铁路噪声声屏障设计

铁路噪声声屏障设计 1 项目概况 1 1 项目设计背景 以下情况为我国拟建邯郸至黄骅港铁路线经过王庄时的基本情况 噪声源 强 货车的速度为 80km h 噪声源强为 81 9dB 长度为 890m 客车的速度为 120 km h 噪声源强为 78 9dB 长度为 432m 车流量为 近期 货车 44 列 日 客车 4 列 日 远期 货车 58 列 日 客车 6 列 日 现状监测值见下表 现场示意图如下 现状 Leq dB 标准值 Leq dB 监测点 昼间 夜间 昼间 夜间 备注 8 1 41 6 39 9 60 50 临路第一排 距铁路外轨中心线距离 30m 8 2 40 5 38 0 60 50 45m 处 8 3 43 4 39 60 50 60m 处 图一 敏感点情况图 1 2 项目设计意义 铁路以其速度快 运能大 能耗低等一系列的技术优势适应了现代社会经 济发展的新需求 铁路客运向高速 舒适 安全的方向发展 已成为世界铁路 发展的总趋势 1994 年我国第一条准高速铁路 广深线 160km h 式投入运营 2003 年 12 月顺利开通了第一条时速达 200km h 的秦沈快速客运专线 2008 年 4 月 设计速度达 300 km h 京沪高速铁路正式开工建设 08 年 8 月我国第 一条具有自主知识产权 同时也是世界第一个营运速度达至 U350 km h 的京津 城际铁路正式开通运营 标志着我国高速铁路技术达到世界先进水平 但与此 同时高速铁路的建设也带来了一系列的环境问题 如振动 噪声及电波干扰等 其中以噪声的社会影响最大 设置声屏障是控制噪声特别是交通噪声的重要措旋 国外对穿过市区和居 住区的高速公路 轨道交通 高架桥 铁路等交通干线的两侧都普遍设有声屏 障 实现了其他降噪手段所不能代替的效果 从广义上讲 铁路又是一个系统 工程 其中规划 管理 铁路结构 包括轨道 轨枕 道床等 又是解决噪声问 题的另一方面 而铁路声屏障是一种设置于铁路交通噪声源和两侧受保护地区 或噪声敏感点 之间的声学障板 它是降低铁路交通噪声对交通线路两侧区域 局部环境污染的重要措施之一 声屏障是位于声源与受声点之间的具有足够面密度的声遮挡结构 利用声 源两侧局部地区建造的有限长声屏障可使声源的运行噪声在传播过程中有一显 著的附加衰减 从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响 以改善周围环 境的声环境质量 这样的设施就称为声屏障 声屏障的作用是阻挡直达声的传 播 隔离透射声 使绕射声有足够的衰减 目前 声屏障己发展成多种多样的 按降噪功能可分为扩散反射型声屏障 吸收共振型声屏障 有源降噪声屏障 按结构类型有直立式 折壁式 表面倾斜式 半封闭或全封闭式等 根据不同 顶端类型又有倒 L 型 T 型 Y 型 圆弧型 鹿角型等 1 3 项目设计要求 设计隔声屏障 对敏感点进行保护 使该处声环境达标 同时达到经济合 理 环保 经久耐用 景观协调等综合要求 1 4 项目设计内容 声屏障作为一种特殊的构筑物 其设计内容主要包括声屏障声学设计 结 构设计以及景观设计等几个方面 l 声学设计 以治理目标值为基础进行声屏障的位置 尺寸 结构形式等 设计 并进行各种方案的降噪预测 2 结构设计 它是用以保证所选择的声屏障能安全 牢固的竖立在所要设 置的部位上 包括声屏障承重结构设计和声屏障构造设计 3 景观设计 景观设计是运用人的视觉与知觉对周围环境及四周景象产生 的反应 所以声屏障应尽量与周围的地貌和人文 自然景观相协调 并尽量避 免阻挡司机乘客的视线 给人予人以行车安全和视觉上的舒适协调 1 5 声屏障设计流程图 问题提出 铁路声屏障不能达到预期目标值 降低噪声的同时 声屏障对周围 居民造成视觉冲击 影响景观 声屏障降噪原理与 插入损失计算 声屏障降噪基本理论 声屏障插入损失计算理论 铁路噪声源机理 铁路声屏障声 学设计 铁路声屏障景 观设计 声屏障降噪位置选择 声屏障高度设计 声屏障长度设计 声屏障材料与结构类选择 