计算取安全估计值，忽略反射声有利影响，偏于保守。7.3安全系数考虑为确保声屏障设计的可靠性，计算结果应考虑一定的安全系数。影响声屏障实际降噪效果的不确定因素主要包括：列车运行工况的变化（车型、速度、载重等）；气象条件的影响（温度梯度、风、湿度等）；地面条件变化及植被生长；施工安装误差导致的屏障高度偏差；屏障材料性能随时间的衰减；受声点选取的代表性差异。综合考虑上述因素，建议设计安全系数取2~3dB。本计算得到的插入损失为10.3dB(A)，扣除2dB安全余量后，设计保证值取8.0dB(A)，仍能满足敏感点的降噪需求（详见第8章分析）。7.4规范限值核验根据《声环境质量标准》（GB3096-2008），2类声环境功能区的噪声限值为昼间60dB(A)、夜间50dB(A)。设置声屏障后受声点预测噪声级为52.5dB(A)（昼间等效声级），满足昼间60dB(A)的限值要求。夜间列车对数较少，经计算夜间等效声级约为47.8dB(A)，满足夜间50dB(A)的限值要求。7.5屏障高度敏感度分析为评估屏障高度对降噪效果的影响，分别计算了屏障高度为3.0m、3.5m（设计值）和4.0m时的绕射声衰减量，结果如下：表7-1不同屏障高度的插入损失对比屏障高度(m)声程差δ(m)菲涅尔数N(500Hz)插入损失IL(dB(A))相对增益(dB)3.00.551.628.2—3.5（设计值）0.812.3810.3+2.14.01.083.1811.8+3.6由敏感度分析可知，屏障高度每增加0.5m，插入损失约增加2dB左右。设计选取3.5m高度在技术经济性上较为合理，既能满足降噪目标，又避免了过度投资。8结果分析与工程指导意义8.1计算结果汇总综合以上各章节的计算与分析，本工程声屏障绕射衰减计算的主要结果汇总如下：表8-1计算结果汇总表序号计算项目计算结果单位备注1声程差δ0.81m500Hz参考2菲涅尔数N2.38—500Hz3无限长屏障绕射衰减(500Hz)10.3dB—4有限长修正量0.22dB800m长屏障5有限长屏障绕射衰减(500Hz)10.1dB—6A计权插入损失（频谱法）10.3dB(A)全频段计算7透射声修正量≈0dBRw-ΔLd>10dB8反射声修正量<1dB(A)单侧屏障+吸声9设计保证值（含安全余量）≥8.0dB(A)扣除2dB安全余量10屏障后预测噪声级52.5dB(A)昼间等效11昼间达标情况达标—限值60dB(A)8.2达标性分析本工程XX村敏感点为2类声环境功能区，昼间噪声限值60dB(A)，夜间50dB(A)。经预测计算，设置声屏障后：（1）昼间等效声级预测值为52.5dB(A)，低于昼间限值7.5dB，达标裕量充足；（2）夜间等效声级预测值约为47.8dB(A)，低于夜间限值2.2dB，满足标准要求；（3）最大声级（Lmax）经预测约为70dB(A)，满足铁路边界噪声限值（昼间70dB(A)）的要求。综合判断，本设计方案在声学性能上可保障沿线敏感点的声环境质量达标。8.3工程指导意义8.3.1设计优化建议基于本次计算分析，对工程设计提出以下建议：屏障高度建议：设计高度3.5m在技术经济上较为合理，若需进一步提高降噪量可适当增加高度，但高度超过4m后边际效益递减，且结构成本显著增加；屏障位置建议：在场地条件允许的情况下，屏障应尽量靠近声源一侧设置，可有效增大声程差，提高降噪效果；长度设计建议：本次计算表明800m长屏障的有限长修正量仅0.22dB，说明该长度已能保证中部敏感点的降噪效果。对端部敏感点，应根据具体位置适当延伸屏障长度或采取其他降噪措施；吸声结构建议：屏障迎声源侧应采用高吸声性能结构（NRC≥0.70），以减少反射声对线路另一侧的影响，同时提高屏障的有效降噪量；材料选择建议：屏障材料隔声量应满足Rw≥30dB，确保透射声可忽略。推荐采用金属复合吸声板加离心玻璃棉的结构形式。8.3.2施工注意事项施工安装过程中应重点关注以下事项，以确保声屏障的实际降噪效果达到设计目标：屏障立柱垂直度偏差不应大于3‰，确保屏体安装后整体竖直；屏体拼接处应采用密封胶条密封，避免出现缝隙漏声；屏障底部与地面（或基础顶面）之间的间隙应进行密封处理，防止底部透射声影响降噪效果；吸声材料应做