沪杭高铁半封闭式声屏障声学设计研究.pdf

・其他・沪杭高铁半封闭式声屏障声学设计研究雷彬（中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉４３００６３）摘要从声学设计目标值的选择、声屏障形式的选择及声屏障的降噪效果等方面分析了沪杭高铁半封闭式声屏障声学设计方法，并与实际测量结果进行了对比分析。实际测量结果表明，半封闭式声屏障的降噪效果在１１．５ｄＢＡ，达到了设计的声学设计目标值。同时指出理论计算的半封闭式声屏障的降噪效果明显偏高，而模型试验和类比测量的降噪效果与实际测量的结果基本吻合。关键词高速铁路半封闭式声屏障声学设计中图分类号ＴＢ５３３；Ｕ２３８文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１３）１１００７２０６ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｃｏｕｓｔｉｃｓｏｆＳｅｍｉ・ｓｅａｌｅｄＢａｒｒｉｅｒｆｏｒＳｈａｎｇｈａｌ－ＨａｎｇｚｈｏｕＨｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙＬｅｉＢｉｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｉｙｕａｎＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００６３２，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＳｈａｎｇｈａｉ・－Ｈａｎｇｚｈｏｕｈｉｇｈ・・ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓｅｍｉ・・ｅｎｃｌｏｓｅｄｎｏｉｓｅｂａｒｒｉｅｒｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｆｒｏｍｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔａｒｇｅｔ，ｂａｒｒｉｅｒｆｏｒｍａｎｄｎｏｉｓｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅ—ｓｅｍｉｅｎｃｌｏｓｅｄｎｏｉｓｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｓ１１．５ｄＢＡａｎｄｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｄｅｓｉｇｎｇｏａｌｉｓｒｅａｃｈｅｄ．Ｔｈｅｐａｐｅｒａｌｓｏｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｅｍｉ・ｓｅａｌｅｄｓｏｕｎｄｂａｒｒｉｅｒｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｉｓｈｉｇｈｅｒ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｏｄｅｌｔｅｓｔａｎｄａｎａｌｏｇｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｒｅｉｎｌｉｎｅｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈｉｇｈ・・ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ；ｓｅｍｉ・－ｓｅａｌｅｄ；ｓｏｕｎｄｂａｒｒｉｅｒｓ；ａｃｏｕｓｔｉｃｓｄｅｓｉｇｎⅧ言喜篙篙淼茹嚣目前国内高速铁路多条线路已经开通运营，但措施后沿线的声环境可以达到相应的标准要求。高速铁路的运行噪声仍然是沿线公众关注的焦点，但是利用全封闭式及半封闭式声屏障降低高速铁投诉及集体上访的事件时有发生，而声屏障是目前路噪声目前国内还没有先例，国外也很少见到报道。