日本新干线铁路噪声现状及控制_辜小安

270～300
L maxº 比例/ %
70
35
67
15
70
35
67
15
75
100
注: 测点距离铁路中 心线 25 m, 高于地面 1. 2 m, 高架 结构 7～9 m, 整体吸声道床结 构, 2 m 高声屏障, 采用受电 弓罩, ¹ 为 300 系列车 所测数 据, º 为 500 系列 车所 测数 据。
以后, 在新干线两侧加装了 2 m 高声屏障, 噪声降为 79. 5 dB( A) , 此时轮轨噪声已不是 主要噪声源, 受电弓噪声和车辆上部气动力 噪声成为主要噪声源; 1985 年开始, 重视对 钢轨定期研磨, 将 8 个受电弓双受电弓化, 噪 声降为 74 dB( A) ; 1986 年开始, 东海道新干 线车速由原来的 220 km / h 提高到 240 km / h, 噪声增至 77 dB( A) , 受电弓噪声和车辆上 部气动力噪声仍为主要噪声源; 1992 年加设 受电弓罩, 将空调系统移至车辆下部, 噪声又 降为 74 dB( A) , 此时气动力噪声成为主要噪
目前日本新干线的声屏障形式主要可分 为 2 种, 一种为直立式, 一种为顶部改良型 ( 如倒 L 型、干涉型、山型等) 。对于 1964 年 最早开业的东海道新干线, 直立式声屏障占 60% 左右, 改良 型声屏障占 25% 左右; 对于 1997 年开业的北陆新干线, 直立式声屏障占 77% 左右, 改良 型声屏障占 20% 左右; 声屏 障的降噪效果对于常见的直立式 2 m 高声 屏障, 在距离铁路中心线路 25 m , 距地高 1. 2 m 处, 一般可降低噪声 6～10 dB( A) ; 在声屏 障顶部加高或改变形状, 可附加降低噪声 2 dB( A) 左右。见表 3。 3. 2 声屏障材料及造价
注: 表中降噪效果为距离铁路中心线 25 m, 高于地面 1. 2 m 处的测试结果。
15 6～10 5～10
图 2 新干线噪声变化状况
15 0
2. 2 线路措施 日本新干线线路降噪措施主要包括设置
声屏障、钢轨打磨、焊接长钢轨等, 其中采用 磨轨车定期打磨钢轨, 以维持正常的车轮接 触面, 不仅降低了噪声, 又延长了车轮及轨道 的使用寿命; 此外部分线路还设置道碴垫、使 用弹性扣件、防振平板, 上述线路降噪措施对 降低环境噪声影响均有一定效果。
车辆下部噪声
构筑物结 构体噪声
轮轨噪声: 采用磨轨车 定期打磨钢轨, 维 持正常的车轮接 触面, 焊接长钢 轨, 设 置声屏障 齿轮噪声: 齿轮装置的低噪声化( 加工精度、小模数化) , 设置声屏障; 车辆下部气动力噪声: 转向架周围的低噪声化
定期打磨钢轨, 研磨车轮接触面, 道碴垫, 弹性扣件, 防振平板
2 噪声控制措施及效果
日本新干线噪声控制措施可概括为车辆 措施和地面措施两大类。针对不同噪声源的 具体措施见表 2[ 1, 2] 。 2. 1 车辆措施
日本新干线列车变化经历了 0 系( 1964 年) 、100 系( 1985 年) 、200 系( 1982 年) 、300 系( 1992 年) 、400 系( 1992 年) 、500 系( 1997 年) 、700 系( 1999 年) 等 7 大车系。各车型就 噪声特点而言, 0 系列车未充分考虑低噪声 列车设计, 目前随着车型设计的发展而逐步 被淘汰; 100 系列车在噪声振动方面的改进 是使得车辆轻型化; 200 系列车基本与 0 系 列车相 同, 但增设 了耐寒、耐风 雪能力; 300
1. 1 噪声源强 新干线噪声源主要由受电弓噪声、车辆
上部气动力噪声、车辆下部噪声、构筑物结构 体噪声 4 大部分组成。其各主要噪声源的位
收稿日期: 2000-08-04 作 者简介: 辜 小安( 1963- ) , 女, 江苏江 阴人, 铁 道 部劳动卫 生研究所 副研究员, 工 学士, 长期 从事噪声 振 动专业的研究工作。
1～1. 3 m 高山型消声器
600
4 建议
