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减小铁路振动与噪声影响的方法
卜建清"+高勇利&袁向荣&
’",石家庄铁道学院科研处-&,石家庄铁道学院交通系-石家庄#.##*)(
提要!在分析了铁路振动与噪声及其传播规律的基础上-列出了减小铁路振动与噪声影响的方法/主题词!铁路0振动0噪声0影响
中图分类号!12.))文献标识码!3
4概述
在有关环境问题的讨论中-人们往往比较注重水5
空气和土壤的质量-因为它们对于我们周围的环境有着更为持久的影响/但是现在-大家开始抱怨因为噪声而带来的不适-人们对于噪声这种污染形式比较敏感-*#至.#62’3(的噪声就干扰正常人的睡眠-$#62’3(的噪声就能使7#8的人惊醒-人如果长期处在$#
62’3(的噪声环境中-大脑神经调节功能会出现失控-引起慢性和急性耳聋-破坏脑皮层组织的工作能力-出现注意力减退5失眠5头昏5头疼5易怒5神经紧张/还会减小胃液含酸量-使消化过程减慢-身体抵抗力下降-易受病原微生物感染-导致许多常见病的发生/噪声对人的视力损伤较大-当噪声达到9#62’3(时-有近*#8的人出现瞳孔放大-视物模糊不清-长期在噪声环境中-容易发生眼疲劳5眼花5眼病等眼部损伤-还使人的色觉5色视野发生异常改变:";-且噪声源往往又都是可以看得到的/而人对铁路的振动并不是十分敏感-除非是危重病人等特殊人群/但个别区段因地质情况5线路状况不佳5长大桥梁结构等可能引起振动超标-对重点保护的文物古迹5对振动高度敏感的地震观测台站5某些精密仪器设备等具有一定的危害及干扰-是不能忽视的/随着社会的不断进步和生活水平的不断提高-人们对环境质量越来越重视-在铁路经过的城镇5乡村居民区要采取必要的措施对振动和噪声进行整治/对振动与噪声干扰的治理和防护-一直是高速铁路工程的重要组成部分/日本5德国5法国等发达国家高速铁路工程中-用于降噪5减振的投资在工程总投资中占有相当大的比重/早期日本新干线由于未重视振动与噪声的治理和防护-引起诸多环境纠纷-给工程建设和运营带来障碍0而后续的拆迁5整治等补救工程不仅难度大-投资耗费也甚巨-这一深刻的教训为沿线各地区人口密度大5经济较发达的京沪高速铁路工程’与日本新干线相似(提供了很好的借鉴/
<铁路振动与噪声及其传播规律分析<,4铁路振动与噪声分析:<-=;
<,4,4轮轨振动与噪声分析
轮轨噪声源可视为位于轨道中心线上方5高出轨面#,&.>的由连续互不相干的偶极子组成的有限长线声源-其长度等于列车全长/影响轮轨噪声的因素除列车线路等级5构造和状态外-还有列车速度5牵引吨位和列车长度等运行参数/轮轨噪声是轮轨系统相互激励的一种响应-包括冲击噪声5滚动噪声和尖叫声/轮轨噪声主要以低中频成分为主-其峰值集中在"&.?&###@A/许多研究也表明-车轮辐射高频噪声-对轮轨噪声B贡献C极小-而钢轨辐射低中频噪声-对轮轨噪声B贡献C大/所以对钢轨采取减振措施以此来降低轮轨噪声是非常现实的/
<,4,<轮轨作用引起的桥梁振动和噪声
列车通过桥梁时-轮轨作用除了使车轮和轨道直接向外辐射噪声外-还要向桥梁的各个构件传递振动能量-激发桥梁的各个构件产生振动-并形成噪声的二次辐射/轮轨作用引起的桥梁振动和噪声与机车车辆的类型5车速5桥长5钢轨类型’短轨或焊接长轨(5道床
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*铁道工程学报&##"年9月+收稿日期&##"%#.%"D卜建清讲师’硕士(男"9$D年出生
万方数据
类型!有碴道床或无碴道床"#桥梁类型!钢桥或混凝土桥"等很多因素有关$大量实测结果表明%一般情况下铁路桥梁噪声要比普通线路上增加约&’(&)*!+"$ ,-.-/牵引噪声
牵引噪声为机车所特有%指机车动车组#各种辅助装置#设备在运转时所产生的机械性噪声#电磁噪声和空气动力噪声$内燃机车#电力机车和蒸汽机车的牵引噪声声级和频谱不同$