声屏障降噪优化措施 声屏障景观设计原则 声屏障景观设计理论 声屏障景观设计方法 铁路声屏障安全 易维护 公众可接 受性 经济要求设 计 提出多个设计方案 2 声屏障基本知识 任何一个声学系统都有三个主要环节 即声源 传播途径和受声者 在确 定噪声控制时 也应该从以上三个方面考虑 1 从声源上根治噪声 2 在噪 声的传播途径上采取措施 3 在接收点对受声者进行保护 第一种方法虽然是 最根本的措施 但对技术 经济要求较高 而切实可行的是在传播途径上设置 声屏障 阻断噪声的传播 利用声屏障对声源附近的敏感点进行保护 是解决 噪声污染的重要措施之一 本节将对与噪声及声屏障有关的一些名词概念以及 声屏障的降噪原理进行阐述和分析 2 1 相关名词解释 2 1 1 声 压 级 声压与基准声压之比的以 10 为底的对数乘以 20 称为声级或者声压级 单位为分贝 dB 式中 p 声压 Pa po 基准声压 20 Pa 2 1 2 等效 连续 A 计权 声 压 级 在规定时间内 某一连续稳态声的 A 计权 声压 具有与随时间变化的噪 声相同的均方 A 计权 声压 则这一连续稳态声的声级就是此时变噪声的等效 声级 单位为分贝 dB 等效声级的公式是 式中 L Aeq T 等效声级 dB T 指定的测量时间 pA t 噪声瞬时 A 计权 声压 Pa p0 基准声压 20 Pa 当 A 计权 声压用 A 声级 LpA dB 表示时 则此公式为 评价方案 综合考虑 选择最佳设计方案 2 1 3 A 计权声 压 级 用 A 计权网络测得的声压级 2 1 4 背景噪声 当测量对象的声信号不存在时 在参考点位置或受声点位置测量的噪声 本规范中所指的测量对象一般指采用声屏障来控制的噪声源 2 1 5 声屏障插入损失 在保护噪声源 地形 地貌 地面和气象条件不变情况下安装声屏障前后 在某特定位置上的声压级之差 声屏障的插入损失 要注明频带宽度 频率计 权和时间计权特性 例如声屏障的等效连续 A 计权插入损失表示为 ILPAeq 2 1 6 传声损失 屏障或其他隔声构件的入射声能和透射声能之比的对数乘以 10 单位是分 贝 dB TL 10lg Ei Et 式中 E i 入射声能 Et 透射声能 2 1 7 声屏障 一种专门设计的立于噪声源和受声点之间的声学障板 它通常是针对某一 特定声源和特定保护位置 或区域 设计的 2 1 8 吸声系数 在给定的频率和条件下 分界面 表面 或媒质吸收的声功率 加上经过界 面 墙或间壁等 透射的声功率所得的和数 与入射声功率之比 一般其测量条 件和 频率应加说明 吸声系数等于损耗系数与透射系数之和 2 1 9 降噪系数 在 250 500 1000 2000Hz 测得的吸声系数的平均值 算到小数点后两 位 末位取 0 或 5 2 2 声屏障降噪声学原理 声屏障降噪的基本原理是基于惠更斯一菲涅尔的波动理论 在声源与受声 点之间 插入一个有足够面密度的密实材料的物休 声波必须通过绕射才能传 到接收点 声传播路径因而加长 使声波传播有一个明显的衰减 这样的 障 碍物 称为声屏障 是一种普遍使用的环境噪声和室内噪声控制手段 广义的 声屏障可以定义为声源和接受点间的任何形式的阻隔构造物 当噪声源发出的声波遇到声屏障时 它将沿着三条路径传播 见图 2 1 a 一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点 一部分穿透声屏障到达受声点 一部 分在声屏障壁面上产生反射 声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿 这三条路径传播的声能分配 声源辐射的声波在屏障背后形成 声影区 声 影区 大小取决予声屏障的有效高度 位于声源与受声点之间的位置以及声波频 率 见图 2 1 b 2 2 1 绕射 越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声能小 直达 声与绕射声的声级之差 称之为绕射声衰减 其值用符号心表示 它与声波的 绕射角 