高速铁路屏障降噪效果预估及新式屏障设计

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1、高速铁路屏障降噪效果预估及新式屏障设计第1章绪论1.1研究背景及意义自1964年10月1日东海道新干线正式营业以来，标志着轨道交通进入一个新时代。自此多个国家，例如法国、德国、日本、意大利、西班牙和韩国等，相继开通了运营高速铁路线。我国自2008年京津线开通运行后，截止到2012年底，运营里程接近10000公里，开创了我国轨道交通的新局面。高速铁路大大缓解了交通紧张的局面，带动了周边经济发展，促进了相关高新技术产业升级，刺激了国民经济高速增长，促进社会和谐、有序、健康发展。目前我国高速铁路己经成为社会快速流动的主力交通工具。京津线正常运行速度达350km/h；武广高速客运专线

2、也已经投入运营，最高试验速度为394km/h,正常运行速度达300km/h;京沪高速铁路于2011年6月通车，设计时速350kmyh，试验最高速度486.1km/h，目前运行时速300km/h。高速铁路给人们的出行带来了方便、快捷和舒适，但铁路噪声给周边的声学环境带来了严重的影响。己有研究指出，噪声不仅影响人们的身心健康，影响人们正常的工作与休息，而且也是降低工作人员的效率，导致各种事故的重要根源⑴。长期暴露在高噪声环境下，由于持续不断地受到噪声的刺激，耳感受器易发生器质性病变，导致人耳听力下降。噪声还会引起人的生理变化，除了引起耳聲意外，对大脑神经系统、心血管系统级消化系统

3、、内分泌系统及视觉系统具有影响。随着人们生活水平及社会环境意识逐渐提高，有关环境保护法律不断完善。因此控制和降低噪声是社会发展无法回避的问题。在发展高速铁路的同时，解决好噪声问题，同样是非常必要的。在曰本新干线运行初期，噪声问题并没有引起足够的重视，车辆运行噪声值很高，严重干扰了在道路沿线居民的日常生活，噪声问题遭到居民强烈投诉，运营公司最终釆取了昂贵的补救措施。法国TGV高速列车由于铁路的运行噪声过大，因而不得不在一些区段进行限速行驶。韩国KTX系引进法国TGV列车，运营初期噪声情况良好，但是运营一段时间后，由于线路和列车状况变化，噪声问题也变得突出。由此可见，在我国高速铁

4、路可持续发展的进程中，噪声问题必将是一个需要重点关注的问题。各国政府、铁路运输部门、研究机构和高等院校高度重视噪声问题，制定了一系列铁路噪声标准限值，日本和欧洲在大量测试的基础上，制定了较为完善的标准。我国环境管理部门要求仍执行功能区标准根据己开通运营高速铁路车外噪声测试结果，尽管采用了现阶段能用的几乎全部降噪措施，昼夜等效声级仍不能满足2类区标准限值要求[3]。表1-1给出了国内外高速列车福射噪声测试值⑷。从表中可以看出，我国高速列车噪声福射水平低于欧洲，但与日本相比还有一些差距。因此，有必要对高速铁路噪声控制技术作进一步研究。妥善解决噪声问题，可以进一步促进高速轨道交通的

5、发展，改善乘客舒适性和沿线居民生活环境，对提高居民的生活质量具有重要意义。根据国内外铁路噪声测试经验，铁路噪声主要由轮轨滚动噪声、牵引噪声、气动噪声和结构物二次福射噪声组成。这些噪声源对车外噪声形成显著贡献。控制噪声的措施主要有三种途径，在声源处控制、在传播途径中控制、在受声点处控制。采用声屏障是在传播途径中进行控制，被公认为是一种有效降低铁路噪声的措施之一。1.2高速铁路噪声轮轨滚动噪声、牵引噪声、气动噪声和结构物二次福射噪声对列车运行速度变化的关系如图1-1所示[5]。按照三种噪声占主导时所对应的列车速度范围，可将运行速度分成三个区段，区段I为牵引噪声主导，区域II为轮轨

6、滚动噪声主导，区域m为气动噪声主导。两个相邻区段转变时的速度称为声学转变速度，如图中Fti和rt2所示。列车的声学转变速度与所采取的减振降噪措施、列车和轨道的状态有关。当轮轨滚动噪声得到一定控制后，临界转换速度Fa将会变低而Fu将会变高，即在更高的低速区域仍由牵引噪声主导，而在更低的运行速度下气动噪声将占主导。随着列车运行速度的提高，铁路噪声的主要成份会发生改变，对高速列车，其辐射噪声的主要成份为轮轨噪声、气动噪声、集电系统噪声和结构二次福射噪声，典型的高速列车噪声源分布如图1-2所示[4]。早期研究人员通过理论和试验的方法来研宄半无限薄屏障的声学绕射现象，研究的入射声波包括

7、球面波、柱面波、平面波。1896年，Sommerfekl第一个给出了半无限刚性屏障对平面入射波的声场的解析解。Macdonald[7]拓展了Sommerfeld的方法，求解了半无限刚性薄板对柱声源和点声源的绕射。这些方法的解都包括两项积分，一项表示几何直达声，一项表示薄板顶部产生的散射声场。利用分离变量法来求解半无限刚性薄板或楔产生的绕射问题，解的形式通常包括无穷级数，而在较高频率时，无穷级数收敛很慢。利用光学中的菲涅尔-克希霍夫假设能够得到更简单的近似解。Keller[8]提出了几何衍射理论来描述声衍