铁路声屏障调查报告

铁路声屏障简介

在我国大力发展高速铁路的今天，高速列车行驶时产生的噪音成为高铁建设所必须面对和解决的问题，在铁路两旁设置声屏障成为噪音治理的有效措施。近年来，铁路交通迅速发展，铁路建设对环境的破坏问题也越来越受到重视，特别是客运专线的诞生，对铁路环境提出了更高的要求。同时基于降噪的声屏障系统也引起了人们越来越大的重视。近年对声屏障的研究,但主要集中在降噪方面。随着客运专线的提速和高铁（时速350Km/h以上）的发展，对于声屏障设计已不能限于降噪方面，还需要同时考虑其结构动力特性和环境友好度。

1、铁路噪声分类

（1）基于噪声产生的机理及噪声产生的部位分类

列车在运行过程中所辐射的噪声是由各种不同类型的噪声组合而成的。可以按噪声产生的机理及噪声产生的部位对铁路噪声进行分类识别。按发生部位的不同，如图1所示，可以分成以下四类：①轮轨噪声②空气动力噪声④建筑和机械噪声④建筑和机械噪声。

图一声源解析示意图

铁路列车运行时产生的总噪声级, 由以上几种噪声叠加而成, 在不同的列车速度和不同的减振降噪措施条件下, 上述几项影响的程度是不一样的。一般列车速度在240 km/h 以下时, 轮轨噪声对沿线环境的影响较大, 列车速度在240 km/h 以上时, 空气动力噪声和集电系统噪声增大, 与轮轨噪声共同成为主要声源。当运行速度不同时, 上述各噪声对总声级的贡献呈动态变化。日本新干线试验研究表明: 当列车速度低于240 km/h 时, 轮轨噪声为主要声源, 约占噪声能量的40%, 当列车速度达到300km/h 时, 轮轨噪声与空气动力噪声源各占30%左右，其主要频率范围大约为400Hz--4000Hz。

（2）噪声频域特征分类

噪声频谱特性随列车速度、机车车辆类型、轨道结构的不同而不同。多年来，由于各国铁路技术条件不一，对列车运行噪声频谱的研究、认识也不尽相同。总体而言，列车运行速度越快，其噪声等效频率越高，普通铁路（速度小于100 km/h）列车运行噪声等效频率为400～500 Hz。

高速铁路（速度大于200 km/h）等效频率为1 000～2 000 Hz。我国京津城际轨道交通列车运行辐射噪声频域特征测试结果表明，当动车组以350 km/h运行时，声能量峰值出现在1 600~2 000 Hz，声能量在高频段较为集中，高速铁路以辐射高频噪声为主。

2、结构动力特性对声屏障影响

随着列车速度的大幅提升,在列车脉动风力交替出现的拉压作用下，一些国家高速铁路采用螺栓连接的声屏障结构在运营后不久相继出现螺栓松动等现象

或导致声屏障结构和连接处疲劳破坏。

2003年德国科隆—法兰克福铁路声屏障在列车脉动力的作用下全线破坏,重建和维修费用达3 000万欧元。在我国列车设计运行速度已达到350 km/h，在声屏障结构的设计中就必须考虑结构的自振特性，从而减小高速列车脉动风压对结构体系使用过程中的冲击效应。所以对于高铁金属插板式声屏障设计就必须共同考虑其降噪效果和结构稳定性。

3、常见板插式声屏障的设计

（1）常见桥梁地段声屏障设计

箱梁声屏障采用“通环（2009）8323A”时速350km客运专线铁路桥《梁插板式金属声屏障》通用参考图中（一般风速地区），只对声屏障吸声材料进行部分调整，分为金属和非金属两种。金属声屏障材料性能满足“通环（2009）8323A”中的相关要求，非金属声屏障材料应满足吸声系数≥0.7；隔声量≥30dB；面密度≤160kg/m2；表面抗压强度≥5.5KPa；正常使用年限不小于25年。

声屏障采用H型钢插板、直立结构形式，声屏障高度采用2.15m（轨面以上2.05m），距线路中心线3.423m。声屏障全部采用铝合金复合吸声板，单元板两侧固定三元乙丙橡胶垫后与H型钢承插连接，H型钢立柱与基础之间采用螺栓连接。桥上新增声屏障高度（轨面以上2.05m）上口必须保持一致高度，H型钢柱高度需相应加长。

图二声屏障立柱现场安装

（2）路基地段声屏障设计

路基声屏障采用”通环（2009）8326”时速350km客运专线铁路《路基插板式非金属声屏障》通用参考图中（一般风速地区）路基插板式非金属声屏障。声屏障采用H型钢插板、直立结构形式，声屏障高度采用 2.95m（轨面以上2.05m），距线路中心线4.58m。声屏障单元板采用钢筋混凝土、玻璃纤维增强复合材料、轻质水泥等非金属材料，吸声板采用珍珠岩等非金属材料，二者有机结合为一体，单元板两侧固定三元乙丙橡胶垫后与H型钢承插连接，声屏障基础与上部H 型钢柱整体一次性浇注。

图三声屏障立柱安装成型

4、铁路声屏障非金属材料的应用

目前，运用于工程实际的声屏障主要分为金属声屏障和非金属混凝土声屏障两大类。从声屏障使用情况看，如法国、日本等高铁技术发展较早的国家，以前主要采用金属声屏障，大部分因疲劳破坏，已进行更换，工程建造及维护费用高，而在高速铁路发达的德国普遍使用非金属混凝土声屏障，该种结构形式耐久性好、且坚固牢靠，可根据当地民族文化创作成各种艺术结构体，建造及维护费用低，相比金属声屏障有较大的优势。

在我国，非金属混凝土声屏障的利用也越来越被大家所重视，相关高铁工程已经将非金属混凝土声屏障运用于工程当中，但目前国内非金属声屏障生产厂家大多数都是利用混凝土作为生产屏障的主材，必须与其它材料进行复合才能够同时具备吸声和隔声性能，从而生产效率低、产品降噪效率难以保证，且国内目前还没有混凝土声屏障单元板的自动化生产线。

图四金属声屏障安装成型参考图

针对以上情况，我公司和清华大学声学研究所合作研发新一代吸隔声材料—微孔岩板，微孔岩吸隔声板原料精选内蒙古高原天然砂，利用德国特殊工艺，将一种无机硅基溶剂，均匀且极薄地施涂于全部砂粒表面（砂粒的主要成分是二氧化硅），使砂粒外层之间发生一种溶融再固化反应，由此，砂粒就像被焊接一样聚合在一起。因为每颗砂粒的微观形状是不规则且独一无二的，聚合积压在一起时，砂粒之间天然地形成了大量的、不规则的、相互连通的微小孔隙。在聚合工艺中，砂粒粒径与聚合方式均可精确地调控，进而确定了内部孔隙的大小及排列方式，由此生产出各种不同流阻与吸声特性的微孔岩吸隔声板。