高速铁路声屏障对居民环境影响的试验研究.pdf

高速铁路声屏障对居民环境影响的试验研究 * 杨明亮丁渭平徐小程李智宋睿 西南交通大学机械工程学院， 成都 610031 摘要 以 3 种结构的高速铁路声屏障为研究对象， 测量了高速列车通过有声、 无声屏障两种状态下 8 个测点的声压值， 并计算各测点等效连续 A 计权声压和声屏障的隔声量， 结合 GB 30962008声环境质量标准 中规定的环境噪声限 值进行声屏障结构对高速铁路周边居民的声环境影响评价。试验分析结果表明 声屏障不同程度改善了居民的声环 境; 由于试验所用的 3 种结构的声屏障隔声量离一般设计要求 20 ～ 25dB 相差太远， 使得高速铁路周边环境噪声高 于国家标准规定限值; 声屏障结构改进应着力提高中低频噪声的隔声量。 关键词 高速铁路;声屏障;居民环境;等效连续声级;隔声量 THE EXPERIMENT RESEARCH ON THE IMPACT ON INHABITANTS ENVIRONMENT OF HIGH SPEED RAILWAY SOUND BARRIERS Yang MingliangDing WeipingXu XiaochengLi ZhiSong Rui School of Mechanical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China AbstractThree kinds of structures of the high speed railway sound barriers are taken as the research object． Combining with the noise limit in“Acoustic Environment Quality Standard” GB 30962008 ，the uation of the impact on residents environment of high speed railway sound barriers is carried out through measuring the eight points sound pressure values when the high-speed train is passing the measurement set and calculating equivalent continuous A-weight sound pressure level of every measurement point and the sound insulation amount of sound barriers． Three conclusions are obtained through experiment and calculating． Firstly，sound barriers help improving the inhabitants environment;secondly，the sound pressure level of environment noise around high speed railway is higher than the national standard limits because of the sound insulation amount of the three test sound barriers is too small compared with the general design requirements 20 ～ 25dB ;lastly，sound barriers should be improved towards the direction of increasing the sound insulation amount of middle and low frequency noise． Keywordshigh-speed railway;sound barriers;inhabitants environment;equivalent continuous a-weight sound pressure level;sound insulation amount * 西南交通大学中央高校基本科研业务费专项资金 SWJTU11BR023 。 0引言 随着我国高速铁路的迅猛发展， 列车车速不断提 高， 随之而来的铁路噪声也越来越明显， 对铁路周边 环境影响不断加剧， 降低了居民的生活品质 ［1- 2］。较 强的噪声对人的生理与心理会产生不良影响。根据 国际标准化组织 ISO 的调查， 在噪声级 85 dB 和 90 dB 的环境中工作 30 年， 耳聋的可能性分别为 8 和 18 。