（环境工程专业论文）城市轨道交通噪声的评价及控制研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着我国城市轨道交通事业的迅猛发展，轨道交通的噪声污染r 益成为 影响城市环境的突出因素。分析评价城市轨道交通噪声的影响，研究控制城 市轨道交通噪声污染的方法具有重要的意义。 本文以城市轨道交通产生的噪声为研究对象，通过分析国内外城市轨道 交通噪声的评价预测和控制方法，研究防治城市轨道交通噪声污染的方法。 为我国城市轨道交通建设运营中如何预防与控制噪声提供依据。 噪声分析和预测是噪声控制中的重要环节。通过查阅相关文献，了解城 市轨道交通噪声的评价指标、评价标准。分析城市轨道交通的噪声声源、噪 声预测要考虑的因素，根据有关研究成果及我国城市轨道交通列车运行噪声 的实际情况，提出了适合我国城市轨道交通列车运行噪声的预测模式；文中 还明确了各预测参数，采用对数回归关系确定了各影响因子与等效声级的关 系，以利于环境影响评价中的实际应用。 研究城市轨道交通降噪原理，并提出具体的控制方法。特别是对采用声 屏障方法控制城市轨道交通噪声的方法进行了研究。最后，以北京市城市快 速轨道交通工程为研究实例，利用本文提出的预测方法，与实际应用的预测 方法进行对比。实测结果表明，本文所提出的预测模式是可行的，提出的城 市轨道交通噪声的评价预测和控制方法，可以为城市轨道交通建设运营中噪 声的预防与控制提供依据。 关键词：城市轨道交通；噪声评价；噪声预测；降噪措施 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 a bs t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sa n dr a p i dd e v e l o p m e n to ft h eu r b a nr a i lt r a n s i t ，n o i s e p o l l u t i o nc a u s e dh a sb e e nc o m i n go u t s t a n d i n gp r o b l e mf b rt h eu r b a ne n v i r o n m e n t i ti ss i g n i f i c a n tt oa s s a ya n de v a l u a t et h ei m p a c tt h en o i s ep o l l u t i o nc a u s e db y u r b a nr a i lt r a n s i ta sw e l la st or e s e a r c ht h es o l u t i o n t h i st h e s i st a k e st h en o i s ec a u s e db yu r b a nr a i lt r a n s i ta ss u b j e c t ，f o c u s i n g o nt h ew a yp r e v e n t i n ga n da b a t i n gi tb ya n a l y z i n gt h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l m e t h o do fn o i s ee v a l u a t i n g ，p r e d i c t i n ga n dc o n t r o l l i n g ，w h i c hc a nb cr e f e r r e db y t h er e l e v a n tr e s e a r c h e ra n dp r o f e s s i o n a l f i r s t l y , a c c o r d i n gt o l i t e r a t u r ei np o i n t ，l e a r na b o u tn o i s ea s s e s s i n gc r i t e r i o n a n dr a n g e ，d e s c r i b i n gi n d i v i d u a ln o i s ei n d i c e sa n dt h e i rc a l c u l a t i n gm e t h o d t h e n ， t h es o u r c e so ft h eu r b a nr a i lt r a n s i tp r o d u c i n gn o i s ea r ea n a l y z e d ，a n dt h ef a c t o r s t a k i n gi n t oa c c o u n tw h e np r e d i c t i n gn o i s e b a s e do nt h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t s o ff o r e i g nc o u n t r i e sa n dt h ep r a c t i c a ls t a t u so fr u n n i n gn o i s eo fc h i n e s eu r b a