4. 1 日本新干线早期的环境噪声问题, 走过 的是一条先污染后治理的道路, 为此日本铁 路部门付出了极大的经济代价。该经验教训
铁道劳动安全卫生与环保 2000 年第 27 卷 3 期
表 4 日本新干线 主要声屏障材料及建设费用
声屏障材料
建设费用 重量 ( Ã / m) ( kg/ m)
2 m 高钢筋混凝土
40
800
2 m 高轻型混凝土发泡材料
500 200～250
1. 5 m 高透明 PC 、GR C 板
900～1000 200～300
0. 5～1 m 高耐候性聚丙稀干涉器 600
铁道劳动安全卫生与环保 2000 年第 27 卷 3 期
声源; 1997 年以后, 东海道新干线、东北上越 新干线、山阳新干线全面提速, 开始使用 500 系列车, 车速提高到 270～300 km/ h, 噪声增 至 76 dB( A ) ; 1999 年 700 系 列车在东京～ 博多段投入运营, 该列车具有低噪声受电弓 设计及车辆表面平滑化的降低噪声措施, 使 噪 声可降低至 75 dB( A ) , 达到噪音规 制法 L Amax ≤75 dB 要求。新干线噪声变化过程见 图 2, 目前空气动力噪声仍为新干线的主要 噪声源。
铁道劳动安全卫生与环保 2000 年第 27 卷 3 期
147
文章 编号: 1003- 1197( 2000) 03- 0147- 06
日本新干线铁路噪声现状及控制
辜小安 ( 铁道部劳动卫生研究所, 北京 100038)
摘要: 日本新干 线新型 列车噪 声源以 车辆下 部 噪声和 受电 弓噪声 为主, 其 频率特 性集 中在 500 ～ 8 000 Hz 范 围 内。距离 铁 路中 心 线 25 m、地 面 1. 2 m 高 处, 列 车 通过 最 大声 级 水平 为 75～76 dB ( A ) 。新干线采用的噪声控 制措施主要为: 新建线路 全线 97% 区段设置声屏 障, 新型 列车采用 双受电弓 并流 线型化, 加设受 电弓罩, 车 辆表面平 滑化, 定期 研磨钢轨等。文中结合我国铁路噪声 现状及管理方 式, 提出加 强我国高 速铁路 噪声控 制研究、开发、管 理的几点建议供参考。
日本新干线声屏障材料主要包括钢筋混 凝土板、透明 PC、GRC 板、耐候性聚丙稀材 料、新研制开发的轻型混凝土发泡材料及纤 维吸声材料。其建设费用约在 40～1000Ã / m 间。见表 4。开发新型声屏障材料及形状, 虽 然其造价较高, 但可减轻单位面积重量, 降低 总体建设费用, 如日本新干线每节省 1 t / m
直立式 2 m 高上增加 1～1. 3 m 高 8～12 山形消声器
倒 L 型 2 m 高上增加直立 式 1m 高
8～12
倒 L 型 2 m 高上增加干涉器 近轨式声屏障 1 m 高 吸声式声屏障
8～12 降低轮轨噪声
8～12
注: 高架桥 线路, 7～ 9 m 高, 测 点距离 铁路中 心线 25 m, 地面 1. 2 m 高, 声屏障距线路外侧面 1～2 m。
关键词: 日本; 新干线; 噪声; 现状; 控制 中图分类号: U260. 16 文献标识码: A
笔者于 2000 年 2 月, 参加了中国铁道部 赴日本铁路环境保护考察团, 就日本新干线 的环保问题进行了为期 14 天的技术考察, 本 文就新干线铁路环境噪声现状及控制内容加 以介绍。
1 新干线噪声现状
新干线噪声的频谱特性见图 1。当列车 运行速度为 315 km / h 时, 其 声能量主要集 中在频率 f = 500～8 000 Hz 范围内。 1. 2 噪声现状
新干线噪声状况在不同时期有所不同, 1964 年东海道新干线刚开业时, 采用 0 系列 车, 无论从列车上或线路上都未考虑采取任 何防噪措施, 因此距离铁路中心线 25 m, 高 于地 面 1. 2 m 处, 列车通 过最大声 级为 90 dB( A ) , 其主要噪声源 为轮轨噪声; 1982 年
表 3 日本新干线主 要声屏障形式及效果 LpA/ dB
声屏障形式