在噪声级 70 dB 的环境中， 谈话就感到困难。 近年来， 高速铁路通过噪声问题已经引起了铁路主管 部门和相关科研院所的高度重视， 并加大了噪声治理 方法和途径的研究和改进力度。一种降低铁路噪声 行之有效的方法就是在噪声的传递路径上安装声屏 障 ［3］， 目前大多安装在高速铁路两侧。相比欧美发 到国家， 我国高速铁路发展时间较短， 对应的噪声治 理经验相对缺乏， 对声屏障的设计和选材没有现成的 经验和方法可循， 便形成了既浪费降噪成本又没有达 到有效降低铁路噪声而提高铁路周边居民生活环境 的目的。鉴于此， 论文结合相关环境噪声测量与评价 标准 ［4- 5］开展了高速列车通过噪声的测量以及对周边 居民环境的影响评价 ［6- 7］， 并提出声屏障改进建议。 1声屏障结构 对于安装在高速铁路轨道两侧的声屏障， 关键在 921 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 于其结构设计。声屏障结构主要包括几何形状 长 度、 高度、 厚度 以及材料。声屏障的几何尺寸设计 主要以声屏障的插入损失和隔声量为目标， 具体的计 算方法一般采用试凑法， 即先假定某一屏障的几何形 状， 采用“声屏障插入损失计算方法” 之一进行计算， 看能否满足要求， 再进行修正， 不断重复， 直至满足要 求为止 ［8］。声屏障常用的形状有直立型、 折板型、 倒 L 型、 Y 型等。铁路声屏障的材料要求综合考虑声学 性能、 强度、 耐候和防眩、 防火性、 防损坏、 可加工性、 价格、 容重等多项技术指标， 各项性能指标均应较优 且较为均衡。声屏障材料可由重质及轻质材料构成， 重质材料如砖、 混凝土、 陶瓷等， 轻质材料如有机玻 璃， PC 板、 钢板、 铝板、 镀锌板等。考虑到声屏障的声 学性能， 通常会使用吸声材料附在主体结构材料上， 如超细玻璃棉、 岩棉等。本次研究的声屏障主要用于 西南某高速铁路， 由于是一条城际短距离的铁路线 路， 几乎一半的里程都会穿过居民区。为保护沿途居 民的生活环境， 凡通过的居民区都安装了声屏障。该 线路使用的声屏障主要有 3 种， 结构参数见表 1。 表 1声屏障结构参数 声屏障材料 长 / m 高 / m 厚 / cm 面密度 / kg m － 2 形状 有机玻璃114. 82. 78815倒 L 型 钢板114. 82. 782288直立型 带玻璃棉的钢板114. 82. 782 钢板 ， 10 玻璃棉 300. 5直立型 2高速列车通过噪声测试 在一座高 10. 8 m， 长 2. 45 km 的桥梁上， 在同一 位置分别安装表 1 所示的 3 种结构的声屏障， 列车通 过噪声测试位置位于声屏障中点处。通过测量有、 无 声屏障两种状态各测点的声压值， 并进行相应计算， 以此来评价声屏障对高速铁路周边居民环境的影响。 以桥梁轨道上声屏障安装位置为基准点， 在 8 个测点 位置 P1～ P8 分别安装带风罩的麦克风， 测点坐标 如表 2 所示， 测点布置如图 1 所示， 测试现场如图 2 所示。 测试过程为消除数据的偶然性， 每种车速进行了 3 次测量。根据该条线路上常用车速分析， 测试列车 车速分别为 220， 180 ， 120 km/h。试验采用比利时 LMS 公司 24 通道 SCANDAS MOBILE5 声振测试系 统。由于高速列车的通过噪声是一个宽频带信号， 采 样频率设为 20480Hz， 采样时间以列车车头进入视线 开始， 以列车车尾远离视线结束， 约 30 s。 表 2测点位置坐标 测点 P1P2P3P4 坐标 11. 5， 3 11. 5， 2 11. 5， 1 11. 5， 0 测点 P5P6P7P8 坐标 11. 5，－ 1 11. 5，－ 3 11. 5，－ 5 21. 5， 1 图 1测点布置示意 图 2高速列车通过噪声测试现场 3居民环境影响评价 3. 1等效 A 计权声压 目前环境噪声的评价量主要有 A 声级、 等效连 续 A 声级、 昼夜等效声级、 累积百分声级、 噪声污染 级、 交通噪声指数、 噪声评价数、 感觉噪声级、 噪声冲 击指数、 更佳噪声标准曲线等 ［9］。不同类型的噪声 评价量选取有所不同， 高速列车的通过噪声常常是间 歇性的， 对这种重复性单一事件环境噪声， 用 A 声级 进行评价是不合适的。因此， 论文采用“等效连续 A 声级” 代替“A 声级” 评价高速列车的通过噪声。等 效 A 声级是对在某个规定时段内的非稳态噪声的 A 声级， 用能量平均的方法， 以一个连续不变的 A 声级 来表示该时段内噪声的声级 ［10］。