内燃机车牵引噪声主要来源于柴油机#冷却风扇#空压机和牵引电机的噪声0电力机车牵引噪声源为电机#整流器#变压器等%其电磁噪声和机械性噪声频带宽%声级为1&’23)*!+"0蒸汽机车锅炉排气噪声为喷注噪声%以高频为主$距排气口34处声级为5(&’56&)*!+"%影响范围大%是强噪声源$烟囱排烟噪声以中#低频为主%声级达557)*!+"!距烟囱口34处"$
,-.-8列车运行车体噪声
车体噪声包括两种部分%一是机车#车辆车体因振动而辐射的结构噪声以及牵引噪声经机车车体作二次辐射噪声%此类噪声呈中#低频特性0另一是列车表面与空气作用%气体粘滞性在列车表面引起附面层压力变化%激发表面振动0同时产生气流涡旋和摩擦冲击#形成高频气流噪声$车体噪声与轮轨噪声#牵引噪声均被视为列车运行稳态辐射噪声$
,-.-9鸣笛噪声
机车鸣笛有风笛和汽笛两种%现今内燃#电力机车均鸣风笛%蒸汽机车同时装有汽笛和风笛$我国现用风笛噪声呈宽带特性%声频集中在&-3’:;<=范围内%在其轴向34处声级高达553)*!+"!汽笛以高频成分为主"%轴向5&4处声级达56&)*!+"$列车每次鸣笛时间虽然只有5’6>%但其对环境的干扰却极大%是等效声级超过规定限值的主要因素$
,-.-?制动噪声
制动噪声与机车#车辆采用的基础制动的型式关系很大$当前我国机车#车辆基础制动仍为闸瓦抵压车轮踏面实现$低速时%踏面的粗糙引起闸瓦压力振动%轮辐与闸瓦压力的激励使轮辐成为声辐射体%辐射窄带!:-3’3;<="高频尖叫噪声%其声级可达2&’5&3 )*!+"!测点距车轮@-34"$
,-,铁路振动与噪声传播规律分析
,-,-.振动传播衰减规律A:%3B
列车运行对大地产生的振动主要以三种波的形式传播%即横波#纵波和表面波%日本C D E F G E H I J E K L M G E 等的研究表明%位于地下(4深处振动加速度值为地表的(&N’3&N0:4深处为地表的5&N’6&N%可见在车辆运行产生的环境振动中%表面波占主要地位$列车引起的地面振动以3<=以下的低频为主%振幅随距线路距离的增加而逐渐衰减%并在约@&4处出现第一次较大峰值%以后仍有峰值的出现%但幅度较小$实测结果表明O建筑物的水平振动一般约小于垂直振动5&)*%因此在评价建筑物受铁路环境振动的影响时%可以垂直方向的振动为主$列车振动对建筑物的影响在低层以竖向为主%各层较为接近%层数越高水平振动幅度越大%采用较深的基础埋深可以降低建筑物的振动水平$另外%土层参数对振动影响较大%土层越坚硬%振幅越小%峰值间隔越远%竖向位移和加速度衰减越快$
,-,-,噪声传播规律分析
鸣笛噪声可以视为点声源%其传播规律为O
P Q R P Q&S(&T K!Q U Q&"!5"
对于行车噪声%在距列车一定距离的范围内可将列车当做线声源O
P Q R P Q&S5&T K!Q U Q&"!("
式中Q
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为参考点到铁路中线的垂直距离0Q为评价点到铁路中线的垂直距离$
噪声随距离衰减与周围的地形#建筑物等许多因素有关$一般情况下%在5&&4范围内%距离加倍%噪声衰减6)*!+"05&&’(&&4范围内%距离加倍%噪声约衰减:)*!+"0(&&’:&&4范围内%距离加倍%噪声衰减3)*!+"0:&&4以上时%距离加倍%噪声约衰减@ )*!+"$在同样的传播距离下%列车速度高的噪声级比速度低的高$
/减小铁路振动与噪声的方法
铁路减振#降噪可采用多种措施和方案%是一项涉及多个专业领域的较为复杂的综合技术$归纳而言%可选用的减振#降噪措施和方案不外乎两类O一类是针对振动和噪声源研究降低源强的办法%使其向外辐射的振波和声波能量尽可能低0另一类则是在噪声#振动的传播途径上采取措施%尽可能增大衰减$其中降低源强的措施对减振和降噪均有效果$
/-.减小列车振动的措施
铁路振动一般以表面波形式传播%其振幅和能量随着地下深度增加而急剧减小%亦即振动能量主要集中于地表$因此%要减小铁路振动%使其尽快衰减%关键是阻断其地表传播途径$以往的研究和测试表明%铁路振动衰减较快%其环境影响范围很少超过距线路3&4区域$
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第6期卜建清等O减小铁路振动与噪声影响的方法万方数据
