高速铁路振动产生的噪声分析及防治措施

裴勇涛，娄生超

（兰州交通大学 自动化与电气工程学院，硕士研究生，甘肃 兰州 730070）

在交通运输高速发达的今天，世界许多发达国家都已经有了自己的高速铁路系统。随着京津高速铁路和合武新干线、石太客远专线的开通运行，以及郑西高铁、武广高铁和京沪高铁的开通，我国也已经跨入了世界行列，大大加速了我国铁路高速化的进程。然而与高速铁路行车速度有关的环境因素，主要为噪声污染已严重影响了铁路2侧居民的正常工作和学习生活。国际上已把振动噪声列为七大环境公害之一，高速铁路的噪声问题日益受到各方关注。如何降低铁路环境噪声对敏感点的影响，一直是环境保护工作者的重要任务之一。因此，如何减小高铁噪声污染，是当前车辆制造和铁路建设中的一个十分重要的课题。

1 高速铁路的噪声源

1.1 高速铁路噪声的特点 相对于普速铁路，高速铁路具有高速、高架、电气化等特点，因而其噪声传播的空间和时间也较普速铁路远，其噪声的构造也较普速铁路复杂。尤其是高速铁路穿越人口稠密的区域时，问题尤其严重。

1.2 高速铁路的噪声源分析 高速铁路噪声是由各种不同类型的噪声组合而成，按发生部位的不同，可分为轮轨噪声、空气动力性噪声、集电系统噪声和桥梁构造物噪声。如图1所示。

图1 高速铁路声源解析示意图

高速铁路噪声是上述4种噪声总集合的结果。随着列车速度的增快而增大，在不同的列车速度和不同的减振降噪措施条件下，上述4种噪声影响的程度是不一样的。我国目前尚未对各类噪声源对总噪声的影响展开研究，根据日本对高速铁路的噪声测试情况，可以对各部分声级源对总声级的贡献进行剖析。主要噪声声源的声级见表1。

表1 主要噪声声源的声级 单位：d B（A）

声音是由物体振动产生的，通过声波传到人们的耳朵。声波具有能量，能量越大，其声音越强。正常人刚能听到最小的声音叫做听阈，听阈的声强为0 d B，人耳开始感到疼痛的声音叫做痛阈，痛阈为120 dB。目前世界上主要高速铁路的辐射噪声强度见表2所示。

表2 高速铁路辐射噪声强度 单位：d B（A）

2 高速铁路噪声的相应防治措施

控制噪声一般可从噪声源、传播途径及受声点3个方面入手。在噪声源方面，可通过优化列车相关结构及参数来降低噪声源源强；在传播途径方面，以拦截噪声的传播，从而隔离噪声源来保护对象。其中从噪声源方面降低噪声污染是较为经济有效的方法。结合我国国情和已经发展了高速铁路的国家积累的经验，提出治理途径。

2.1 降低高速铁路噪声源

2.1.1 控制轮轨噪声 轮轨噪声是高速铁路噪声的主要组成部分。主要是列车运行时，车轮与钢轨接头处的撞击和已磨损的车轮在钢轨上的摩擦而产生的。因此，高速铁路应采用改善轨道结构和车轮结构来降低列车运行的噪声。目前采取的措施有：

1）采用中型钢轨及弹性钢轨；

2）减少钢轨的波形磨损；

3）采用无缝钢轨，钢轨削正研磨；

4）采用弹性轨道基础和适合高速铁路的弹性车轮；

5）采用吸音装置。

2.1.2 控制列车整体噪声 由于集电系统的噪声，主要是由电动通风机、电动压缩机、电动发电机和牵引电动机运行时所发出的。因此，相对应的措施是改进集电弓滑板的形状，减少滑板的宽度；尽量减少集电弓的数量和安装电工外罩。

空气动力性噪声与列车运行速度及列车的密闭性能相关连。减少空气噪声最有效的方法是设计出流线性的车体，车体材料大部分选用隔音材料，再辅以密封措施减小车内壁板的孔隙数和尺寸。

2.1.3 控制桥梁辐射噪声和隧道反射噪声 由于桥梁结构在车辆的动力作用下，产生振动并辐射低频噪声。因此，桥梁构造物的噪声控制主要从设计和安装着手。比如在桥梁的结构形式设计上采用混凝土梁、有砟桥面或板式轨道的无砟桥面和加强桥头横梁，以降低车辆对桥梁的冲击效应，有效减低桥梁低频噪声。

隧道噪声在高速运行时尤为明显。当车辆以高速冲入隧道入口时，在隧道内将形成压缩波；当车辆以高速冲出隧道口时，压缩波将向外部放射而产生很大的噪声。因此，应在隧道的内壁、桥梁外表面饰以吸声材料，以改善桥梁、隧道中轨道下的减振吸声结构。

2.2 传播途径及受声点方面的措施

2.2.1 线路两侧设绿化带 一般说来，铁路沿线两侧的绿化带既可以遮挡噪声的传播，又可以保护路基的稳定，还有净化空气，美化路容的作用。一般认为，矮的乔木比高的乔木防噪效果好；阔叶树比针叶树好；几条窄林带比一层稠密林带效果好。不同宽度灌木降噪效果见表3。

表3 不同宽度绿化带降低噪音值 单位dB（A）

2.2.2 设置防声屏障以限制噪声的传播 噪声在传播途径中，若遇到障碍物尺寸远大于声波时，则大部分声波能被反射，一部分被衍射，于是在障碍物或一定距离内形成“声影区”，其区域的大小与声响频率有关，声响频率越高，声影区范围越大。如果被保护点处于声影区，等效声级可以降低8 dB（A）～15 d B（A）；如果处于非声影区，也可降低 3 dB（A）。为了增强防声屏障的效果，可在防声屏上铺设一些吸声材料，以避免和附近建筑之间形成反射。防声屏障的效果与其结构本身的隔声值有关，而所涉及的最小单位面积与屏障高度、屏障与声源的位置有关。

2.2.3 合理布置路线 在进行路网规划时，应注意不同功能线路之间的配合，避免穿越市中心和文教区、住宅区。对穿越城市的进站列车应开辟专用区域，以便集中采取措施。对于住宅区、文教区等特殊区域，应与铁路干线保持一定距离，利用环境自然条件降低噪声，必要时还可采用路堑或高架路。对于列车流量大的区域，应通过运行图控制车流密度，车辆匀速运行，以降低噪声。

3 结束语

随着铁路高速化，铁路噪声已经越来越多地引起公众的强烈反应，此问题不可忽视。我国应该根据国情和路情，在吸收、消化国外已取得的先进经验和技术的基础上，选择和确定综合防治技术措施，而且要具有超前意识，才能不仅给乘客舒适的乘坐环境，更能给铁路周边居民一个安静、和谐的生活环境。