高速鐵路振動產(chǎn)生的噪聲分析及防治措施

裴勇濤，婁生超

（蘭州交通大學(xué) 自動化與電氣工程學(xué)院，碩士研究生，甘肅 蘭州 730070）

在交通運輸高速發(fā)達的今天，世界許多發(fā)達國家都已經(jīng)有了自己的高速鐵路系統(tǒng)。隨著京津高速鐵路和合武新干線、石太客遠專線的開通運行，以及鄭西高鐵、武廣高鐵和京滬高鐵的開通，我國也已經(jīng)跨入了世界行列，大大加速了我國鐵路高速化的進程。然而與高速鐵路行車速度有關(guān)的環(huán)境因素，主要為噪聲污染已嚴重影響了鐵路2側(cè)居民的正常工作和學(xué)習(xí)生活。國際上已把振動噪聲列為七大環(huán)境公害之一，高速鐵路的噪聲問題日益受到各方關(guān)注。如何降低鐵路環(huán)境噪聲對敏感點的影響，一直是環(huán)境保護工作者的重要任務(wù)之一。因此，如何減小高鐵噪聲污染，是當前車輛制造和鐵路建設(shè)中的一個十分重要的課題。

1 高速鐵路的噪聲源

1.1 高速鐵路噪聲的特點 相對于普速鐵路，高速鐵路具有高速、高架、電氣化等特點，因而其噪聲傳播的空間和時間也較普速鐵路遠，其噪聲的構(gòu)造也較普速鐵路復(fù)雜。尤其是高速鐵路穿越人口稠密的區(qū)域時，問題尤其嚴重。

1.2 高速鐵路的噪聲源分析 高速鐵路噪聲是由各種不同類型的噪聲組合而成，按發(fā)生部位的不同，可分為輪軌噪聲、空氣動力性噪聲、集電系統(tǒng)噪聲和橋梁構(gòu)造物噪聲。如圖1所示。

圖1 高速鐵路聲源解析示意圖

高速鐵路噪聲是上述4種噪聲總集合的結(jié)果。隨著列車速度的增快而增大，在不同的列車速度和不同的減振降噪措施條件下，上述4種噪聲影響的程度是不一樣的。我國目前尚未對各類噪聲源對總噪聲的影響展開研究，根據(jù)日本對高速鐵路的噪聲測試情況，可以對各部分聲級源對總聲級的貢獻進行剖析。主要噪聲聲源的聲級見表1。

表1 主要噪聲聲源的聲級 單位：d B（A）

聲音是由物體振動產(chǎn)生的，通過聲波傳到人們的耳朵。聲波具有能量，能量越大，其聲音越強。正常人剛能聽到最小的聲音叫做聽閾，聽閾的聲強為0 d B，人耳開始感到疼痛的聲音叫做痛閾，痛閾為120 dB。目前世界上主要高速鐵路的輻射噪聲強度見表2所示。

表2 高速鐵路輻射噪聲強度 單位：d B（A）

2 高速鐵路噪聲的相應(yīng)防治措施

控制噪聲一般可從噪聲源、傳播途徑及受聲點3個方面入手。在噪聲源方面，可通過優(yōu)化列車相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù)來降低噪聲源源強；在傳播途徑方面，以攔截噪聲的傳播，從而隔離噪聲源來保護對象。其中從噪聲源方面降低噪聲污染是較為經(jīng)濟有效的方法。結(jié)合我國國情和已經(jīng)發(fā)展了高速鐵路的國家積累的經(jīng)驗，提出治理途徑。

2.1 降低高速鐵路噪聲源

2.1.1 控制輪軌噪聲 輪軌噪聲是高速鐵路噪聲的主要組成部分。主要是列車運行時，車輪與鋼軌接頭處的撞擊和已磨損的車輪在鋼軌上的摩擦而產(chǎn)生的。因此，高速鐵路應(yīng)采用改善軌道結(jié)構(gòu)和車輪結(jié)構(gòu)來降低列車運行的噪聲。目前采取的措施有：