有关 绕射角 愈大 声屏障的声衰减愈大 降噪效果愈好 声屏 障的绕射声衰减是声源 受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数 用绕射 角来表示噪声的衰减量很不方便 通常用声程差来描述 声程差 A B d 见图 2 1 a 所示 它是决定声屏障插入损失的主要物理量 图 2 2 为频率为 500Hz 噪声声程差与噪声衰减的关系图 2 2 2 透射 声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象 穿透声屏障的声能量取 决于声屏障的面密度 入射角及声波的频率 声屏障材料隔声的能力用传声损 失来评价 也称材料的隔声量 传声损失大 透射的声能小 声屏障的隔声效 果就好 透射的声能可能减少声屏障的插入损失 透射引起的插入损失的降低 量称为透射声修正量 用符号 Lt 表示 2 2 3 反射 声源发出的声波到达声屏障时 由于空气和声屏障材料两种媒质的阻抗特 性不同 就会发生声反射现象 声波的反射与声波的波长和声屏障的尺寸有关 如果声屏障的表面尺寸比声波波长大得多时 声波遇到声屏障表面就会全部反 射回去 由于高频声波短 所以比低频声容易反射 当高频声波遇到声屏障反射回来 它会使声源同侧的受声者 例如车中的旅 客等 受噪声干扰更大 或者再被车体或异侧声屏障反射后到达受声点 使声屏 图 2 1 声屏障声传播路径图 障的降噪效果下降 特别是当铁路路两侧建有平行声屏障时 声波将在声屏障 之间发生多次发射 越过声屏障顶端绕射到达受声点 会进一步削弱声屏障降 噪效果 见图 2 1 c 对于反射较强的高频声波 反射声的影响是不容忽视 由反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量 用符号 L r表示 3 铁路噪声预测 3 1 预测公式 铁路噪声主要来自列车运行过程 可视为有限长运动线声源 对于任一噪声敏感点 其预测点处的等效连续 A 声级可按下式计算 ni ni CLifCLieqT ififpititptL11 0 1 0 eq lg0 式中 L eq T T时段内的等效A声级 dB T 预测时间 s 昼间T 57600s 夜间T 28800s ni T时间内通过的第i类列车列数 teq i 第i类列车通过的等效时间 s Lp0 t i 第i类列车的噪声辐射源强 A计权声压级 dB Ct i 第i类列车的噪声修正项 dB tf i 固定声源作用时间 s Lp0 f i 固定声源噪声辐射源强 dB Cf i 固定声源噪声修正项 dB n T时段内的噪声源数目 3 2 等效时间 teq I 列车通过的等效时间 按下式计算 iiieqldvlt8 01 式中 li 第i类列车的列车长度 m vi 第i类列车的列车运行速度 m s d 预测点到线路的距离 m 3 3 噪声修正值的计算 列车运行噪声的修正项C t i 按下式计算 Ct i C t v i Ct C t t C t d i C t a i C t g i C t b i Ct h i 式中 C t v i 列车运行噪声速度修正 单位为dB Ct 列车运行噪声垂向指向性修正 单位为dB Ct t 线路和轨道结构对噪声影响的修正 单位为dB C t d i 列车运行噪声几何发散损失 单位为dB C t a i 列车运行噪声的大气吸收 单位为dB C t g i 列车运行噪声地面效应引起的声衰减 单位为dB C t b i 列车运行噪声屏障声绕射衰减 单位为dB Ct h i 列车运行噪声建筑群引起的声衰减 单位为dB 3 4 各修正项计算 3 4 1 速度修正 C t v i 其中k为速度修正系数 v v 0分别为预测速度和参考速度 列车速度修正项C t v i可在源强选值时考虑 3 4 2 列车运行噪声垂向指向性修正 Ct 根据国际铁路联盟 UIC 所属研究所 ORE 的研究资料建立的数学模型 列车运行噪声辐射垂向指向性修正量C t 可按下式计算 当 10 24 时 