n t r a f f i cr a i l w a y ，a ni m p r o v e dc a l c u l a t i o nm o d e li ss e tu pb yu s i n gt h e o r e t i c a l a n a l y s e sa n dp r a c t i c a ld a t af r o md i r e c tm e a s u r e m e n t f o rt h ep u r p o s eo ft h e a d v a n t a g e o f p r a c t i c a la p p l i c a t i o n o fe n v i r o n m e n t a le v a l u a t i o n ，v a r i o u s p r e d i c t i o np a r a m e t e r sa r eg i v e ni nt h i sa r t i c l e t h ec o n t r o lo fn o i s ei sp o s s i b l ea tt h r e ed i f f e r e n ts t a g e so fi t st r a n s m i s s i o n ： r e d u c et h es o u n dp r o d u c e d ，i n t e r r u p tt h ep a t ho ft h es o u n d ，a n dp r o t e c tt h e r e c i p i e n t a c c o r d i n gt ot h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa n dt r a n s m i t t i n gr e g u l a r i t i e s ，r e l e v a n t a t t e n u a tin gm e a s u r e sa r es u g g e s t e df r o mt h et h r e ea s p e c t s ，e s p e c i a l l yu s i n g n o i s eb a r r i e r f i n a l l y , t a k i n gb e i j i n gu r b a nr a i l w a ya sa ni n s t a n c e ，p r e d i c t i o n m e t h o do ft h i st h e s i si sa p p l i e d ，a n dc o n t r a s t e dw i t ha c t u a l l yu s e dm e t h o d a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lm e a s u r er e s u l t ，t h i sm e t h o di sf e a s i b l e t h em e t h o dc a n b e c o m er e f e r e n c et h a tt h i st h e s i sp u tf o r w a r df o rn o i s ee v a l u a t i o na n dp r e d i c t i o n ， t on o i s ec o n t r o lo fc h i n e s eu r b a nt r a f f i cr a i l w a y k e yw o r d s ： u r b a nr a i lt r a n s i t ， a t t e n u a t i n gm e a s u r e n o i s ea s s e s s m e n t ，n o i s ep r e d i c t i o n ，n o i s e 西南交通大学曲南艾迥大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：设均 日期：p 。8 年6 日弓日 指导老师签名：不引弓毛 日期：洳d 8 f 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 分析了声源、噪声预测要考虑的因素，根据有关研究成果和我国的实际现状，提 出适合我国城市轨道交通的噪声预测模式 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出和课题的研究意义 随着我国国民经济的持续、快速发展，城市规模不断扩大，城市化进程 逐步加快，城市人口急剧增加，流动人口也大量涌进城市，使城市交通面临 着严峻的形势。目前，我国有百万人口以上城市1 7 4 座，其中超过两百万的 城市3 3 座。现代城市亟需有一个与其现代化生活相适应的，多层次、立体化、 智能化的现代交通体系，要形成与城市发展布局高度协调的综合交通格局。 由于轨道交通具有运量大、低污染、准时快捷等优点，能有效发挥城市交通 和市际交通的整体效益，促使土地的有效开发利用，成为我国城市交通体系 发展的重点i l 3 j 。 目前，我国约有2 0 个城市拟定了轨道交通的建设发展规划。