鋼軌阻尼與聲屏障組合降噪效果試驗研究

邵 琳,李晏良

(1.中國鐵道科學研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 節能環保勞衛研究所，北京 100081)

國內外針對高速鐵路噪聲控制一般從聲源、傳播途徑、受聲點三方面入手，且以聲源和傳播途徑控制為主。目前我國高速鐵路降噪措施以聲屏障為主，但仍存在部分區域降噪效果不理想的情況，特別是城市區域噪聲敏感點聚集，也是人們關注的重點。因此在聲屏障這一降噪措施的基礎上，研究聲屏障與其他措施的組合降噪效果具有實際意義。

鋼軌阻尼是從聲源上降低輪軌噪聲的措施，聲屏障是從傳播途徑上降低輻射噪聲的措施。國內外對于鋼軌阻尼、聲屏障單獨開展的研究較多，但尚未對這2種措施的組合降噪效果開展試驗研究。我國一高速鐵路的城市區域低速區段(試驗速度為67～146 km/h)的鋼軌敷設阻尼，同時部分區段設有直立式金屬聲屏障。本文選取鋼軌阻尼及聲屏障組合措施區段、聲屏障區段及對照區段3處不同工況，對2種措施在我國實際線路的組合降噪效果開展試驗研究。

1 國內外降噪措施試驗研究進展

1.1 鋼軌阻尼降噪試驗研究

鋼軌輻射噪聲是輪軌噪聲的重要組成部分，理論研究表明，增加鋼軌振動衰減率是降低鋼軌輻射噪聲的有效方法。基于該原理，各國開發了不同的阻尼鋼軌降低鋼軌輻射噪聲影響。歐洲OFWHAT，VONA,Silent Track等項目研究和開發設計了各種類型的調諧鋼軌阻尼器并進行相關試驗，試驗結果表明調諧鋼軌阻尼器在100 km/h 的速度下，軌道噪聲可降低2 dB(A)[1]。日本學者開發的RNIM阻尼鋼軌由黏彈性橡膠材料和薄板2層材料砌合制成，粘貼在鋼軌兩側表面，采用外層托架加以固定。現場實測結果表明該方法可有效降低噪聲2～3 dB(A)[2]。

國內北京交通大學魏鵬勃等[3]將高阻尼材料和鋁合金約束板材構成的復合阻尼板安裝在北京地鐵13號線西直門—大鐘寺段的鋼軌上，試驗結果表明軌腰處減振效果明顯，軌腰加速度均值降低了6 dB,翼緣降低了2 dB。北京鐵路局陳剛等[4]研究了通過在鋼軌軌腰鑲嵌高阻尼材料從而降低輪軌噪聲的技術，經過實驗室試驗和現場安裝試驗，證明該技術可有效降低輪軌輻射噪聲。

1.2 聲屏障降噪試驗研究

鐵路沿線安裝聲屏障在很多國家已經成為一種常見的降噪措施，其最基本出發點是阻斷聲源至受聲點的噪聲傳播途徑。國外從20世紀六七十年代就開始了鐵路聲屏障結構形式的研究，歐盟國家以及日本、美國等分別從聲屏障降噪理論、聲屏障結構形式等方面對聲屏障開展過各類研究，不斷改善和提高聲屏障的降噪效果。我國鐵路聲屏障目前主要采用直立式聲屏障，直立式聲屏障對500 Hz以上的中高頻噪聲具有較好的降噪效果。中國鐵道科學研究院結合聯調聯試及科研試驗開展了大量不同高速鐵路線路的聲屏障降噪效果研究[5]。相關設計院則從聲屏障設計角度開展針對性的研究，如針對市域鐵路的聲屏障設置[6]等。

2 組合降噪試驗概況

2.1 鋼軌阻尼及聲屏障降噪措施

本次試驗段的鋼軌阻尼區段在鋼軌的2側粘貼阻尼，阻尼敷設在鋼軌上翼緣、軌腰及鋼軌下翼緣，采用鋼板作為約束層，構造為多層阻尼板與約束層組合，并在表面采用橡膠保護層防止其老化，阻尼鋪設長度占降噪線路總長度的50%。直立式聲屏障為金屬聲屏障單元板加通透隔聲板結構。2種降噪措施的試驗現場見圖1。