C t 0 012 24 1 5 当 24 50 时 C t 0 075 24 1 5 式中 声源到预测点方向与水平面的夹角 单位为度 3 4 3 列车运行噪声几何发散损失 C t d i 列车运行噪声具有偶极子声源指向特性 根据不相干有限长偶极子线声源 的几何发散损失计算方法 列车噪声辐射的几何发散损失C t d i 可按下式计 算 lg 0 vkivt 2002 dt 4arctnlg1ldllCi 式中 d 0 源强的参考距离 单位为m d 预测点到线路的距离 单位为m l 列车长度 单位为m 3 4 4 大气吸收 C t a i 空气声吸收的衰减量Ca i可按下式计算 si a 式中 大气吸收引起的纯音声衰减系数 单位为dB m s 声音传播距离 单位为 m 3 4 5 地面效应声衰减 C t g i 地面衰减主要是由于从声源到接收点之间直达声和地面反射声的干涉引起 的 当声波越过疏松地面或大部分为疏松地面的混合地面时 地面效应的声衰 减量C g i可按下式计算 dhi 301728 4mg 式中 h m 传播路程的平均离地高度 单位为m d 声源至接收点的距离 单位为m 3 4 6 列车运行噪声屏障声绕射衰减 Ct b i 列车运行噪声按线声源处理 根据 声屏障声学设计和测量规范 HJ T90 2004 中规定的计算方法 对于声源和声屏障假定为无限长时 屏 障声绕射衰减C t b i 可按下式计算 Cb t i 1340 1ln23g10 arct41l22 cftt ftt 式中 f 声波频率 单位为Hz 声程差 a b c 单位为m c 声速 c 340 m s 3 4 7 建筑群引起的声衰减 Ct h i 当声的传播通过建筑群时 房屋的屏蔽作用将产生声衰减 根据 户外声 传播的衰减 第2部分 列车运行噪声的C t h i不超过 10dB时 近似A声级可按下 式估算 当从接收点可直接观察到铁路时 不考虑此项衰减 Ct h i C h 1 Ch 2 式中 C h 1 0 1Bdb Ch 2 10 lg 1 p 100 其中 B 沿声传播路线上的建筑物的密度 等于以总的地面面积 包括 房屋所占面积 去除房屋的总的平面面积所得的商 dB 通过建筑群的声路线长度 p 相对于在建筑物附近的铁路总长度的建筑物正面的长度的百分数 其 值小于或等于90 由于C h i依赖于具体情况 往往比较复杂 计算准确度较差 本次预测评价 中对从接收点可直接观察到铁路时不考虑此项衰减 低路堤地段类比以往实测 经验值进行修正 4 敏感点噪声值及降噪量的预测 本设计未涉及到固定声源 固定声源的影响可忽略不计 参考点位置为距 列车运行线路中心25m 轨面以上3 5m 处 4 1 等效时间 teq i 的计算公式如下 iiieqldvlt8 01 距铁路外轨30m处 货车 stieq 13 4890 1806 39 客车 tieq 6 2 2 4 stieq 67 418905 1806 39 距铁路外轨 45m 处 货车 客车 stieq 04 13258 0126 34 距铁路外轨 60m 处 货车 stieq 1 48906 180 39 客车 tieq 32 2 4 4 2 列车运行噪声的修正项 Ct i 按下式计算 Ct i C t v i Ct Ct t C t d i C t a i C t g i C t b i Ct h i 本设计中 C t v I C t C t t C t a i C t h i C t g i均可忽略不计 C t b I 0 C t d 计算公式为 其中d 0 25m 2002 dt arctn4lg1ldlli 距铁路 外轨 30m 处 货车 dB824 093048289arctn255t3lg1022 dt iC 客车 dB861 04320324arctn55 t0lg12 dt iC 距铁路外轨 45m 处 货车 dB682 904582890arctn25 t4lg1022 dt iC 客车 d831 4253423arctn5 tlg102 dt i 