其中，北京 市轨道交通近期建设方案中包括1 1 条线路，建设总里程2 7 9 1 公里；上海市 规划了轨道交通线2 1 条5 0 0 余公里；天津市规划地铁线路4 条共1 0 6 公里、 市郊轻轨线路5 0 公里、预留环线地铁7 1 公里，共2 2 7 公里；广州、长春、 大连、杭州、西安、郑州、沈阳、成都、武汉、苏州等大、中等城市也在筹 划建设不同型式的城市轨道交通线路。“十五”计划期间，中国地铁建设投资 高达2 0 0 0 亿人民币；“十一五”期间，预计在轨道交通建设方面还将投资2 0 0 0 亿元人民币以上1 4 i 。 随着我国城市轨道交通事业的迅猛发展，轨道交通的振动和噪声污染日 益成为影响城市环境的突出因素。过量的振动和噪声严重影响城市居民正常 工作和休息，降低工作效率，危害身心健康。美国纽约地铁车站噪声曾高达 1 0 0 1 1 5 d b ，接近人耳的痛阈；北京地铁西单车站附近的居民，就地铁造成 的振动和结构噪声问题进行过投诉；我国某城市地铁现场测试表明，当地铁 列车仅以1 5 2 0 k m h 的速度通过时，地铁正上方居民住宅的振动高达8 5 d b 。 目前，城市轨道交通振动和噪声问题已成为人们日益关注的扰民和公害问题。 世界卫生组织( w h o ) 于1 9 9 3 年公布了为保护公众免受噪声干扰的标准。 为使大多数人免受严重干扰，在户外生活区的稳态连续噪声的声级不能超过 5 5 d b ( a ) ( l a e 。) ；为使大多数人免受中等程度的干扰，噪声级不能超过 5 0 d b ( a ) ( l a c q ) ；夜间户外噪声级不能超过4 5 d b ( a ) ( l a 。) 。各国参照w h o 的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 标准并根据实情制定相关标准。 1 9 9 6 年1 0 月我国通过了环境噪声污染防治法，其中第三十九条规定 了应当减轻因铁路运行造成的环境噪声污染。在2 0 0 4 年颁布修订的g b l 4 8 9 2 城市轨道交通列车噪声允许值及测量方法标准中，规定了城市轨道交通 列车车外噪声，在距离线路7 5 m ，高于轨面1 5 m 处，最大允许值为8 5 d b ( a ) ， 该标准是目前针对城市轨道交通的噪声限值要求。 城市轨道交通振动和噪声的防治作为环保产业的一部分，在城市轨道交 通环境建设方面和经济与环境协调可持续发展方面都具有重要而独特的意 义。随着城市轨道交通的广泛建设，以及噪声防治相关法律的强制实施，减 振降噪在城市轨道交通的建设中将会越来越重要。 1 2 国内外研究现状 噪声分析和预测是噪声控制中的重要环节。在这个方面，日本和欧洲发 达国家走在了前列。各个国家根据自己的实际情况制订相关预测标准，欧洲 国家的铁路噪声预测标准中，具体有德国的s c h a l l0 3 ，斯堪的纳维亚的n o r d i c t r a i n ，英国的c o r t n 。其中德国的s h c a l l0 3 标准是1 9 9 0 年以法规的形式确 定下来的，主要是采用分段计算方法，以入射声级作为评价声级，确定相关 的发射噪声、噪声传播路径中的声衰减和由于有轨交通较低的干扰程度所引 入的修正值。在发射声级的确定上，以5 1 d b 为基础值进行相关修j 下得到。 其主要计算公式如下1 5 j ： k j 一1 0 1 9 1 0 0 1 5 1 懈嘞幔峨i + + + + ( 1 - 1 ) l -一j 斯堪的纳维亚的n o r d i ct r a i n 则是计算等效声级( 连续2 4 小时内) ，也是 在基础值5 0 d b 上进行修正，公式如下1 6 1 ： ，r， l o 0 + 1 0 1 9 蒜。10 1 9 孟+ 2 3 5 1 9 孟( 1 - 2 ) 厶 厶、 工呲t 1 0 1 9 i1 0 以o + 1 0 7 1 0 l ( 1 - 3 ) 英国的c o r i n 是在1 9 9 5 年确定的，以等效连续a 声级k 。作为铁路噪 声限值的标准量，此标准计算的是单发暴露卢级，根据列车长度和速度进行 计算。公式如下1 6 j ： s e l = 3 1 2 + 2 0 l g ( v ) ( 1 - 4 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 艇；1 1 2 6 一l o l g ( v ) ( 1 - 5 ) 只本也对铁路噪声预测也做了大量研究，发表了很多有关铁路沿线噪声 研究方面的实验和预测的论文。其中，以1 9 8 0 年同本铁道综合技术研究所的 石井子安的预测方法为基础发展起来的一套预测方法被认为是较准确的，而 且该研究所还专门做过实验来验证，获得了比较令人满意的结果。这一方法 将车辆噪声解析为车辆下部噪声、车辆上部空气动力噪声、构造物噪声、集 电系噪声四种，而低速( 1 5 0 k m h 以下) 时由于车辆上部空气动力噪声较小，可 将其忽略1 7 ，8 】。 各国铁路噪声预测模式具有各国的特点，但是总体上讲其预测过程是一 致的，某些差距存在于考虑因素的多少、繁简不同和实验统计参数等方面， 主要因素的数学表达形式基本上是一致的。各国均选取适合本国国情的噪声 限制阈值为标准量，然后考虑其他因素对噪声值的影响，进行合理的修正。 