圖1 鋼軌阻尼及聲屏障組合降噪措施試驗現場

2.2 試驗概況

鋼軌阻尼及聲屏障組合措施區段、聲屏障區段及對照區段3處測點均為有砟軌道，位于路基區段。分別在有無鋼軌阻尼處設置2個振動測點，在鋼軌的軌底處布置加速度傳感器。根據現場線路情況并考慮行車安全因素，在距外側線路中心3.1 m、高于軌面以上0.6 m處布設傳聲器，并在距外側線路中心7.5，25.0 m 處布設相同高度的噪聲測點，研究聲屏障內側近軌處以及聲屏障外側不同距離處的降噪效果。現場試驗測點布置見圖2。

圖2 試驗測點布置示意

本次試驗列車為CRH5J-0501綜合檢測列車，8輛編組。試驗區域位于限速區，本次試驗實測速度為67～69,142～146 km/h。

3 試驗結果分析

3.1 降噪效果分析

對3處噪聲測點的等效連續A聲級進行分析，計算包括鋼軌阻尼及聲屏障組合措施測點、聲屏障測點與對照點的插入損失值，進而分析鋼軌阻尼及聲屏障組合降噪措施相對于聲屏障降噪措施的附加降噪效果。不同速度下降噪措施的插入損失值見表1。

表1 不同速度下降噪措施的插入損失值

由表1可知，在聲屏障內側的3.1 m近軌測點處，鋼軌阻尼的降噪效果為1.2～1.4 dB(A)。在聲屏障外側測點，距外側線路中心7.5，25.0 m處鋼軌阻尼及聲屏障組合措施的組合降噪措施相比單一聲屏障措施，鋼軌阻尼的附加降噪效果分別為1.6～2.0,0.6～0.8 dB(A)。

對67～68 km/h速度下的鋼軌阻尼及聲屏障組合措施、對照點的噪聲頻譜(20～20 000 Hz)進行分析，結果見圖3(圖中縱坐標B的值為一基礎值)。從聲屏障內側3.1 m處與對照點的頻譜對比可知，阻尼在 1 000 Hz 以上有降噪效果；而從聲屏障外側7.5 m和25.0 m處與對照點的頻譜分析可看出，組合降噪措施在中高頻段效果較明顯。

圖3 阻尼及聲屏障組合措施降噪特性

3.2 減振效果分析

選取有無阻尼的2處鋼軌布置振動測點，得到鋼軌橫向和垂向測點的減振量，見表2。可知，在68～146 km/h速度下，鋼軌橫向測點的減振量為2.1～2.8 dB，垂向測點為2.7～2.8 dB。本次測點位于曲線段，相應的橫向減振效果較好。

表2 不同速度下鋼軌阻尼的減振量

輪軌噪聲主要作用中心頻率分布在500～4 000 Hz。對不同速度下鋼軌橫向和垂向加速度振級的頻譜特性加以比較，見圖4(圖中縱坐標C的值為一基礎值)，分析頻率在100～5 000 Hz。

圖4 不同速度下阻尼及對照點鋼軌的橫向、 垂向振動頻譜比較

從圖4可知，鋼軌橫向加速度振級在630～2 500 Hz 頻段具有減振效果，鋼軌垂向的減振頻段在 1 000～5 000 Hz，與輪軌噪聲中心頻率500～4 000 Hz 吻合得較好。

4 結論與建議

1)在67～146 km/h的低速條件下，距離外軌7.5,25.0 m處鋼軌阻尼及聲屏障組合降噪措施相比單一聲屏障措施的附加降噪效果分別為1.6～2.0,0.6～0.8 dB(A)。

2)鋼軌橫向、垂向加速度振級的減振量為2.1～2.8 dB；振動頻率特性分析表明鋼軌阻尼對輪軌噪聲主要作用頻率具有減振效果，相應地在該頻段具有降噪效果。

本試驗于線路開通運營前開展，建議在該高速鐵路運營一段時間后再次開展跟蹤試驗，研究探討阻尼及聲屏障組合降噪措施隨著運營時間的變化規律。