解决噪声扰民问题的主要工程措施。从已建成的铁路隔声屏研究及实际测量资料分析，一般传统直２工程概况及环境影响—立式声屏障的降噪量为４６ｄＢＡ。特别是当沿线沪杭客专线路起自上海虹桥站，止于杭州东存在高层建筑时，传统的声屏障对高层几乎没有什站，全长１５３ｋｍ，设计速度３５０∥ｋｎｈ。根据《新建上么降噪效果。研究表明全封闭式及半封闭式声屏…海至杭州铁路客运专线环境影响报告书》，沪杭障是解决这一问题的有效途径。目前我国北京、武客运专线建成通车后，列车运行噪声将对沿线的环汉等城市的高架轨道交通已经采用了全封闭式及境敏感点造成一定影响，特别是靠近市区段的线路半封闭式声屏障来降低列车运行噪声，北京、大连、旁存在部分高层建筑，由于高层建筑的部分楼层已广州等城市的公路也采用了全封闭式及半封闭式经远超出传统声屏障提供的声影区，传统的声屏障——收稿日期：２０１３０９０２已经不能起到减低其噪声影响的作用了，需要采取７２铁道建笳技术闩Ａ『ＬＷＡｙＣＯＮＳ７ＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧｙ２０１３，，１Ｊ万方数据・其他・全封闭及半封闭声屏障来降低其噪声影响。如在上海段的林水美地苑处，该小区为高层建筑，距离铁路桥梁外轨中心线４２ｍ，ｌ１楼处距离轨面高度必须采取噪声防治措施，使单纯沪杭客专噪声降低１２．５一１３．１ｄＢＡ，故本次设计的声学设计目标值选择为１２．５～１３．１ｄＢＡ。２１．３ｍ，桥梁高度８．７ｍ，如图１所示。表２林水美地苑处声屏障的声学设计目标值的选择林塑垫苑ｌｌ，ｌｇｄＢ图１林水美地苑与本工程的位置关系沪杭客运专线建成通车后，林水美地苑处的声环境见表１（注：表１中高差指测点距离桥面的垂直距离，以桥面为±０，负数代表低于桥面）。表１林水美地苑噪声现状与预测结果现状监纯沪杭客专建成后环境超标楼高测值／ｄＢＡ列车噪声／ｄＢＡ总声级／ｄＢＡ量／ｄＢＡ层差／ｍ昼夜昼夜昼夜昼夜１—８．７５８．７５８．６６４．１６１．１６５．４６３．７８．７４０．３５９．４５９．５６５．１６２．１６６．４６４．７９．７ｌｌ２１．３５９．８６０６６．２６３．１６７．３６５．５１０．５对照《城市区域环境噪声标准》（ＧＢ—３０９６９３）［２３，其标准限值为昼间７０ｄＢＡ、夜间５５ｄＢＡ，林水美地苑处的现状声环境均为昼间达标，夜间超标。沪杭客专建成后，该处将进一步加重噪声污染水平，昼间达标、而夜间超标８．７～１０．５ｄＢＡ，并较现状环境噪声昼间增加６．７～７．５—ｄＢＡ，夜间增加５．１５．５ｄＢＡ。３声学设计目标值的选择为了保证达到环评确定在沪杭客运专线建成后，林水美地苑处的声环境不会因本工程的运营而进一步恶化，声环境维持现状水平的要求，该处必须采取噪声防护措施，使沪杭客运专线运营噪声对该敏感点的影响小于该处的声环境现状１０ｄＢＡ以上。考虑到本工程前后，该处昼间可达到声环境质量标准，本次声学设计不再考虑昼间问题，而以夜间降噪要求作为设计依据，为了使林水美地苑处的声环境夜间维持现状水平，按照单纯沪杭客专噪声比现状降低１０ｄＢ推算（见表２），该处铁道建麓技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡ现状纯沪杭比现状低１０ｄＢＡ要求的降楼层监测值客专噪声的噪声目标噪量ｌ５８．６６１．１４８．６１２．５４５９．５６２．１４９．５１２．６ｌｌ６０６３．１５０１３．１４声屏障形式的选择旧Ｊ鉴于本次设计的声学设计目标值为１２．５～ｌ３．１ｄＢＡ，远远超过了传统直立式声屏障４～６ｄＢＡ的降噪效果，同时考虑到敏感点的另一侧为铁路用地，无环境敏感点，在林水美地苑处采取半封闭式声屏障措施。本次研究提出了２个半封闭式声屏障设计方案，并进行了方案比选。４．１方案一：近轨半封闭式声屏障设计方案近轨半封闭式声屏障方案是将隔声板封闭至万方数据・其他・了分析研究。—ｒｊ地叶…尹一了一一一弋＼尹蘧奉ｉ＼轨顶Ｉ巡／］ｍ厂图３远轨半封闭声屏障设计方案５．