1、铁路噪声声屏障设计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： 监测点现状（Leq/dB）标准值（Leq/dB）备注昼间夜间昼间夜间8-141.639.96050临路第一排，距铁路外轨中心线距离30m8-240.538.0605045m处8-343.439605060m处现场示意图如下：图一
2、 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、噪声与电波干
3、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
4、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
5、计以与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与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：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
6、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。本节将对与噪声与声屏障有关的一些名词概念以与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
7、，则这一连续稳态声的声级就是此时变噪声的等效声级，单位为分贝(dB)。等效声级的公式是：式中：LAeq,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：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
8、间计权特性。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：Ei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、500、1000
9、、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产生反射。声屏障的插入损
10、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与声波频率(见图2.1.b)。图2-1 声屏障声传播路径图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)，它是决定声屏障插入损失的主
11、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、入射角与声波的频率。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，声波遇到声屏障表面就会全部反射回去
12、。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Lr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：式
13、中：Leq，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）； nT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：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
14、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Ct,i，按下式计算：Ct,i = C t,v,i +Ct,+Ct,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；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
15、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,v0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Ct,可按下式计算：当 1024时：Ct, =0.012 （ 24 ）1.5 当 2450 时：Ct, =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,
16、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：式中：d0 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 :空气声吸收的衰减量Ca,i可按下式计算：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Cg,i可按下式计算：