距铁路外轨 60m 处 货车 dB031 489604289arctn255 t60lg122 dt iC 客车 d3 42604323arctn55 t60lg12 dt i 将以上各数据代入下式 即可求得列车对敏感点处的有效声压级 距铁路外轨 30m 处 昼间的有效声压级为 0 1 89 24 0 1 789 6 0 146eq 120lg 584 363 5 5 8dB76TL 距铁路外轨 30m 处 夜间的有效声压级为 0 1 89 24 0 1 789 6 0 139eq l 2 72T 距铁路外轨 45m 处 昼间的有效声压级为 0 1 892 6 0 1 7892 3 0 145eq 10lg 584 7 6 dB763TL 距铁路外轨 45m 处 夜间的有效声压级为 0 1 892 6 0 1 7892 3 0 138eq l 4 72T 距铁路外轨 60m 处 昼间的有效声压级为 0 1 894 3 0 1 7894 23 0 143eq 10lg 58 26 5662 5dB763TL 距铁路外轨 60m 处 夜间的有效声压级为 0 1 894 3 0 1 7894 23 0 139eq l 4 82T 各数据如下表 因此 降噪量因至少为 16 dB 5 铁路噪声振动治理原则 5 1 总要求 铁路噪声的环境污染防治应依据 中华人民共和国环境噪声污染防治法 和有关法律 法规 认真贯彻执行国家环境保护总局和铁道部联合发布的 关 于加强铁路噪声污染防治的通知 环发 2001 108 号 对可能产生环境噪声 污染的铁路建设项目 应按照 预防为主 防治结合 综合治理 的基本原则 和 社会效益 经济效益和环境效益相统一 的方针 采取有效的防治措施避 免或减轻对环境的污染 使铁路建设 城乡建设与环境保护协调发展 5 2 治理原则 按照 以人为本 因地制宜 技术可行 经济合理 的原则 对铁路噪声 振动采取源头控制 传播途径控制 建筑物防护 合理规划布局 科学管理等 综合措施进行防治 由于既有铁路线路涉及范围大 情况比较复杂 噪声 振 动污染的防治应从实际出发 有计划 有步骤 分阶段实施 铁路建设项目的 噪声 振动防治措施 应按近期设计规模的污染程度确定实施方案 按远期设 计规模的污染程度预留噪声 振动控制技术条件 铁路建设改扩建项目涉及既 有线现状环境噪声 振动已经超标的 在工程范围内应采取有效措施 使改扩 建后的声和振动环境得到改善 对既有铁路两侧敏感建筑的噪声 振动防治 应根据建筑物的建设时间和 铁路噪声贡献量等 依法分清治理责任 铁路两侧 200m 以内不宜新建噪声敏感 建筑物 若在此范围内建设敏感建筑物 应按 中华人民共和国噪声污染防治 法 第十二条 第三十七条规定执行 背景 L eq dB 标准 L eq dB 预测值 dB 降噪量 dB 监测点 昼间 夜间 昼间 夜间 昼间 夜间 敏感点距铁 路中心线距 离 m 昼间 夜间 8 1 41 6 39 9 60 50 65 58 65 57 30 5 58 15 57 8 2 40 5 38 0 60 50 63 79 63 78 45 3 79 13 78 8 3 43 4 39 0 60 50 62 52 62 48 60 2 52 12 48 5 3 防治目标 铁路噪声的防治目标应达到国家规定的铁路边界噪声排放标准 受铁路运 行噪声影响的学校 医院 幼儿园 敬老院等特殊敏感建筑物按昼间 60dB 进行 控制 对有住校 住院的敏感点夜间按 50dB 进行控制 通过技术论证 当采 取工程措施难以达到以上要求时 应对敏感建筑物采取有效防治措施 使室内 声环境满足使用功能 厂 段周围应符合国家规定的工业企业厂界噪声标准 铁路振动的防治目标应达到国家规定的铁路干线两侧区域环境振动标准 即铁路干线两侧建筑物的室外振动 应满足昼间 夜间 80dB 的限值要求 若铁 路干线两侧建筑物的室外振动超过标准限值 应保证室内振动满足昼间 夜间 80dB 的限值要求 5 4 防治措施 与城市总体规划充分协调 在铁路设计中通过合理选线 从根本上避免或 