1）采用中型鋼軌及彈性鋼軌；

2）減少鋼軌的波形磨損；

3）采用無縫鋼軌，鋼軌削正研磨；

4）采用彈性軌道基礎(chǔ)和適合高速鐵路的彈性車輪；

5）采用吸音裝置。

2.1.2 控制列車整體噪聲 由于集電系統(tǒng)的噪聲，主要是由電動通風(fēng)機、電動壓縮機、電動發(fā)電機和牽引電動機運行時所發(fā)出的。因此，相對應(yīng)的措施是改進集電弓滑板的形狀，減少滑板的寬度；盡量減少集電弓的數(shù)量和安裝電工外罩。

空氣動力性噪聲與列車運行速度及列車的密閉性能相關(guān)連。減少空氣噪聲最有效的方法是設(shè)計出流線性的車體，車體材料大部分選用隔音材料，再輔以密封措施減小車內(nèi)壁板的孔隙數(shù)和尺寸。

2.1.3 控制橋梁輻射噪聲和隧道反射噪聲 由于橋梁結(jié)構(gòu)在車輛的動力作用下，產(chǎn)生振動并輻射低頻噪聲。因此，橋梁構(gòu)造物的噪聲控制主要從設(shè)計和安裝著手。比如在橋梁的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計上采用混凝土梁、有砟橋面或板式軌道的無砟橋面和加強橋頭橫梁，以降低車輛對橋梁的沖擊效應(yīng)，有效減低橋梁低頻噪聲。

隧道噪聲在高速運行時尤為明顯。當車輛以高速沖入隧道入口時，在隧道內(nèi)將形成壓縮波；當車輛以高速沖出隧道口時，壓縮波將向外部放射而產(chǎn)生很大的噪聲。因此，應(yīng)在隧道的內(nèi)壁、橋梁外表面飾以吸聲材料，以改善橋梁、隧道中軌道下的減振吸聲結(jié)構(gòu)。

2.2 傳播途徑及受聲點方面的措施

2.2.1 線路兩側(cè)設(shè)綠化帶 一般說來，鐵路沿線兩側(cè)的綠化帶既可以遮擋噪聲的傳播，又可以保護路基的穩(wěn)定，還有凈化空氣，美化路容的作用。一般認為，矮的喬木比高的喬木防噪效果好；闊葉樹比針葉樹好；幾條窄林帶比一層稠密林帶效果好。不同寬度灌木降噪效果見表3。

表3 不同寬度綠化帶降低噪音值 單位dB（A）

2.2.2 設(shè)置防聲屏障以限制噪聲的傳播 噪聲在傳播途徑中，若遇到障礙物尺寸遠大于聲波時，則大部分聲波能被反射，一部分被衍射，于是在障礙物或一定距離內(nèi)形成“聲影區(qū)”，其區(qū)域的大小與聲響頻率有關(guān)，聲響頻率越高，聲影區(qū)范圍越大。如果被保護點處于聲影區(qū)，等效聲級可以降低8 dB（A）～15 d B（A）；如果處于非聲影區(qū)，也可降低 3 dB（A）。為了增強防聲屏障的效果，可在防聲屏上鋪設(shè)一些吸聲材料，以避免和附近建筑之間形成反射。防聲屏障的效果與其結(jié)構(gòu)本身的隔聲值有關(guān)，而所涉及的最小單位面積與屏障高度、屏障與聲源的位置有關(guān)。

2.2.3 合理布置路線 在進行路網(wǎng)規(guī)劃時，應(yīng)注意不同功能線路之間的配合，避免穿越市中心和文教區(qū)、住宅區(qū)。對穿越城市的進站列車應(yīng)開辟專用區(qū)域，以便集中采取措施。對于住宅區(qū)、文教區(qū)等特殊區(qū)域，應(yīng)與鐵路干線保持一定距離，利用環(huán)境自然條件降低噪聲，必要時還可采用路塹或高架路。對于列車流量大的區(qū)域，應(yīng)通過運行圖控制車流密度，車輛勻速運行，以降低噪聲。

3 結(jié)束語

隨著鐵路高速化，鐵路噪聲已經(jīng)越來越多地引起公眾的強烈反應(yīng)，此問題不可忽視。我國應(yīng)該根據(jù)國情和路情，在吸收、消化國外已取得的先進經(jīng)驗和技術(shù)的基礎(chǔ)上，選擇和確定綜合防治技術(shù)措施，而且要具有超前意識，才能不僅給乘客舒適的乘坐環(huán)境，更能給鐵路周邊居民一個安靜、和諧的生活環(huán)境。