我国学者辜小安，刘扬1 9 l 根据我国城市轨道交通列车运行噪声的实际情 况，提出了适合我国城市轨道交通列车运行噪声的预测模式，并且对北京、 广州地铁地面和高架线路实测结果与预测结果进行验证比较，误差在1 6 d b ( a ) 范围内。说明其推荐的预测模式是可行的。刘扬【1 0 l 等对城市轨道交通 轮轨噪声的预测进行了研究，对其应用方法和步骤进行了总结。张艳根据 声场特性，利用计算机技术对铁路噪声的预测进行了研究。 国内外研究表明，轮轨噪声是城市轨道交通的主噪声源f 1 2 14 1 。通过改变 轨道结构参数来达到减振降噪的目的，是国内外研究的热点。近年来欧洲城 市有轨交通中出现了带有弹性垫层与阻尼材料的防振减噪钢轨，这种钢轨轨 颚轨腰附贴了阻尼材料，增加了钢轨阻尼，可明显防振减噪，如图1 - 1 所示。 图1 1 防振减噪钢轨 测试表明，采用弹性钢轨可降低噪声4 - 8 方( 响度级单位) 1 1 5 】。荷兰在开 发板式轨道时，研制了s a 4 2 型矮轨，并采用嵌入式轨道结构技术。这种新 型低噪声嵌入式轻型钢轨每米仅重4 2 k g ，高8 c m 。由于这种钢轨矮胖，车辆 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 通过时引起钢轨腹板的振动频率较低，提高了轨道结构减振降噪效果，与有 碴轨道结构比较，可以减少噪声约5 7 d b ( a ) 1 1 6 j 。可在轨腰两侧粘贴防振材料， 增加振动沿钢轨的衰减率。当装上吸振材料后，钢轨的声功率可降低1 2 d b 。 日本的高架铁道采用了这种形式，测试结果表明，可降低噪声3 5 r i b ( a ) 1 1 。7 1 。 防振减噪型钢轨方面的研究和创新的领域是广阔的。 用改变车轮结构的方法来改变噪声的发声性能，也可降低轮轨噪声。如 德国，通过把制动盘放置在轮心上来减少噪声。采用弹性车轮、充气橡胶车 轮、阻尼车轮及弹性踏面车轮等技术，通常可减振降噪2 1 0 d b ( a ) 1 1 8 ，19 1 。德 国的科研机构在对车轮形状进行了长期的研究之后，发现车轮腹板形式、车 轮滚动圆直径、腹板与轮辋及轮毂之间的过渡部分的曲率以及腹板的厚度都 对车轮噪声产生重要影响。因此，德国铁路根据该实验结果设计了改进型的 车轮，尽管其形状与标准车轮相差甚小，但其辐射的噪声级已有显著的降低。 其降噪效果与弹性车轮相当，是一种行之有效的降低车轮噪声的措施。此外， 国外己出现的曲形踏面轮对，其特点为从轮缘到踏面连续过渡，轮轨呈一点 接触，当车轮滚动时，轮缘相对速度小，尖叫声低。英国、德国铁道部门已 将曲形踏面定为标准轮毂外形。我国也在研制曲形踏面和与之配合的轨项外 形。 对于具有特殊要求的地段，可以优先考虑采用减振型无碴轨道。浮置板 轨道最早在德国使用，1 9 6 8 年至1 9 7 0 年，联邦德国工业技术大学e i s e n m a n n 教授设计了两种浮置板轨道分别用于苏黎世电车轨道及慕尼黑和法兰克福的 地下铁道1 2 。浮置板轨道是一种质量弹簧系统，通过一个固有频率很低的线 性谐振器来隔离上部结构和基础问的振动，其减振效果可以高达1 5 - - 一2 0 d b 。 广州地铁1 号线在国内首次采用了浮置板轨道结构。日本开发了防振g 型等 板式轨道1 2 。瑞士在b o e t z b e r g 隧道内修建无碴轨道时，为了降低对地面上 一个重要建筑物的振动影响，修建了l v t ( 弹性支承块轨道) 低振动无碴轨 道，英吉利海峡海底隧道( 5 4 k m ) 也是采用这种l 、，t 的减振型轨道结构【2 2 j 。德 国为了使r h e d a 型无碴轨道能够适用于需要减振减噪的特殊线路区段，将原 设置隔离层的材料改为1 2 m m 厚的弹性挚层，经测试，其噪音下降到与有碴 轨道相当的水平。减振型无碴轨道的研究空问巨大，我国也完全可以借鉴开 发适合国内使用的减振型无碴轨道。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 幽1 - 2 减振型无碴轨道 近年来，随着我国社会、经济发展，环境问题越来越受到重视，我国新 建轨道交通线路大多也采用减振降噪型轨道结构。在降低轮轨噪声的技术中， 广州市地铁2 号线首次使用了弹性短轨枕轨道，又称低振动轨道。这种轨道 有很好的耐久性，维修工作量小，大修也容易，与有碴轨道相比，减振效果 可达到6 8 d b ( a ) i 口j 。北京城市铁路西直门站和和平里居民楼等敏感地点应 用剐弹簧浮置板道床，隔振效果为2 0 2 5 d b ，同时可消除固体声，隔振系统 固有频率约5 - 7 1 t z ，其弹簧钢的疲劳寿命长，很容易更换，不影响行车。这 种结构虽然在德国、英国、巴西有过成功的应用实例，但国内尚属首次应用 1 2 4 1 。 声屏障的设计已有完善的理论和工程实践，隔声屏形状和吸声材料的新 发展使噪声控制技术不断完善。声屏障技术首先在公路建设中得到应用和推 广，随后应用到城市轨道线路。许多国家无论高速公路还是城市铁路沿线到 处可以见到形式各异的声屏障，在声屏障的研究和工程建设方面积累了一整 套成熟的理论和成功的经验。如新加坡在4 4 8 k m 高架线路两侧全部设置了 高0 7 m 、厚0 0 8 m 的隔声式混凝土声屏障，而且声屏障设计与桥梁结构设计 同步进行。 