减轻铁路噪声 振动的环境污染 在噪声 振动源防治方面 通过逐步改造机车车辆 加强轮轨系统维护 采用线路工程的减振 降噪新技术 从源头上降低铁路噪声和振动 在铁路噪声传播途径和接收点 可采用设置声屏障 降噪林带 安装隔声 窗 改变建筑物使用功能及其他有效的防治措施 应继续加强推行 落实铁路机车鸣笛的限鸣措施 减轻鸣笛噪声的环境污 染 对于车站 编组站作业使用的广播喇叭 应采取有效措施减少对周围环境 的干扰 在城市区域或敏感建筑集中区域内 铁路干线与道路交叉的 应当设 置立体交叉 在铁路线路安全保护区边界 应根据需要设置围墙 栅栏等防护 设施 实行封闭隔离 铁路振动污染的防治可采用 铺设无缝线路 加强轮轨系统维护 轨道系 统隔振 以桥代路 设置隔振沟 墙等防振屏障措施 改变建筑物使用功能及 其他有效措施 5 5 既有铁路防治 既有铁路和铁路工程建设与既有铁路有关的铁路噪声 振动污染防治 应 结合既有铁路技术改造 城市总体规划按计划逐步解决 铁路部门和城市环保 等有关部门应在当地人民政府组织下 共同制定减轻铁路噪声 振动污染的规 划 并纳入城市国民经济和社会发展计划分期逐步实施 有关部门应当按照规 划的要求 合理划分投资 采取有效措施进行综合治理 针对本情况 采用声屏障 6 声屏障的设计 6 1 声屏障的材料 结构类型选择 声屏障材料设计一般是规定材料的声学性能和物理性能要求 声学性能主 要规定材料的吸声 隔声性能 隔声方面一般要求材料的隔声量在 25dB 以上 吸声方面首先要求吸声结构的吸声系数 a 0 5 其次要求吸声的吸声特性曲线 基本与噪声声源的频谱曲线一致 吸声频谱的峰值频率包含声源频谱的峰值频 率 以此保证材料的吸隔声性能 物理性能主要规定材料的强度 以及防潮 防尘 防腐 防老化 防火要求等 此外 还要考虑材料的价格以及景观因素 考虑到铁路声屏障的特殊应用环境 材料的各项性能指标均应较优且较为均衡 不能有任何偏废 即不能使用任一单项指标很差的材料 必须注重性能的均衡 对于铁路声屏障材料选择应该重点考虑下面几点 6 1 1 单元强度与刚度 铁路声屏障要承受巨大的风载荷 因而声屏障材料除应具有足够的抗压强 度外 还应有良好的抗弯 抗剪性能 并具有较大的刚性以使横向风载荷下的 变形尽可能小 并能使人为破坏的情况尽可能降低甚至避免 6 1 2 阻燃性和耐候性 为保证行车安全 声屏障应坚固 耐用且阻燃 用作声屏障的材料应具有 良好的化学稳定性 能经受恶劣气候条件的考验 例如高温和冰冻条件下不发 生大的变形和损坏 耐水性好 吸水后能迅速恢复其正常状态 具有一定的耐 酸 耐盐 防腐 抗霉菌能力和阻燃性能 6 1 3 材料容重 在保证声屏障声学性能及强度 刚度和稳定性的前提下 声屏障材料应具 有较低的容重 但对于铁路路基而言 其密实度和承载力很高 而声屏障承受 巨大的横向风载 垂向载荷却较低 因此声屏障的稳定性成为突出的矛盾 此 时材料容重不宜过低 对铁路桥梁而言 较低的声屏障重量可以减轻其对桥梁 族加的荷载 简化与桥梁的联结 6 1 4 材料价格 由于铁路声屏障累计设置长度和工程数量很大 所需投资甚巨 为尽量降 低造价 要求声屏障材料具有价廉物美的特点 材料价格不能太高 否则无法 大规模采用 6 1 5 防眩性 铁路声屏障距离铁路线距离一般较近 而铁路列车运行速度高 为保证列 车的安全 选取的隔声材料应考虑避免阳光或车灯照射下的反光对列车司机造 成眩目的不利影响 常见较适合铁路声屏障的材料如下 此设计降噪控制在 15 16dB 降噪幅度不是很大 材料选择应较为简单 应选择隔声效果适中 并易于施工 造价较低的材料 选择砖墙 12cm 厚 作 为声屏障 砖墙的降噪效果较好 而且价格便宜 耐久性强 还可以就近取材 其不同倍频传声损失 TL 值见下表 6 表 6 砖墙的隔声性能 单位 dB 倍频程隔声量 TL 构件名称 125Hz 250 500 1K 2K 4K 隔声量 平均值 砖墙 34 4 39 3 43 2 49 1 51 2 49 5 44 5 6 2 声屏障的位置确定 声屏障的控制范围不宜超过 