17、式中：hm 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Ct,b,i 可按下式计算：Cb,t,i= 式中：f 声波频率，单位为Hz； 声程差，a+b-c，单位为m； c 声速，c340 m/s。347建筑群引起的声衰减Ct,h,i:当声的传播通过建筑群时，房屋的屏蔽作用将产生声衰减。根据户外声传播的衰减 第2部分，列车运行噪声的Ct,h,i不超过10dB时，近似A声级可按下式估算。当从
18、接收点可直接观察到铁路时，不考虑此项衰减。 Ct,h,iCh,1+Ch,2式中：Ch,10.1Bdb Ch,210 lg1（p/100）其中，B 沿声传播路线上的建筑物的密度，等于以总的地面面积（包括房屋所占面积）去除房屋的总的平面面积所得的商；dB 通过建筑群的声路线长度；p 相对于在建筑物附近的铁路总长度的建筑物正面的长度的百分数，其值小于或等于90。由于Ch,i依赖于具体情况，往往比较复杂，计算准确度较差，本次预测评价中对从接收点可直接观察到铁路时不考虑此项衰减，低路堤地段类比以往实测经验值进行修正。4、敏感点噪声值与降噪量的预测本设计未涉与到固定声源，固定声源的影响可忽略不计。参考点位
19、置为距列车运行线路中心25m，轨面以上3.5m 处。41等效时间teq,i的计算公式如下： 距铁路外轨30m处，货车：客车：距铁路外轨45m处，货车：客车：距铁路外轨60m处，货车：客车：42列车运行噪声的修正项Ct,i，按下式计算：Ct,i = C t,v,i +Ct,+Ct,t +C t,d,i +C t,a, i +C t,g,i +C t,b,i +Ct,h,i本设计中，C t,v, I、Ct,、Ct,t、C t,a, i、Ct,h,i 、C t,g, i均可忽略不计。C t,b, I =0C t,d,计算公式为： 其中d0 =25m距铁路外轨30m处，货车：客车：距铁路外轨45m处，
20、货车：客车：距铁路外轨60m处，货车：客车：将以上各数据代入下式，即可求得列车对敏感点处的有效声压级。距铁路外轨30m处，昼间的有效声压级为： 距铁路外轨30m处，夜间的有效声压级为： 距铁路外轨45m处，昼间的有效声压级为： 距铁路外轨45m处，夜间的有效声压级为 距铁路外轨60m处，昼间的有效声压级为： 距铁路外轨60m处，夜间的有效声压级为： 各数据如下表： 监测点背景（Leq/dB）标准（Leq/dB）预测值(dB)敏感点距铁路中心线距离（m）降噪量（dB）昼间夜间昼间 夜间 昼间 夜间 昼间 夜间8-141.639.9605065.5865.57 30 5.58 15.578-240
21、.538.0605063.7963.78 45 3.79 13.788-343.439.0605062.5262.48 60 2.52 12.48 因此,降噪量因至少为16 dB.5.铁路噪声振动治理原则5.1总要求:铁路噪声的环境污染防治应依据中华人民共和国环境噪声污染防治法和有关法律、法规，认真贯彻执行国家环境保护总局和铁道部联合发布的关于加强铁路噪声污染防治的通知（环发2001108 号），对可能产生环境噪声污染的铁路建设项目，应按照“预防为主、防治结合、综合治理”的基本原则和“社会效益、经济效益和环境效益相统一”的方针，采取有效的防治措施避免或减轻对环境的污染，使铁路建设、城乡建设与环
22、境保护协调发展。5.2治理原则:按照“以人为本、因地制宜、技术可行、经济合理”的原则，对铁路噪声、振动采取源头控制、传播途径控制、建筑物防护、合理规划布局、科学管理等综合措施进行防治。由于既有铁路线路涉与范围大，情况比较复杂，噪声、振动污染的防治应从实际出发，有计划、有步骤、分阶段实施。铁路建设项目的噪声、振动防治措施，应按近期设计规模的污染程度确定实施方案，按远期设计规模的污染程度预留噪声、振动控制技术条件。铁路建设改扩建项目涉与既有线现状环境噪声、振动已经超标的，在工程范围内应采取有效措施，使改扩建后的声和振动环境得到改善。对既有铁路两侧敏感建筑的噪声、振动防治，应根据建筑物的建设时间和铁
23、路噪声贡献量等，依法分清治理责任。铁路两侧200m以内不宜新建噪声敏感建筑物，若在此范围内建设敏感建筑物，应按中华人民共和国噪声污染防治法第十二条、第三十七条规定执行。5.3防治目标:铁路噪声的防治目标应达到国家规定的铁路边界噪声排放标准。受铁路运行噪声影响的学校、医院、幼儿园、敬老院等特殊敏感建筑物按昼间60dB进行控制，对有住校、住院的敏感点夜间按50dB 进行控制。通过技术论证，当采取工程措施难以达到以上要求时，应对敏感建筑物采取有效防治措施，使室内声环境满足使用功能。厂、段周围应符合国家规定的工业企业厂界噪声标准。铁路振动的防治目标应达到国家规定的铁路干线两侧区域环境振动标准。即铁路干