结合 ISO 1996 /1 1982 和 ISO 1999 /11990 规定的等效连续 A 声级的 定义， 计算表达如式 1 所示 LAeq， T 10log 1 t2－ t1∫ t2 t1 p2 A p2 0 d [] t 1 式中 LAeq， T为等效连续 A 声级， 单位为 dB; 积分时间 间隔 T 的起始时刻为 t1， 终了时刻为 t2; p0为参考声 031 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 压， p0 20 μPa; pA t 为声信号的瞬时 A 计权声压; 本次分析取时间间隔为 0. 1s。 3. 2声屏障隔声量计算 屏障的隔声性能通常采用隔声量或者插入损失 等值来界定， 指在保持声源、 地形、 地貌、 地面和气象 条件不变的情况下安装声屏障前后在某一特定位置 上的声压级之差。根据本次试验的测试方法， 未安装 声屏障的声级是一个等效声级。 ΔL LAeq． A－ LAeq． B 2 式中 ΔL 为声屏障的隔声量; LAeq． A为未安装声屏障等 效点声级; LAeq． B为安装声屏障测点声级。 声屏障的隔声量很大程度取决于声屏障的结构， 同时与列车通过时噪声特性 噪声的频谱等 有关。 当列车以某一车速通过时， 声屏障的隔声量直接决定 了高速铁路周边居民环境是否受到影响。所以， 隔声 量是评价声屏障隔声性能以及是否对周边环境产生 影响的重要指标。 3. 3环境评价 通过 3. 1 节与 3. 2 节的分析， 声屏障对周边环境 是否产生影响， 本文主要采用等效连续 A 计权声压 和声屏障的隔声量进行评价。在采样时间段内， 有无 数个 LAeq， T及 ΔL 值， 选用列车通过时 有声屏障和无 声 屏 障 产 生 的 最 大 等 效 连 续 A 计 权 声 压 MaxLAeq， T 以及这两种状态下 MaxLAeq， T之差 ΔL 作 为分析比较的对象。由于测点较多， 本文中只将几个 典型测点数据进行对比。根据该线路居民房屋高度分 布情况分析， P3与 P8测点基本与第二层住宅高度相 当， P7测点与第一层住宅高度相当， 故主要针对以上 3 个测点进行数据对比分析， 具体如表 3表 5 所示。 表 3220 km /h 三种结构声屏障隔声性能对比 dB 测点 无声 屏障 有机 玻璃 带玻璃棉 的钢板 钢板 ΔL， 有机 玻璃 ΔL， 带玻 璃棉钢板 ΔL， 钢板 P3 86. 473. 273. 577. 313. 212. 99. 1 P7 81. 268. 568. 975. 212. 712. 36. 0 P8 83. 571. 072. 876. 811. 510. 76. 7 表 4180 km /h 三种结构声屏障隔声性能对比 dB 测点 无声 屏障 有机 玻璃 带玻璃棉 的钢板 钢板 ΔL， 有机 玻璃 ΔL， 带玻 璃棉钢板 ΔL， 钢板 P3 82. 971. 071. 874. 111. 911. 18. 8 P7 76. 465. 265. 970. 310. 29. 56. 1 P8 81. 170. 070. 574. 911. 110. 67. 8 表 5120 km /h 三种结构声屏障隔声性能对比 dB 测点 无声 屏障 有机 玻璃 带玻璃棉 的钢板 钢板 ΔL， 有机 玻璃 ΔL， 带玻 璃棉钢板 ΔL， 钢板 P3 77. 266. 267. 072. 811. 010. 24. 4 P771. 562. 563. 668. 49. 07. 93. 1 P8 76. 466. 566. 971. 69. 99. 54. 8 通过表 3表 5 的对比， 得知 随着车速的提高 铁路周边环境噪声随之增加， 车速 220 km/h 时 P3测 点达到了 86. 4 dB。如果不对环境噪声加以治理， 铁 路周边居民的生活质量将大大降低。数据同时表明 当安装了任何结构的声屏障后， 高速列车的通过噪声 都得到了一定的降低， 车速 220 km/h 时 P3测点通过 噪声最低降到了 73. 2 dB。根据 GB 30962008声 环境质量标准 的规定， 高速铁路周边属于第 IV 类 别， 即 白天噪声不高于 70 dB， 夜间不高于 55 dB。 当高速列车以 220 km/h 车速通过时， 以上 3 种结构 的声屏障隔声后的噪声均已超过了此限值， 降低了铁 路周边的生活品质。 从声屏障的隔声量对比分析， 有机玻璃强于带玻 璃棉钢板， 而带玻璃棉钢板强于纯钢板的声屏障。3 种结构的声屏障的隔声量均较小， 隔声量最大值仅为 11. 9 dB， 远远低于声屏障一般 设计隔声量的要求 20 ～25 dB 。由于声屏障隔声量未达到要求， 导致 居民环境噪声远远高于国标规定。对有、 无声屏障两 种状态各测点噪声信号频谱分析对比发现 高速列车 通过噪声主要集中在中高频 400 Hz 以上 ; 3 种结构 声屏障对高频 4 000 Hz 以上 隔声效果非常明显， 而对于中低频 400 ～ 800 Hz 则相对较差。