1、铁路噪声声屏障设计1、项目概况11 项目设计背景：以下情况为我国拟建邯郸至黄骅港铁路线经过王庄时的基本情况。噪声源强：货车的速度为 80km/h，噪声源强为 81.9dB，长度为 890m；客车的速度为120 km/h，噪声源强为 78.9dB，长度为 432m。车流量为：近期，货车 44 列/日，客车 4 列/日；远期，货车 58 列/日，客车 6 列/日。现状监测值见下表： 现场示意图如下：现状（Leq/dB ） 标准值（Leq/dB ）监测点昼间 夜间 昼间 夜间 备注8-1 41.6 39.9 60 50 临路第一排，距铁路外轨中心线距离 30m8-2 40.5 38.0 60 50
2、45m 处8-3 43.4 39 60 50 60m 处图一 敏感点情况图12 项目设计意义：铁路以其速度快、运能大、能耗低等一系列的技术优势适应了现代社会经济发展的新需求，铁路客运向高速、舒适、安全的方向发展，已成为世界铁路发展的总趋势。1994 年我国第一条准高速铁路广深线(160kmh)式投入运营。2003 年 12 月顺利开通了第一条时速达 200kmh 的秦沈快速客运专线，2008年 4 月，设计速度达 300 kmh 京沪高速铁路正式开工建设，08 年 8 月我国第一条具有自主知识产权、同时也是世界第一个营运速度达至 U350 kmh 的京津城际铁路正式开通运营，标志着我国高速铁路
3、技术达到世界先进水平。但与此同时高速铁路的建设也带来了一系列的环境问题，如振动、噪声及电波干扰等，其中以噪声的社会影响最大。设置声屏障是控制噪声特别是交通噪声的重要措旋，国外对穿过市区和居住区的高速公路、轨道交通、高架桥、铁路等交通干线的两侧都普遍设有声屏障，实现了其他降噪手段所不能代替的效果。从广义上讲，铁路又是一个系统工程，其中规划、管理、铁路结构(包括轨道、轨枕、道床等)又是解决噪声问题的另一方面，而铁路声屏障是一种设置于铁路交通噪声源和两侧受保护地区(或噪声敏感点)之间的声学障板，它是降低铁路交通噪声对交通线路两侧区域局部环境污染的重要措施之一。声屏障是位于声源与受声点之间的具有足够面
4、密度的声遮挡结构，利用声源两侧局部地区建造的有限长声屏障可使声源的运行噪声在传播过程中有一显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响，以改善周围环境的声环境质量。这样的设施就称为声屏障。声屏障的作用是阻挡直达声的传播，隔离透射声，使绕射声有足够的衰减。目前，声屏障己发展成多种多样的，按降噪功能可分为扩散反射型声屏障、吸收共振型声屏障、有源降噪声屏障：按结构类型有直立式、折壁式、表面倾斜式、半封闭或全封闭式等；根据不同顶端类型又有倒 L 型、T 型、Y 型、圆弧型、鹿角型等。13 项目设计要求：设计隔声屏障，对敏感点进行保护，使该处声环境达标；同时达到经济合理、环保、经久耐用、景观
5、协调等综合要求。14 项目设计内容：声屏障作为一种特殊的构筑物，其设计内容主要包括声屏障声学设计、结构设计以及景观设计等几个方面：l、声学设计：以治理目标值为基础进行声屏障的位置、尺寸、结构形式等设计，并进行各种方案的降噪预测。2、结构设计：它是用以保证所选择的声屏障能安全、牢固的竖立在所要设置的部位上。包括声屏障承重结构设计和声屏障构造设计。3、景观设计：景观设计是运用人的视觉与知觉对周围环境及四周景象产生的反应。所以声屏障应尽量与周围的地貌和人文、自然景观相协调，并尽量避免阻挡司机乘客的视线。给人予人以行车安全和视觉上的舒适协调。15 声屏障设计流程图：问题提出铁路声屏障不能达到预期目标值
6、，降低噪声的同时，声屏障对周围居民造成视觉冲击，影响景观声屏障降噪原理与插入损失计算声屏障降噪基本理论声屏障插入损失计算理论铁路噪声源机理铁路声屏障声学设计铁路声屏障景观设计声屏障降噪位置选择声屏障高度设计声屏障长度设计声屏障材料与结构类选择声屏障降噪优化措施声屏障景观设计原则声屏障景观设计理论声屏障景观设计方法铁路声屏障安全、易维护、公众可接受性、经济要求设计提出多个设计方案2、声屏障基本知识任何一个声学系统都有三个主要环节，即声源、传播途径和受声者。在确定噪声控制时，也应该从以上三个方面考虑；(1)从声源上根治噪声；(2)在噪声的传播途径上采取措施；(3)在接收点对受声者进行保护。第一种方