降噪效果 备注
直立式 2 m 高
6～10
直立式 2 m 高上增加直立式 1 m 高 8～12 直立式 2 m 高上增加外倾型 1 m 高 8～12
直立式 2 m 高上增加 0. 5～1 m 高 8～12 干涉器
降低车辆 下部噪声
降低受电 弓噪声
噪声源 受电弓噪声
表 2 日本新干线噪声防治措施及效果
具体措施 双受电弓 列车编组的受电弓位置最佳化 受电弓罩形状的最佳化 低噪声受电弓, 低噪声绝缘子罩, 低噪声绝缘子
降噪效果 L pA/ dB 4～5
车辆上部 气动力噪声
车辆表面平滑化( 将空调装 置从车顶移动 到台板下, 将特高 压接头式电缆设 置 到车辆内, 车蓬结构的低噪声化, 缩小车窗及车门的高低差, 通风孔结构 的低噪 声化, 尖端形状的低噪声化, 车身制造中的接缝、高低差、螺栓头等的平滑化)
149
受电部分组成的翼形受电弓, 模仿猫头鹰翅 膀的形状, 在支柱上设置了小型凸起结构, 采 用有源减震 支承的高速无 摇枕转向架; 700 系列车采用自然的空气流动的气流整流车头 形状, 实现车组和底板下侧平滑化改善空气 动力特性降低车外噪声和隧道微气压波, 采 用新开发的单臂式受电弓及受电弓罩降低噪 声, 实现车辆的轻型化降低振动等。
14 8
表 1 日本新干线高速铁路各种噪 声源强度 LpA/ dB
列车运行速度 T/ ( km ·h- 1)
噪声源
230～240
L max ¹ 比例/ %
受电弓噪声
67～69 15
车辆上部气动力噪声 72～75 50
车辆下部噪声 70～72 30
构筑物结构体百度文库声 62～66 5
总声级
75～78 100
置被经验地确定为: 受电弓噪声源高度位于 与接触网联接点处, 车辆上部气动力噪声源 位于车辆上部端点处, 车辆下部噪声位于轮 轨接触点的轨面上处, 构筑物结构体噪声位 于桥梁底部中心线处[ 1] 。值得注意的是, 日本 在轮轨噪声源分析中认为: 与欧洲铁路轮轨 噪声源特性不同的是, 新干线钢轨振动产生 的噪声能量高于车辆产生的噪声能量, 即轮 轨噪声源中以钢轨的声能量为主, 因此在声 源位置确定时, 将轮轨噪声源确定在轨面上, 而不似欧洲国家将其确定在距轨面以上 0. 4 ～0. 5 m 高的位置上。新干线各部分的噪声 源强见表 1[ 1, 2] 。即当 300 系列车以速度低于 240 km/ h 运行时, 车辆上部气动力噪声和车 辆下部噪声为主要噪声源, 约占总噪声能量 的 80% 以 上; 当 500 系列 车运 行速 度达 到 300 km/ h 时, 车辆下部噪声与受电弓噪声共 同成为主要噪声源, 各占 35% 左右。
3 声屏障措施
目前日本新干线总长 2200 km, 以最新 及最老 2 条新干线声屏障工程应用为例: 1997 年开业的北陆新干线约 97% 的区段设 置声 屏障, 1964 年 开业的 东海道 新干线 约 60% 的区段设置声屏障, 可见声屏障设施在 日本新干线已广为应用, 成为降低环境噪声 的主要措施之一。以下仅就新干线实际采用 的主要声屏障形式、材料、效果、造价加以总 结。 3. 1 声屏障形式及效果
铁道劳动安全卫生与环保 2000 年第 27 卷 3 期
的重量, 施工费用可减少 3% 。此外透明声屏 障及干涉型山型声屏障, 在保证相同降噪效 果的同时, 增加了车内旅客对外环境视野的 可透视性要求, 提高了舒适性; 并改善了因建 设声屏障对周围建筑物的日照影响。总之声 屏障结构的确定, 要根据具体情况具体分析。
图 1 新干线噪声频谱特性
铁道劳动安全卫生与环保 2000 年第 27 卷 3 期
系列车实现了彻底的轻量化和低重心化, 减 少受电弓数量, 将原来新干线列车的流线型 车头改为斜鼻型; 400 系列车对车头部分进 一步改进, 将车钩设在车头罩内, 当车辆进行 分离和连接时, 车头罩自动开启和关闭; 500 系采用长鼻型车头, 呈飞机机头形状, 减少了 空气阻力和空气动力性噪声, 车身采用铝合 金焊接结构, 顶部采用由椭圆形支柱和翼形