１封闭式声屏障降噪效果的理论计算列车运行噪声可看成一个有限长的线声源，由于本工程的声屏障长度约３００ｉｎ，远大于线路至敏感点之间的距离，声屏障的降噪量可近似看成无限长的线声源，并可引用无限长线声源的隔声屏理论计算，其计算公式如下Ｈ』：ＡＬｄ＝㈣ｇｌｌ４删３７ｒ。～／瓣（１－ｔ２）ｒ］≤等・㈨刮鱼錾ｌ弦等＞・—０２１ｎ（￡＋以２１）Ｊ一式中／为声波频率（Ｈｚ）；６为声程差（ｍ）；ｃ为声速（ｍ／ｓ）。该公式运用于实际隔声屏设计计算却存在２个明显的问题：其一，该公式没有考虑列车运行噪声空间指向性的影响，按均匀扩散的线声源计算存在明显指向性的列车声源可能会使计算结果偏大；其二，假设列车运行噪声源集中在车轮处，而事实上列车的其它部位，特别是上部的受电弓，以及中部的动力部分也是重要的噪声源，因而利用该公式计算可能会因声程差偏大，导致声屏障的降噪效果计算偏大。因此本次研究进一步通过模型试验和类比测量来分析半封闭式声屏障的降噪效果。表３半封闭式声屏障降噪效果理论计算值ｄＢＡ＼频率／Ｈｚ方案＼１２５２５０５００ｌＯｏｏ２０００４０００Ａ声级方案一１１．３１３．３１５．５１７．９２０．３２２．８１６．８方案二１４．６１６．９１９．３２１．８２４．３２６．９２０．６５．２半封闭式声屏障降噪效果的模型试验研究【３１半封闭式声屏障模型试验利用公园的森林小火车轨道进行，其火车外尺寸、轨道宽度和实际轨道近似为Ｉ：２，所以声屏障试验采用Ｉ：２缩比模型试验。根据试验结果，利用声学相似律推测实际声屏障的降噪效果，从试验研究可以得出如下结论：（１）近轨半封闭式声屏障设计方案的降噪效果试验结果如图５所示。图５近轨半封闭式声屏障设计方案的降噪效果示意……图４糊一一驸蛳，案，嬲蒜訾５轨半，１０，封１５霈套根据图４的不同方案的声程差，频率，取１２５～分别为１６、１３、１０ｄＢＡ，空间测点的降噪量为９ｄＢＡ。２０００Ｈｚ，声速ｃ取３４０ｍ／ｓ，计算出的不同半封闭（２）远轨半封闭式声屏障设计方案的降噪效果声屏障设计方案的降噪效果见表３。试验结果如图６所示。从表３可以看出，采用方案一，声屏障的降噪效从图６可以看出，远轨半封闭式声屏障设计方果在林水美地苑１１楼处为１６．８ｄＢＡ；采用方案二，声案，在距线路外轨中心线５、１０、１５ｍ处各测点降噪屏障的降噪效果在林水美地苑１ｌ楼处为２０．６ｄＢＡ，量分别为１８、１４、１１ｄＢＡ，空间测点的降噪量为均可满足声学设计目标值要求的１３．１ｄＢＡ。然而１ｌｄＢＡ。’４铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３（１１｛万方数据・其他・图６远轨半封闭式声屏障设计方案的降噪效果示意５．３半封闭式声屏障降噪效果的类比测量研究半封闭式声屏障降噪效果的类比测量研究选择在武汉市轨道交通一号线一期工程的半封闭式声屏障进行，其半封闭式声屏障相当于本次研究的远轨半封闭式声屏障设计方案（见图７）。图７武汉市轨道交通一号线半封闭式声屏障在设置及不设置半封闭式声屏障的轻轨高架桥旁的银河小区的５楼设置噪声测量点，同时测量列车通过时的瞬时噪声，得出在设置及不设置半封闭式声屏障时列车运行瞬时噪声的差值，由此得出半封闭式声屏障的降噪效果，测量布点见图８，轻轨列车运行的瞬时噪声测量结果汇总于表４。双侧大型折板式隔声屏ＩＸＸ烈ＸＸ，ＭＹＹＹ州、卫习４＃Ｉ小手图８银河小区处噪声测量布点从表４可以看出：对于城市轨道交通来说，半封闭式声屏障的降噪效果在１２．３—ｄＢＡ（＝９０．１７７．８）。５．４半封闭式声屏的障降噪效果的研究结论—效果在１６．８２０．６ｄＢＡ；模型试验表明，半封闭式声屏障的Ａ声级的降噪效果在９～１１ｄＢＡ；类比测量表明，半封闭式声屏障的Ａ声级的降噪效果在１２．３ｄＢＡ。表４半封闭式声屏障降噪效果的类比测量结果ｄＢＡ＼测点位置４｝｝测量点５＃测量点测量疾八（未设置半封闭声屏障）（设置半封闭声屏障）第１次测量８９．０７７．Ｏ第２次测量９１．Ｏ７８．４平均值９０．１７７．８从理论计算、模型试验和类比测量３方面的降噪效果研究表明：理论计算的半封闭式声屏障的降噪效果明显高于模型试验和类比测量的结果，而模型试验研究结果和类比测量的降噪效果结果比较接近，远轨半封闭式声屏障设计方案的Ａ声级降噪效果在１０ｄＢＡ以上。