7、法虽然是最根本的措施，但对技术、经济要求较高，而切实可行的是在传播途径上设置声屏障，阻断噪声的传播。利用声屏障对声源附近的敏感点进行保护，是解决噪声污染的重要措施之一。本节将对与噪声及声屏障有关的一些名词概念以及声屏障的降噪原理进行阐述和分析。21 相关名词解释：211 声压级：声压与基准声压之比的以 10 为底的对数乘以 20，称为声级或者声压级，单位为分贝(dB)： 式中：p声压， Pa；po基准声压，20Pa。212 等效连续 A 计权声压级：在规定时间内，某一连续稳态声的 A计权声压，具有与随时间变化的噪声相同的均方 A计权声压，则这一连续稳态声的声级就是此时变噪声的等效声级，单位为分
8、贝(dB)。等效声级的公式是：式中：L Aeq,T等效声级，dB；T指定的测量时间；pA(t)噪声瞬时 A计权声压，Pa；p0基准声压，20Pa。当 A计权声压用 A 声级 LpA(dB)表示时，则此公式为：评价方案，综合考虑，选择最佳设计方案213 A 计权声压级：用 A 计权网络测得的声压级。 214 背景噪声：当测量对象的声信号不存在时，在参考点位置或受声点位置测量的噪声。本规范中所指的测量对象一般指采用声屏障来控制的噪声源。215 声屏障插入损失：在保护噪声源、地形、地貌、地面和气象条件不变情况下安装声屏障前后在某特定位置上的声压级之差。声屏障的插入损失，要注明频带宽度、频率计权和时间
9、计权特性。例如声屏障的等效连续 A 计权插入损失表示为 ILPAeq。216 传声损失：屏障或其他隔声构件的入射声能和透射声能之比的对数乘以 10，单位是分贝（dB）：TL10lg（Ei/Et）式中：E i入射声能；Et透射声能。217 声屏障 ：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。218 吸声系数 :在给定的频率和条件下，分界面(表面)或媒质吸收的声功率，加上经过界面(墙或间壁等)透射的声功率所得的和数，与入射声功率之比。一般其测量条件和频率应加说明。吸声系数等于损耗系数与透射系数之和。 219 降噪系数 :在 250、5
10、00、1000、2000Hz 测得的吸声系数的平均值，算到小数点后两位，末位取 0 或 5。 22 声屏障降噪声学原理:声屏障降噪的基本原理是基于惠更斯一菲涅尔的波动理论，在声源与受声点之间，插入一个有足够面密度的密实材料的物休，声波必须通过绕射才能传到接收点，声传播路径因而加长，使声波传播有一个明显的衰减，这样的“障碍物”称为声屏障，是一种普遍使用的环境噪声和室内噪声控制手段。广义的声屏障可以定义为声源和接受点间的任何形式的阻隔构造物。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
11、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。声源辐射的声波在屏障背后形成“声影区“， “声影区“大小取决予声屏障的有效高度、位于声源与受声点之间的位置以及声波频率(见图 2.1.b)。221 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，其值用符号心表示，它与声波的绕射角 有关，绕射角 愈大，声屏障的声衰减愈大，降噪效果愈好。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，用绕射角来表示噪声的衰减量很不方便，通常用声程差来描述，声程差=A+Bd(见图21a 所示)，它是决定声屏障
12、插入损失的主要物理量。图 22 为频率为500Hz 噪声声程差与噪声衰减的关系图。222 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。声屏障材料隔声的能力用传声损失来评价，也称材料的隔声量。传声损失大，透射的声能小，声屏障的隔声效果就好。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Lt 表示。223 反射:声源发出的声波到达声屏障时，由于空气和声屏障材料两种媒质的阻抗特性不同，就会发生声反射现象。声波的反射与声波的波长和声屏障的尺寸有关。如果声屏障的表面尺寸比声波波长大得多时，声波遇到声