为使噪声控制做到技术经济合理，北京城市铁路吸收了国内外先进的技 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 术，在声屏障的结构形式和材质等方面进行了重点研究，按噪声敏感地带与 线路的实际关系及隔声要求，将全线的声屏障设计为三种形式，即全封闭式、 半封闭式和直立式。声屏障的吸声部分为h a s 形吸声板或波浪吸声板，透 明部分为夹胶玻璃或耐力板，波浪吸声板内部吸声材料采用无碱增水玻璃布 包裹离心玻璃棉，隔声指数s t c 3 0 ；夹胶玻璃结构的两外侧玻璃厚5 r a m ， 中问为0 7 6 r a m 厚的胶膜，隔声指数s t c 3 0 ；耐力板采用透明耐光板，隔 声指数s t c 2 5 。全线共设置单侧声屏障6 4 k m ，全封1 7 声屏障7 5 6 m ，总 计4 3 2 4 9 m 2 1 t m 。 图1 - 3 、仁封l = j j 式声屏障 综述所述，对城市轨道交通的减振降噪，国外正处于积极地研制开发阶 段，我国从起步阶段就应把轨道减振降噪技术对策作为重中之重对待，迎头 赶上当今国际减振降噪的技术水平，吸取国外的经验教训，以避免后期治理 的危害。 1 3 本文的研究路线及内容 1 3 1 研究目标 本文以城市轨道交通产生的噪声为研究对象，通过分析国内外城市轨道 交通噪声的评价预测和控制方法，研究防治城市轨道交通噪声污染的方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 为我国城市轨道交通建设运营中如何预防与控制噪声提供依据。 1 3 2 研究内容 ( 1 )通过文献查阅，了解城市轨道交通噪声的评价指标、评价标准。 ( 2 )分析城市轨道交通的噪声声源、噪声预测要考虑的因素，根据据有关 研究成果及我国城市轨道交通列车运行噪声的实际情况，提出了适合我 国城市轨道交通列车运行噪声的预测模式；文中还明确了各预测参数， 采用对数回归关系确定了各影响因子与等效声级的关系，以利于环境影 响评价中的实际应用。 ( 3 )研究城市轨道交通的噪声的控制原理，并提出其控制方法。特别是对 声屏障设计方法进行了研究。 ( 4 )通过实例研究，验证本文提出的预测方法的可行性，并为城市轨道交 通建设运营中如何预防与控制噪声提供依据。 1 3 3 研究的方法和技术路线 本论文以理论研究和相关实测数据为基础，遵循“资料收集理论分析 现场影响因素确定结合实际理论分析”的研究思路。本论文的技 术路线如下图所示： 国内外课题相关资料收集 上 i 城市轨道交通噪声的评价指标、评价标准 城市轨道交通噪卢的评价预测方法 亩 1r 屏 根据评价预测结果，结合噪声的控制原理，提出 障 的 城市轨道交通噪声的具体控制措施 降 噪 研 究 r 通过实例分析，探讨在城市轨道交通建设和运 营中噪声评价与控制的方法 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章城市轨道交通噪声的评价方法 对于城市轨道交通噪声的控制，在设计阶段，首先要根据环评报告对沿 线振动与噪声的超标状况进行预测，然后逐段落实设计方案：在线路施工设 计阶段，要采用经济合理和技术可行的减振降噪措施确保在线路开通后取得 良好的减振降噪效果。 2 1 城市轨道交通噪声的评价指标 不同类型的噪声有各自的物理特性；不同的环境下，人们对噪声的要求 也颇不相同。因此，对噪声的评价以及不同场所对噪声的允许标准，是与噪 声的物理特性和噪声对人的生理、心理影响有关的复杂问题。 2 1 1a 声级4 相同声压级的声音，因频率不同而给人在听觉感受上有不同的响度，而 且等响曲线是不平行的，声压级高的不同频率的声音，它们的响度级相差小 一些，声压级低的不同频率的声音，它们的响度级相差比较大。根据等响曲 线的特点，把高、中、低不同响度的声音，分别给以不同的频率计权a 、b 和c ，使测量得到的分贝值，与人们主观上的响度感觉有一定的相关性。 乒 一 n 忑 一i三乒一卜r c 嘶； 醚 一多 。 d 夕 一 _ _ ： 3 0 c m 时，取z = z 一3 0 c m 。 对钢轨未打磨以及打磨后测量得到的两组数据进行相关和回归分析，得 到钢轨打磨对噪声级的影响。仅当一辆单列打磨车打磨后，钢轨打磨因子才 起作用： e 明j 一1 0 1 9 9 = 1 0 1 9 1 0 m 眦”一0 0 0 2 v d b ( a ) ( 3 - 1 7 ) ( 5 ) l a e q 与列车使用时间的关系 旧列车由于不良的机械状况产生了列车与轨道之间不确定的附加振动， 使轨道交通噪声级变大。 _ 。4 与列车使用时间的关系如下： e 钾声一1 0 f 4 = 1 0 l g t , r o 0 8 d b ( a ) ( 3 1 8 ) 式中 靠为列车的使用时间，乃，【1 ，1 5 。 ( 6 ) 三- 叩与轨道使用时间的关系 虽然速度因子f j 与轨道类型有关，但是f j 没有充分考虑线路状况对列 车运行噪声级的影响。统计分析表明，在预测模型中引入线路状况影响因素 是有必要的。线路状况因子与线路建成或重建后的时间有关。它与列车运行 噪声级的关系为： l 钾州- - 1 0 f 5 = 1 0 1 9 乙m 6 2 d b ( a )( 3 1 9 ) 式中 瓦r ，为线路建成或重建后投入使用的时自j ，t t r ! e 【1 , 3 0 。 ( 7 ) l i a e q 与列车编组的关系 l t a e q 与列车编组的关系表示如下： 0 叼p = 1 0 1 9 f 6 = 1 0 1 9 ( f 6 ，。+ 氕2 + + 瓦一) 1 7 d b ( a )( 3 2 0 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 式中 f 6 , i 表示不同类型列车影响的子因素。凡f 对噪声的影响可表示为 矢量 b 与权重系数矩阵 k ) 的乘积： 名j = 1 0 1 9 f 6 j l 7 = 1 7 1 9 ( p i ) ( k ) d b ( a ) ( 3 2 1 ) 式中 p ；m l , ，堕；历为每小时列车流量，历j ；所州为【1 朋】中刀节编组 mm 的i 型车辆数量；所为对应于不同编组的f 型车辆噪声影响系数。 3 4 本章小结 噪声预测是噪声控制中的重要环节。通过噪声预测，可以知道一个新建 线路对周围环境的噪声影响程度，从而确定是否要进行噪声治理。 对噪声进行预测，要从噪声源、噪声的传播途径和接收点三个方面进行 分析。城市轨道交通按产生噪声的声源可分为轮轨噪声、车辆非动力噪声牵 引动力噪声、高架轨道噪声、地下铁道的地面承载噪声及客运站人群噪声等。 轨道交通噪声预测中涉及很多方面的因素，包括线路方面、列车方面以及环 境方面。由于具体线路、车辆方面的影响因子是相对稳定的，比较好控制其 影响。而环境条件的变化带来各种不同环境因子的变化，环境因子对于噪声 的传播影响是非常重要的，主要有声指向特性、距离衰减、空气衰减、地形 因子和声屏障衰减等。综合考虑以上噪声预测影响因子，提出城市轨道列车 噪声级预测计算公式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 第4 章城市轨道交通噪声的控制方法 4 1 噪声控制的基本途径 声学系统一般由声源、传播途径和接受器三个环节组成的，即：声源 传播途径接受器。对于所需要的声音，必须为它的产生、传播和接受提供良 好的条件。对于噪声，则必须设法抑制它的产生、传播和对听者的干扰，根 据上述三个环节，分别采取措施。 ( 1 )治理噪声源：要彻底消除噪声，只有对噪声源进行控制。要从根源上 消除噪声是比较困难的，而且受到各种条件和环境的限制。但是，对噪 声源进行一些技术改造是切实可行的，例如：应用新材料、改进机械设 备的结构。近些年，随着材料科技的发展，各种新型材料应运而生，用 一些内摩擦较大、高阻尼合会、高强度塑料生产机器零部件已变成现实。 对于旋转的机械设备，应尽量选用噪声小的传动方式等等。改革工艺和 操作方法。用低噪声的焊接代替高噪声的铆接，用无声的液压代替有梭 织布机等等。提高零部件加工精度和装配质量。零部件加工精度的提高， 使机件间摩擦尽量减少，从而使噪声降低，提高装配质量，减少偏心振 动，以及提高机壳的刚度等，都能使机器设备的噪声减小。 ( 2 )在噪声传播途径上进行降噪。这是噪声控制中的普遍技术，包括：利 用闹静分开的方法降低噪声；利用地形和声源指向性降低噪声；利用绿 化降低噪声：采取声学控制手段。这是噪声控制技术的重要内容，包括 吸声、隔声、消声、阻尼隔振等等。 ( 3 )接受器的保护措施：在某些情况下，噪声特别强烈，在采用上述措施 后，仍不能达到要求，或者工作过程中不可避免地有噪声时，就需要从 接收器保护角度采取措施。对于人，可佩戴耳塞、耳罩、有源消声头盔 等。对于仪器设备，可将其放置在隔声间或隔振台上。 声源可以是单个，也可以是多个同时作用，传播途径也不同，且并非固 定不变；接受器可以是人，也可能是若干灵敏设备，对噪声的反应也各不相 同。所以在考虑噪声问题时，既要注意这种统计性质，又要考虑个体特性。 4 2 噪声控制的一般原则 噪声控制设计一般应孥持科学性、先进性和经济性的原则【3 1 】： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 ( 1 ) 科学性：首先应j 下确分析发声机理和声源特性，是空气动力性噪声、 机械噪声或电磁噪声，还是高频噪声或低频噪声。然后确定针对性的相 应措施。 ( 2 )技术的先进性：这是设计追求的重要目标，但是应该建立在有可能实 施的基础上。控制技术不能影响原有设备的技术性能或者工艺要求。 ( 3 ) 经济性：经济上的合理性也是设计追求的目标之一。噪声污染属于物 理污染，即声能量污染，控制目标为达到允许的标准值，因国家制定标 准有其阶级性，必须考虑当时在经济上的承受能力。 4 3 噪声控制的基本程序 噪声控制的基本程序应从声源特性调查入手，通过传播途径的分析、降 噪量的确定等一系列步骤，确定最佳方案，然后对噪声控制工程进行评价。 噪声控制基本程序框图如图4 1 【3 2 j ： 图4 - 1 噪声控制基本程序 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 4 4 吸声降噪 4 4 1 吸声降噪原理 声波在媒质传播过程中使声能产生的衰减现象称为吸声。声波在空气中 传播时，由于空气质点振动所产生的摩擦作用，声能被转化为热能的损耗引 起使声波随传播距离的增加而逐渐衰减的现象称为空气吸声。当声波从空气 传播再入射到材料表面时，除被反射和透射的声能外，其余的声能则被吸收， 称为材料吸声。 