为便于证 明以上观点， 图 3 展示了以钢板结构的声屏障为例的 有、 无声屏障通过噪声频谱对比结果。 图 3有 钢板 、 无声屏障通过噪声信号频谱对比 4结论 13 种结构的声屏障在一定程度上均起到了改 善高速铁路周边居民的生活环境的作用。声屏障的 隔声量离一般设计要求 20 ～ 25 dB 相差太远， 使得 下转第 135 页 131 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 4. 2 250 32 － 20 12 600 kJ; 2该区间料液温度的中间值为 26 ℃ ， 根据公式 2可 以 计 算 出 在 该 区 间 内 每 小 时 平 均 散 热 为 1 8. 969 5 26 － 16. 6 421. 543 kJ; 3料液的温度从 32 ℃ 下降到 20 ℃ 的时间为 12 600 /421. 543 29. 89≈30 h。 同理， 可以计算出第二个区间， 即料液的温度从 20 ℃ 下降到 12 ℃ 所需要的时间为 133 h。 因此， 在上述实验条件下， 若没有保温措施， 料液 从 32 ℃ 下降到 20 ℃ 只需 30 h， 比有保温措施的情况 55 h 少 25 h， 从 20 ℃ 下降到 12 ℃ 所需要的时间为 133 h， 比有保温措施 145 h 的情况少 12 h。所以， 温度越高， 保温越明显。 4结语 在城市， 用厌氧法处理有机固体废物未大规模使 用， 主要原因是现有的多数厌氧消化效率不高， 设计 难度较大， 发酵工艺相对复杂。在吸收已有成果的基 础上， 设计出一套有机固废厌氧消化设备， 通过两年 实验， 其效果较好。 参考文献 ［1］周富春， 鲜学福， 徐龙君． 厌氧法处理有机垃圾研究与应用现状 ［J］． 煤炭学报， 2004 8 439- 442． ［2］杨兆金， 李学新． 导热油为热介质的转子式刨花干燥机的热量 计算［J］． 林业机械与木工设备， 2002 12 20- 22． 作者通信处周富春400074重庆市南岸区七公里学府大道 66 号 重庆交通大学资环系 传真 023 62650053 E- mailfuchunzh yahoo． com． cn 2012 － 06 － 06 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 131 页 列车通过时环境噪声超过了国家标准规定的限值， 由 此导致铁路周边居民生活品质将受到一定的影响。 2通过对比 3 种结构声屏障的隔声量可知 3 种结构声屏障隔声量均较小， 且有机玻璃强于带玻璃 棉钢板， 带玻璃棉钢板强于纯钢板的声屏障。声屏障 结构不同， 隔声效果也明显不同。通过合理设计、 匹 配声屏障材料、 结构尺寸等， 可以有效增强其隔声 效果。 3高速列车通过噪声主要集中在中高频 400 Hz 以上 ; 3 种结构声屏障对高频 4 000 Hz 以上 隔 声效果非常明显， 而对于中低频 主要集中在 400 ～ 800 Hz 则相对较差。同时表明， 声屏障结构改进需 要增强中低频噪声的隔声效果。 参考文献 ［1］杨震宇． 铁路影响城市住宅区的分析和防治［J］． 噪声与振动 控制， 2008 6 117- 119， 126． ［2］马心坦， 辛明林， 杨绍普． 铁路声屏障与轨边矮墙优化设计研究 ［J］． 北京交通大学学报， 2006， 30 1 91- 95． ［3］王德利． 利用声屏障降低铁路噪声对居民环境的影响［J］． 沈 阳师范法学学报． 自然科学版， 2007， 25 3 381- 383． ［4］GB /T 3222. 12006 /ISO 19961 2003 声学环境噪声描述、 测 量与评价［S］． ［5］GBZ/T 189. 82007 工作场所物理因素测量． 第八部分 噪声 ［S］． ［6］GB 30962008． 声环境质量标准［S］． ［7］李文， 吴小萍， 李洪旺． 声屏障环境影响及其评价探讨［J］． 环 境工程， 2009， 27 1 115- 117． ［8］崔丽丽． 铁路噪声声屏障结构的设置研究［D］． 北京 北京交通 大学， 2008． ［9］高红武． 声控制工程［M］． 武汉 武汉理工大学出版社， 2003． ［ 10］张邦俊， 翟国庆． 环境噪声学［M］． 杭州 浙江大学出版社， 2001. 作者通信处杨明亮610031四川省成都市二环路北一段 111 号 西南交通大学机械工程学院汽车工程研究所 电话 028 87634571 E- mailyml swjtu． edu． com 2012 － 03 － 22 收稿 531 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期