综合这３方面的研究结果，本次研究推荐采取设计方案二，即远轨半封闭声屏障设计方案，其降噪效果在林水美地苑１１楼处基本可以满足声学设计目标值要求的１３．１ｄＢＡ，基本达到环评确定的环保要求。６半封闭声屏障声学设计（１）本次设计的声学设计目标值为降噪量：１２．５～１３．１ｄＢＡ，保证在沪杭客运专线建成后，林水美地苑处的声环境不会因本工程的运营而进一步恶化，使该处的声环境维持现状水平。（２）半封闭式声屏障结构形式采取方案二：远轨半封闭式声屏障设计方案，是将隔声板封闭至远轨边缘处，相当于顶部封闭约８ｍ。（３）靠林水美地苑一侧安装隔声吸声板，局部设置透明式隔声板，形成半封闭式声屏障；隔声吸声板及通透式隔声板本身的隔声量必须大于２５ｄＢＡ。（４）由于采取半封闭式声屏障结构形式后，在声屏障内侧形成了一个相对封闭的空间，由此造成的混响声将会增加屏障内的噪声级，从而增加敏感点处噪声，因此在声屏障内侧必须设置相当数量的吸声材料，以减小混响噪声的增加量。理论计算表明，半封闭式声屏障的Ａ声级降噪（５）半封闭声屏障声学设计示意见图９。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３¨１）７５万方数据・其他・图９林水美地苑处半封闭式声屏障声学设计示意７半封闭声屏障效果实际测量分析沪杭高铁半封闭声屏障位于沪杭高铁上海境内的林水美地苑处，里程为ＤＫ９＋１５０～ＤＫ９＋４５０，列车运行速度２００ｋｍ／ｈ。钢架采用平坡式屋面框架结构，净高约８ｍ，于２０１０年竣工并投入使用，见图１０。为了考察半封闭声屏障的降噪效果，对半封闭式声屏障的降噪效果及林水美地苑处的环境噪”声进行了实际测量Ｊ。图１０林水美地苑处半封闭式声屏障实际照片７．１半封闭式声屏障降噪效果的测量结果声屏障降噪效果采用《声学各种户外声屏障插入损失的现场测定》（ＧＢ／Ｔ—１９８８４２００５）的间接法测量，在声屏障中部位置及参考断面，距铁路外轨中心线３０ｍ、地面１．２ｍ高处布设监测点，测点布置如图ｌｌ所示，测量结果见表５。７６声屏障中部测点参考位置测点图１１声屏障降噪效果测点平面示意铁道建笳技术表５半封闭式声屏障插入损失值速度／参照点声屏障处插入损测点高度距离／ｍ（ｋｍ・ｈ。１）声级／ｄＢＡ声级／ｄＢＡ失值／ｄＢＡ地面以１９０３０８３．１７１．６１１．５上ｌ２ｍ从表５可以看出，水美地苑处的半封闭式声屏障的实际降噪效果（声屏障插入损失值）在距铁路外轨中心线３０ｍ处为１１．５ｄＢＡ，需要说明的是由于没有适当的空间测量参考断面，林水美地苑处的半封闭式声屏障的空间降噪效果未能测量出。７．２林水美地苑处的环境噪声测量结果为了便于比较，噪声监测点比照环评报告书所设点位，按照《铁路沿线环境噪声测量技术规范》（ＴＢ／Ｔ—∞３０５０２００２）１要求进行（见图１２），测量结果见表６。————七五卜＿汀ｉ＿一图１２半封闭声屏障监测布点表６林水美地苑处实际环境噪声测量结果环评阶段的环评阶段实际通车实际通车楼高环境现状监预测的环境总后的环境总后的超差／测值／ｄＢＡ声级／ｄＢＡ声级／ｄＢＡ标量／ｄＢＡ层ｍ昼间夜间昼间夜间昼间夜间昼间夜间ｌ一８．７５８．７５８．６６５．４６３．７５４．２５３．０达标达标４０．３５９．４５９．５６６．４６４．７５７．６５４．８达标达标ｌｌ２】．３５９．８６０６７．３６５．５５９．７５５．８达标达标从表６可以看出，采取半封闭式声屏障后，林水美地苑处的环境噪声总声级昼间在５４．２～５９．７ｄＢＡ、夜间在５３．０～５５．８ｄＢＡ，声环境质量基本符合《城市区域环境噪声标准》（ＧＢ—３０９６９３）４类区昼问７０ｄＢＡ、夜间５５ｄＢＡ限值要求。与环评阶段的环境现状监测值比较，林水美地苑处的实际环境噪声达到了改善，达到了本次设计的声学设计目标。８结论（１）实际测量结果证明，采取半封闭式声屏障ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ７７Ｊ万方数据・其他・后，半封闭式声屏障的降噪效果在１１．