13、屏障表面就会全部反射回去。由于高频声波短，所以比低频声容易反射。当高频声波遇到声屏障反射回来，它会使声源同侧的受声者(例如车中的旅客等)受噪声干扰更大。或者再被车体或异侧声屏障反射后到达受声点，使声屏图 2-1 声屏障声传播路径图障的降噪效果下降。特别是当铁路路两侧建有平行声屏障时。声波将在声屏障之间发生多次发射，越过声屏障顶端绕射到达受声点，会进一步削弱声屏障降噪效果(见图 2-1.c)。对于反射较强的高频声波，反射声的影响是不容忽视。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L r表示。3、铁路噪声预测31 预测公式:铁路噪声主要来自列车运行过程，可视为有限长运动线声源。对
14、于任一噪声敏感点，其预测点处的等效连续 A 声级可按下式计算： ni ni CLifCLieqT ififpititptL11)(.0,)(1.0,eq ,lg0式中：L eq，TT时段内的等效A声级（dB） ；T 预测时间（s） （昼间T=57600s，夜间T=28800s） ；ni T时间内通过的第i类列车列数；teq,i 第i类列车通过的等效时间（s） ；Lp0,t,i 第i类列车的噪声辐射源强，A计权声压级（dB） ；Ct,i 第i类列车的噪声修正项（dB） ；tf,i 固定声源作用时间（s） ；Lp0,f,i 固定声源噪声辐射源强（dB） ；Cf,i 固定声源噪声修正项（dB） ；n
15、T时段内的噪声源数目。32 等效时间 teq,I:列车通过的等效时间，按下式计算： iiieqldvlt8.01,式中：li 第i类列车的列车长度（m） ；vi 第i类列车的列车运行速度（m/s） ；d 预测点到线路的距离（m） 。33 噪声修正值的计算:列车运行噪声的修正项C t,i，按下式计算：Ct,i = C t,v,i +Ct,+C t,t +C t,d,i +C t,a, i +C t,g,i +C t,b,i +Ct,h,i式中：C t,v, i 列车运行噪声速度修正，单位为dB；Ct, 列车运行噪声垂向指向性修正，单位为dB；Ct,t 线路和轨道结构对噪声影响的修正，单位为dB；
16、C t,d, i 列车运行噪声几何发散损失，单位为dB；C t,a, i 列车运行噪声的大气吸收，单位为dB；C t,g, i 列车运行噪声地面效应引起的声衰减，单位为dB；C t,b, i 列车运行噪声屏障声绕射衰减，单位为dB；Ct,h,i 列车运行噪声建筑群引起的声衰减，单位为dB。34 各修正项计算:341 速度修正 C t,v,i:其中k为速度修正系数，v,v 0分别为预测速度和参考速度。列车速度修正项C t,v,i可在源强选值时考虑。342 列车运行噪声垂向指向性修正 Ct,:根据国际铁路联盟（UIC）所属研究所（ORE）的研究资料建立的数学模型，列车运行噪声辐射垂向指向性修正量C
17、 t, 可按下式计算：当 1024时：C t, =0.012 （ 24 ）1.5 当 2450 时：C t, =0.075 （ 24 ）1.5式中， 声源到预测点方向与水平面的夹角，单位为度。343 列车运行噪声几何发散损失 C t,d, i :列车运行噪声具有偶极子声源指向特性，根据不相干有限长偶极子线声源的几何发散损失计算方法，列车噪声辐射的几何发散损失C t,d, i，可按下式计算：)lg(0,vkivt2002,dt 4arctnlg1ldllCi 式中：d 0 源强的参考距离，单位为m；d 预测点到线路的距离，单位为m；l 列车长度，单位为m。344 大气吸收 C t,a,i :空气
18、声吸收的衰减量Ca,i可按下式计算： si,a式中： 大气吸收引起的纯音声衰减系数，单位为dB/m；s 声音传播距离，单位为 m。345 地面效应声衰减 C t,g,i:地面衰减主要是由于从声源到接收点之间直达声和地面反射声的干涉引起的，当声波越过疏松地面或大部分为疏松地面的混合地面时，地面效应的声衰减量C g,i可按下式计算：dhi 301728.4mg,式中：h m 传播路程的平均离地高度，单位为m；d 声源至接收点的距离，单位为m。346 列车运行噪声屏障声绕射衰减 Ct,b,i:列车运行噪声按线声源处理，根据声屏障声学设计和测量规范（HJ/T902004）中规定的计算方法，对于声源和声屏障假定为无限长时，屏障声绕射衰减C t,b,i 可按下式计算：Cb,t,i= 1340,1ln23g10,arct41l22 cftt ftt式中：f 声波频率，单位为Hz；