24、线两侧建筑物的室外振动，应满足昼间、夜间80dB的限值要求。若铁路干线两侧建筑物的室外振动超过标准限值，应保证室内振动满足昼间、夜间80dB的限值要求。5.4防治措施:与城市总体规划充分协调，在铁路设计中通过合理选线，从根本上避免或减轻铁路噪声、振动的环境污染。在噪声、振动源防治方面，通过逐步改造机车车辆，加强轮轨系统维护，采用线路工程的减振、降噪新技术，从源头上降低铁路噪声和振动。在铁路噪声传播途径和接收点，可采用设置声屏障、降噪林带、安装隔声窗、改变建筑物使用功能与其他有效的防治措施。应继续加强推行、落实铁路机车鸣笛的限鸣措施，减轻鸣笛噪声的环境污染。对于车站、编组站作业使用的广播喇叭，应
25、采取有效措施减少对周围环境的干扰。在城市区域或敏感建筑集中区域内，铁路干线与道路交叉的，应当设置立体交叉。在铁路线路安全保护区边界，应根据需要设置围墙、栅栏等防护设施，实行封闭隔离。铁路振动污染的防治可采用：铺设无缝线路，加强轮轨系统维护，轨道系统隔振，以桥代路，设置隔振沟、墙等防振屏障措施，改变建筑物使用功能与其他有效措施。5.5既有铁路防治:既有铁路和铁路工程建设与既有铁路有关的铁路噪声、振动污染防治，应结合既有铁路技术改造、城市总体规划按计划逐步解决。铁路部门和城市环保等有关部门应在当地人民政府组织下，共同制定减轻铁路噪声、振动污染的规划，并纳入城市国民经济和社会发展计划分期逐步实施。有
26、关部门应当按照规划的要求，合理划分投资，采取有效措施进行综合治理。针对本情况，采用声屏障。6、声屏障的设计61声屏障的材料、结构类型选择:声屏障材料设计一般是规定材料的声学性能和物理性能要求。声学性能主要规定材料的吸声、隔声性能，隔声方面一般要求材料的隔声量在25dB以上，吸声方面首先要求吸声结构的吸声系数a05。其次要求吸声的吸声特性曲线基本与噪声声源的频谱曲线一致，吸声频谱的峰值频率包含声源频谱的峰值频率。以此保证材料的吸隔声性能。物理性能主要规定材料的强度，以与防潮、防尘、防腐、防老化、防火要求等。此外，还要考虑材料的价格以与景观因素。考虑到铁路声屏障的特殊应用环境，材料的各项性能指标均
27、应较优且较为均衡，不能有任何偏废，即不能使用任一单项指标很差的材料，必须注重性能的均衡。对于铁路声屏障材料选择应该重点考虑下面几点：611单元强度与刚度：铁路声屏障要承受巨大的风载荷，因而声屏障材料除应具有足够的抗压强度外，还应有良好的抗弯、抗剪性能，并具有较大的刚性以使横向风载荷下的变形尽可能小，并能使人为破坏的情况尽可能降低甚至避免。612阻燃性和耐候性：为保证行车安全，声屏障应坚固、耐用且阻燃。用作声屏障的材料应具有良好的化学稳定性，能经受恶劣气候条件的考验。例如高温和冰冻条件下不发生大的变形和损坏；耐水性好，吸水后能迅速恢复其正常状态；具有一定的耐酸、耐盐、防腐、抗霉菌能力和阻燃性能。
28、613材料容重：在保证声屏障声学性能与强度、刚度和稳定性的前提下，声屏障材料应具有较低的容重。但对于铁路路基而言，其密实度和承载力很高，而声屏障承受巨大的横向风载，垂向载荷却较低，因此声屏障的稳定性成为突出的矛盾，此时材料容重不宜过低。对铁路桥梁而言，较低的声屏障重量可以减轻其对桥梁族加的荷载，简化与桥梁的联结。614材料价格： 由于铁路声屏障累计设置长度和工程数量很大，所需投资甚巨，为尽量降低造价，要求声屏障材料具有价廉物美的特点，材料价格不能太高，否则无法大规模采用。615防眩性： 铁路声屏障距离铁路线距离一般较近，而铁路列车运行速度高，为保证列车的安全，选取的隔声材料应考虑避免阳光或车灯
29、照射下的反光对列车司机造成眩目的不利影响。 常见较适合铁路声屏障的材料如下：此设计降噪控制在1516dB，降噪幅度不是很大，材料选择应较为简单。应选择隔声效果适中，并易于施工，造价较低的材料。选择砖墙（12cm厚）作为声屏障，砖墙的降噪效果较好，而且价格便宜，耐久性强，还可以就近取材。其不同倍频传声损失TL值见下表6。 表6 砖墙的隔声性能 单位：dB构件名称倍频程隔声量TL隔声量平均值125Hz2505001K2K4K砖墙34.439.343.249.151.249.544.562声屏障的位置确定:声屏障的控制范围不宜超过6080m， 即敏感区域距铁路6080m以内可以考虑设置声屏障，超过6
30、080m时不宜采用声屏障措施。铁路声屏障多以声屏障靠近声源为主，一般铁路高架桥声屏障距离轨道1.5m。 具体来说，在铁路声屏障位置的确定中，应考虑以下几个方面： a.铁路建筑限界与机车车辆限界与建筑限界的关系； b.铁路通讯地下电缆沟的位置以与埋藏深度； c.电气化铁路的接触网、回流线与支柱的位置，各种电力线的安全距离； d.声屏障应满足铁路安全运营的要求，即不影响行车安全，不影响乘务人员瞭望信号，不影响铁路两侧地面、地下设备的安装、检查和正常工作； e.声屏障应满足养护线路的要求，即不影响对地基、道床、轨枕、钢轨等设施的保养和维修工作。 根据以上原则和应注意的问题，最后确定声屏障设置位置，从理论上讲，离外轨水平距离越近，降噪效果越好。该设计的声屏障设在路基之上，距既有铁路3m处。