５ｄＢＡ，林水美地苑处声环境质量基本符合《声环境质量标准》（ＧＢ—３０９６９６）要求，其声环境维持了现状水平，达到了环评确定的保证在沪杭客运专线建成后，林水美地苑处的声环境不会因本工程的运营而进一步恶化，使该处的声环境维持现状水平的要求。（２）从理论计算、模型试验、类比ｉ贝０量和实际测量数据分析，理论计算的半封闭式声屏障的降噪效果明显偏高，而模型试验和类比测量的降噪效果与实际测量的结果基本吻合。参考文献［１］中铁第四勘察设计院集团有限公司．新建上海至杭州铁路客运专线环境影响报告书［Ｒ］．武汉：中铁第四勘—察设计院集团有限公司，２００８：１７６３３７．［２］国家环境保护总局．ＧＢ—３０９６９３城市区域环境噪—声标准［ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９３：１２．［３］中铁第四勘察设计院集团有限公司．沪杭客运专线桥梁半封闭声屏障工程技术研究［Ｒ］．武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，２００９：３一１６．［４］国家环境保护总局．ＨＪ／Ｔ９０－－２００４声屏障声学设计和测量规范［ｓ］．北京：中国环境科学出版社，２００４：３—７．［５］铁道科学研究院．沪杭铁路客运专线半封闭式声屏障降噪效果测试报告［Ｒ］．北京：铁道科学研究院，２０１ｌ：—２６．［６］中华人民共和国铁道部．ＴＢ／Ｔ３０５０－－２００２铁路沿线环境噪声测量技术规范［ｓ］．北京：中国铁道出版社，—２００２．１４．”“————————“＋－＋一＋一＋＋一＋一＋一＋＋一＋一＋一＋一＋一・＋－一＋一＋一・卜一＋一＋一卜一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋－＋一＋一・卜－＋一＋一＋一・卜一Ｊｐ一＋－一卜一卜一＋一－卜一卜一＋＋（上接第６８页）形塑造和树种选择两个方面体现本基地与天平山的联系，设计了多处地形起伏，丰富景观的层次感。并使用了枫香、红枫、青枫等特色树种。（４）利用现场丰富的地下水资源结合特殊植物，在车辆段主人口广场设计大型水景和园林小品，并且通过灌木草花的流线形组合形成空间的流动感，使之成为段内核心景点之一（见图６、图７）。图６厂前区效果图图７局部景观效果图６结论经过数轮设计，在２００９年３月相关职能部门和业主最终认可了天平车辆段与综合基地由于景观需要所引起的调整优化方案，使之成为具备苏州园林特色、符合景区规划要求、融入当地景观风情的一座有独特韵味的园林绿化景观式车辆段。该工程的主要设计特点如下：（１）总平面布置合理，工艺设计顺畅。设计过程中结合用地条件和接轨站方案，较早地稳定了总平面布置方案，工艺路线设计合理，设备配置保障到位，各功能分区明确，衔接顺畅。由于该车辆段铣道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ为线网中的首座车辆段，在功能上做了尽可能完善的考虑，如增设系统专业培训练兵场地、检修线路预留２号线不同编组列车检修条件、增加运营公司办公面积、合理规划职工活动场所等。（２）针对景观及规划方面的需求，设计中大胆创新，求新求变。建筑设计对大面积的工业厂房屋面采用了化整为零的手法，形成错落有致的建筑屋面，并留有一定面积的种植屋面，不仅建筑风格突出了浓郁的苏州园林特色，淡化了工业厂房生硬单调的建筑形式，使之有机地融入到天平山风景区周边建筑群中，协调一致。场区景观绿化设计及主要厂房种植屋面的形成，大大提升了用地范围的绿化率，维持和延续了景区周围的规划特点。景观设计通过起伏变化、广场造型、水景设计、庭院小品处理，富有变化和情趣，不仅是实现设计目的的重要手段和方法，实施后的效果，也会大大提升和改善工作环境。天平车辆段与综合基地工程经过两年半的施工已于２０１１年８月完成工程验收，２０１２年元月开始配合全线试运行，２０１２年４月２８日随全线试运营正式开通投产。设计人员付出了艰辛努力的设计理念已逐一显现出来，作为国内首座园林绿化景观式车辆段，它的建成，不仅标志着为ｌ号线全线按期交付运营提供保障，也体现出设计人员不畏困难，勇于创新的设计态度，也为今后的设计工作提供了有益的借鉴。’２０１３ｆ７Ｊ７７万方数据