声波在传播过程中遇到各种固体材料时，一部分声能被反射，一部分声 能进入到材料内部被吸收，还有一小部分声能透射到材料另一侧。我们将入 射声能历和反射声能e 的差值与入射声能量的比值称为吸声系数，记为a ， 即 a = ( 巨一巨) 巨= 1 一巨e , ( 4 1 ) 吸声系数a 的取值一般在0 1 之间，入射声波的频率和入射角度等对吸 声系数a 的取值都有影响。在吸声降噪过程中，经常采用多孔吸声材料、板 状共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构和微穿孔板共振吸声结构等技术方案 来达到降噪的目的1 3 3 j 。 根据声波入射角度的不同，吸声材料或结构的吸声系数也不同，通常可 以用垂直入射的吸声系数a d 和混响吸声系数a 丁来描述，垂直入射的吸声系 数和混响吸声系数都是度量材料或结构吸声特性的物理量。实验室中常采用 驻波管法测定垂直入射吸声系数，该方法比较简单经济，因此在产品的研制 和对比试验中经常使用。混响吸声系数反映了声波从不同的角度以相同的机 率入射时的综合吸声系数，与实际工程使用情况较接近，因此工程实践中多 采用混响吸声系数来评价吸声特性，在声学设计和噪声控制中也多采用此评 价参数【m j 。 4 4 2 吸声降噪量的计算 设处理前房间平均吸声系数为口1 ，声压级为l p l ；吸声后为口：，l p 2 。吸 声处理后的声压级差虬；即为降噪量，可由下式计算： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 峄l p l - l p 2 = 1 0 l g 妾q 4 - 4 冗r 2l 乙 d b( 4 2 ) 当直达声为主时，即q 4 刀r r 2 4 r ，则a l p ；0 。当以混响声为主时，即 酬盹脚删印g 【壤卜理 前乏很小，则 a l p - - 1 0 l g i c t 2 = 1 。g 鲁= 。- g ； d b ( 4 3 ， 式中a j ，a 2 吸声处理前、后的室内总吸收量，m 2 。 乃，乃吸声处理前、后的室内混响时间，s 。 4 4 3 吸声降噪设计程序 ( 1 ) 确定吸声处理前室内的噪声级和各倍频程的声压级，了解噪声源的特 性，选定相应的噪声标准； ( 2 ) 确定降噪地点的允许噪声级和各倍频程的允许声压级，计算所需的吸 声降噪量； ( 3 ) 根据计算的吸声降噪量，计算吸声处理后应有的室内平均吸声系数 屿； ( 4 )由室内平均吸声系数和房间可供设置吸声材料的面积，确定吸声面的 吸声系数； ( 5 ) 根据吸声面的吸声系数，选择合适的吸声材料或吸声结构、类型、材 料厚度、安装方式等等。 4 5 隔声降噪 用构件将噪声源与接受器分开，隔离空气对声音的传播，从而降低噪声 污染的程度，是控制噪声的一项基本措施，应用范围较广。适当的隔声设施， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 能降低噪声级2 0 - - 5 0 d b 。这些设施包括采用隔声墙、隔声罩、隔声间、隔声 屏障与隔声幕等构件。 4 5 1 隔声降噪原理 当具有一定能量的噪声入射到一个壁面上时，在声波的作用下，壁面按 一定方式进行振动，这部分声能称为透射声能，并且向外辐射噪声。对于大 多数壁面而言，透射声能仅为入射声能的几百分之一，或者更小，而绝大部 分声能被反射回去。 在噪声控制技术中，常采用透射系数l 来表示壁面的隔声能力，透射系 数是透射声能厶与入射声能 的比值：一t , 为了计算方便，通常用来表 示一个隔声构件的隔声能力，它称为隔声材料的固有隔声量或者传声损失， 记为尺，单位d b ，定义为r = 1 0 1 9 ( 1 1 q ) ，l 越小，尺数值越大，壁面的隔声 性能越好；隔声量的大小还与隔声构件的结构、性质和入射波的频率有关， 同一构件对于不同频率的声音，其隔声量可能有很大差别【3 5 。 4 5 2 隔声降噪量的计算 一个组合隔声构件，其隔声量按照综合隔声量进行计算。 设一个组合隔声构件由几个分构件组成，各个分构件自身的隔声量为r ， 面积是s ，则组合构建的综合隔声量尺的计算公式是： 尺；1 0 l g 一1 。1 0 1 9 j 生坠盟 。s + s 2 f 2 + + 5 。l = o l gj i ：五i j i 万万j = _ 霎：_ 三 ；妄三三 ! 霉兰j 驴d b ( 4 4 ) 式中r 平均透射系数： 瓦第i 个分构件的透射系数； s t 第f 个分构件的透射量。 若一面墙隔声量为5 0 d b ，若在上面开一个面积为墙面积百分之一的洞， 则墙的综合隔声量降低到仅为2 0 d b ：若在上面开一个面积为墙面积千分之一 的洞，则墙的综合隔声量为3 0 d b 。因此，隔声设计中，防止隔声构件上孔洞 和缝隙的透声是十分重要的。 由此可见，组合隔声构件中一个薄弱环节可能会大大降低综合隔声量， 因此要提高组合构建的综合隔声量，首先要提高隔声性能差的分构件的隔声 量。如果组合构件中某个分构件的隔声量因为技术、经济原因难以提高，则 提高其它分构件的隔声量是于事无补的。因此，组合隔声构件的设计通常采 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 0 页 用“等透射量”原理，即：每个分构件的透射量s ，t 大致相等。 