60 80m 即敏感区域距铁路 60 80m 以内可 以考虑设置声屏障 超过 60 80m 时不宜采用声屏障措施 铁路声屏障多以声 屏障靠近声源为主 一般铁路高架桥声屏障距离轨道 1 5m 具体来说 在铁 路声屏障位置的确定中 应考虑以下几个方面 a 铁路建筑限界及机车车辆限界与建筑限界的关系 b 铁路通讯地下电缆沟的位置以及埋藏深度 c 电气化铁路的接触网 回流线及支柱的位置 各种电力线的安全距离 d 声屏障应满足铁路安全运营的要求 即不影响行车安全 不影响乘务人 员瞭望信号 不影响铁路两侧地面 地下设备的安装 检查和正常工作 e 声屏障应满足养护线路的要求 即不影响对地基 道床 轨枕 钢轨等 设施的保养和维修工作 根据以上原则和应注意的问题 最后确定声屏障设置位置 从理论上讲 离外轨水平距离越近 降噪效果越好 该设计的声屏障设在路基之上 距既有铁路 3m 处 6 3 声屏障的高度 声屏障的高度有有效高度和自然高度两种 当受声点与噪声源不在同一水 平线上时 声屏障的高度应为声屏障顶端到声源与受声点连线的垂直高度 称 之为声屏障的有效高度 不是声屏障自身的自然高度 有效高度多用于理论分 析与计算 而实际工程中运用的多为自然高度 声屏障的有效高度是声屏障起 主要作用的部分 例如当声屏障距离铁路很近时 有效高度高 声屏障的高度 只需要高于轨道 2 3m 便可有效地降低轨道噪声 6 10dB 当声屏障离铁路较 远时 有效高度降低 降噪效果便会降低 一般可根据实际噪声监测确定 如果是新建铁路 则可以采用类比法确定 声屏障对声波短 绕射能力差的高频噪声阻隔效果好 对波长较长 绕射能力 强的低频噪声阻隔效果差 所以 在设计时 声屏障的高度需根据实际所测噪 声的声频特性来决定 铁路噪声以轮轨噪声为主 一般中低速列车的轮轨噪声 频率主要是在 20 2000Hz 为了简化计算 在铁路声屏障设计中 一般按等效 频率计算即可满足设计要求 本设计列车声源频谱以 500Hz 为等效频率 列车的声源距地面高位 0 45m 声速为 340m s 6 4 声屏障衰减量的计算 ABC 2222A 3 0 45 m9836 BC 求得 2 26m 等效时间 t 40 500 2 26 3 340 44 31s 403cf 23110lgnt Ld 值 Ld 16 68dB 透射声修正量 Lt 的计算 由于 TL Ld 44 5 16 68 27 82dB 10dB 所以此时透射的声能可以忽 略不计 则 Lt 0 本设计中 地面吸收声衰减 LG 的由于数据不全 可忽略不计 其它修正 由于临近铁路第一排房子前没有其他建筑物 所以障碍物声衰 减 LS 不存在 声屏障只设在单侧 所以反射声修正量 Lr 不进行计 算 声屏障实际插入损失 IL Ld LG 16 68dB 声屏障的长度计算 根据下式计算 10log L12 L 2 L12 0 9 L 式中 L1 声源至受声点的垂向距离 L 声屏障附加长度 L 实际声屏障插入衰减 本设计为 16 68dB 声屏障的插入损失为 16 68dB A 垂向距离为 30m 则声屏障的附加长度为 L 166 25m 声屏障的附加长度取 166 25m 那么 声屏障的总长度为 166 25 2 100 432 5m 7 设计结果校核 声屏障的高度为 3m 长度为 432 5m 距铁路外轨 2m 处 降噪效果良好 实际声屏障插入衰减为 16 68dB A 声级 插入声屏障后 敏感点的噪声昼间 为 48 9dB 夜间为 48 89dBA 再加上地面和大气还可以吸收点 所以肯定可以 满足 声环境质量标准 GB3096 2008 中二类区昼间 60dB 夜间 50dB 的要 求 敏感点噪声达标 8 景观设计 当铁路声屏障设置在地面时 应充分考虑到声屏障对铁路沿线居民产生的 隔离作用 围堵感受和日照影响 因而在设计时 应充分利用声屏障的轻型 透视和色彩多样 垂直绿化的作用 保证道路宽度和建筑物高度间的比例关系 尽量保持屏障与建筑物之间得到足够的空间 高度要适度 使列车驾驶员无逼 仄的感觉 