4 5 2 隔声降噪设计程序 ( 1 )由声源特性估算受声点的各倍频带声压级； ( 2 )确定受声点各倍频带的允许声压级： ( 3 )计算各倍频带的需要隔声量； ( 4 )选择适当的隔声结构与构件。 4 6 轨道交通噪声控制措施 4 6 1 轮轨噪声控制措施 作为城市轨道交通噪声的主要噪声源，轮轨噪声主要有三种类型：尖叫 噪声、冲击噪声、和滚动噪声。尖叫噪声主要是当列车通过小半径曲线时， 由于车轮受转向架约束，不能正切钢轨运行，即车轮不能处于曲线的径向位 置，车轮在钢轨上向前滚动时同时沿轨面横向滑动，产生轮轨接触面的粘着 和空转，引起车轮共振，产生强的窄频带尖叫声；冲击噪声是列车车辆通过 轨缝、道岔或车轮踏面擦伤、剥离等轮轨表面的不连续性而引起的垂直激励 产生非线性的振动并辐射噪声。滚动( 轰鸣) 噪声是由于列车运行时，由钢轨 表面粗糙、凸凹不平，钢轨表面伤痕、马鞍形磨耗及轮轨尺寸偏差等引起车 轮和钢轨相互振动，并通过轨道结构传递辐射噪声。 与铁路干线车辆不同，现代城市轨道交通车辆减震和悬挂系统得到了很 大的改善，并采用了弹性车轮和降噪车轮。所以轮轨噪声的控制主要是控制 轨道结构，具体控制措施如下： ( 1 )应尽量不采用小半径曲线； ( 2 )轨道设计采用重型减噪措施，如普通碎石道床，比混凝土整体道床， 减少2 - 3 d b ： ( 3 )铺设超长无缝线路、减振扣件等都能有效减少噪声。据国外测试资料 统计，铺设无缝线路后轮轨噪声平均降低7 d b ；如法国的轻轨车轮中镶 有一层弹性硬橡胶，轨道下设有弹性垫层，因而车辆运行平稳，当列车 以7 0 k m h 速度行驶时，车厢内噪声只有6 8 d b ( a ) ； ( 4 )从轮轨垂向耦合振动体系分析来看，在钢轨与轨枕、轨枕与道床之间 增加弹性垫层可以有效地减少噪声； ( 5 )定期打磨钢轨项面，消除轨顶不平顺。据统计，当钢轨出现深达0 5 m m 以上的波形磨耗时，轮轨噪声迅速增大，打磨后噪声可降低1 0 d b 左右。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 1 页 控制滚动噪声一种有效的方法是给车厢加裙边，这样利用车厢裙边吸收 噪声来增大声能量的传播损失，从而达到降噪的目的。如果在车厢裙边内侧 安装吸声材料，则能减小铁路旁的噪声约2 d b 。裙边向内侧弯曲，这样能吸 收车轮的辐射噪声，对啸叫噪声的控制更好。对于整体道床，车厢裙边的降 噪效果比有碴轨道更好。在车厢底部安装吸声材料，能降低车厢内外的噪声 约2 d b ，但是车厢底部安装吸声材料后对车厢底部的维修和保养增加了困难。 车轮平滑化，通过采用弹性车轮、阻尼车轮和车轮踏面打磨等车轮平滑 措施，可有效降低车辆振动强度。采用盘式制动方式，在闸瓦制动中由于制 动对轮对踏面的摩擦，使轮对踏面的平顺度恶化，欧洲的应用实际表明采用 盘式制动可以降低噪声1 0 d b 左右1 1 5 j 车体隔音装置对减小车内噪声很有帮助，车体隔音装置主要包括车厢体、 地板、车窗、车门及转向架和车体的连接部位。车体使用两层隔音材料，并 在车厢内衬以玻璃纤维吸声材料，用弹性地板层组成复合地板，用密封玻璃 窗和橡胶条等可以大大降低车厢内噪声。 4 6 2 高架桥噪声控制措施 高架桥梁主要有两大类，一种是混凝土结构桥，另一种是刚结构桥。混 凝土桥的桥梁构件自重大，辐射噪声小，其噪声的主要部分不是构件噪声， 而是轮轨噪声，因此只要适当采用控制轮轨噪声的方法就可以降低总体噪声。 相反，钢桥的钢梁噪声比混凝土梁大得多，而且很多钢桥的道床都是敞式结 构，噪声辐射范围也大。钢桥的噪声控制在技术上比混凝土要复杂，而且比 较困难，其重点在于如何降低钢梁的振动和控制钢梁的噪声辐射。在城市区 域，应尽量避免采用钢桥。 为降低混凝土桥的轮轨噪声，一般采用在桥上线路的两侧设置声屏障的 方法。声屏障的高度通常为轨面高度以上2 m 左右。桥梁声屏障除了采用与 一般线路的声屏障一样之外，还可采用下封闭式或全封闭式声屏障。随着轨 道线路噪声敏感区段车道密集程度的提高，在轨道线路两侧设置声屏障的同 时，可在相邻两个车道之间设置道问声屏障的降噪措施。由于设置的道间声 屏障更接近于主要噪声源轮轨系统，因此降噪效果会更好。一般由于空 间结构的限制，要求道问声屏障的高度尽量低，以1 1 2 5 m 为宜，且由于 两侧都有噪声源，要求道问声屏障具有双面吸声的性能 3 6 , 3 7 j 。 为了进一步降低轮轨振动向桥梁构件的传递，可以采用道床挚板，一般 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 2 页 幽4 2 高架轿上声屏障防噪措施 为2 5 m m 厚的橡胶板。桥梁上钢梁应采用焊接长钢轨，在桥梁区段不应有钢 轨接头，或尽量减少钢轨接头的数目。 4 6 3 客运站噪声控制措施 为了减少客运站噪声，主要采取一下一些方法1 3 s 】： 从城市规划上，在客运站周围避免设置噪声敏感区，客运站站前应距离 主交通干道一定距离，避免吸引过多车辆从站前通过，有利于减小公路交通 噪声对客运站本身和周围环境的影响。可在进出站线路两侧建造高大的建筑 物，利用其屏障作用，阻止进出站列车噪声的传播。 在各种客运站的噪声控制方法中，很重要的一个声学处理方法