在某些合适的地段也可以选择透明的声屏障 一方面使车内人员与 周围环境相接触 与路外的景观仍融为一体 另一方面也改变了声屏障单调的 局面 通过改变声屏障顶部的线条 使声屏障不再是单调的壁障而成为变化多样 的流线型 带有动感的特色建筑物 改变了原有声屏障单调 枯燥 乏味的情 调 色彩的变化也是声屏障景观设计采用的手法 不仅色彩以淡雅明朗为宜 而且每隔一段距离 可用色彩变化来组成几何图案 从而改善列车运行环境 垂直绿化或人造绿色景观 使声屏障成为周围环境的自然 伪体 让屏障能 柔和地进入乘务人员及旅客的视线 参考文献 1 郑上聚 环境工程手册环境噪声控制卷 北京 高等教育出 版社 2000 2 李家华 环境噪声控制 北京 冶金工业出版社 1995 3 马大猷 噪声与振动控制工程手册 北京 中国机械工业出 版社 2002 4 高红武主编 噪声控制工程 武汉 武汉理工大学出版社 2003 5 洪宗辉 环境噪声控制工程 高等教育出版社 2002 年 6 月第一版 6 陈杰瑢 物理性污染控制工程 高等教育出版社 2007 年 1 月第一版 7 中华人民共和国环境保护行业标准 HJ T 90 2004 声屏障声学设计和测量规范 物理性污染控制课程设计 离心风机排风口噪声设计 学生姓名 何 殿 基 任课教师 吴 军 年 学 院 资源环境学院 专 业 环境工程 年 级 2009 级 消声器设计 离心风机排风口噪声设计 1 环境噪声的基本情况 某厂一大型离心风机位于工业广场附近 距风机出口左侧100m 处有一座办 公楼 右侧及前方为绿地 由于出气口噪声很高 影响工程技术人员机人们的 工作效率 另外 风机房内噪声也很高 但操作者经常呆在隔声间内 故机壳 和电机的噪声危害不大 可以不予考虑 鉴于上述情况 可对排气噪声采取控 制措施 在办公楼窗前1m处测得的环境噪声如下表所示 倍频程 Hz 125 250 500 1000 2000 4000 倍频带声压级 dB 44 56 65 60 50 36 2 离心风机的基本情况 大型风机 K2 73 02N032F 风机的性能参数 功率 2500Kw 风量 9500m3 h 风机叶片数为 12 转速 600r min 出风口为直角扩散弯头 出口为 3 3m 的正方形 在风机排风口左侧 45 度方向 1m 处 测得 A 声级为 109dB 其倍频带声压级如下表所示 倍频程Hz 125 250 500 1000 2000 4000 A 倍频带声压级dB 100 108 108 103 100 95 109 3 有关标准及设计规范说明 本设计所参考的标准及设计规范均以 工业企业噪声设计规范 GBJ87 85 声环境质量标准 GB3069 2008 为基准 4 设计任务 设计一消声器 使得风机排风口左侧 45 度角方向 1m 处的 A 声级降为 75dB 满足 NR 70 根据环境标准要求 检验在办公楼窗前 1m 处 根据所 采用的消声器能否满足该功能区的声环境要求 消声器的设计计算 消声器设计表 倍频程中心频率 Hz项目 125 250 500 1000 2000 4000 进气口噪声 dB 100 108 108 103 100 95 降噪要求 NR70 83 78 73 70 68 66 消声器应有消声量 dB 17 30 35 33 32 29 消声器周长与截面比 13 13 13 13 13 13 材料吸声系数 0 50 0 80 0 85 0 85 0 86 0 80 消声系数 0 75 1 25 1 31 1 31 1 33 1 25 消声器所需长度 m 1 74 1 85 2 05 1 94 1 91 1 78 消声器设计长度 m 2 10 2 10 2 10 2 10 2 10 2 10 实际消声量 dB 20 48 34 13 35 76 35 76 36 31 34 13 出口噪声 dB 79 52 73 87 72 24 67 24 63 69 60 87 A 计权修正值 dB 16 1 8 6 3 2 0 1 2 1 修正后各频带声级 dB 63 42 65 27 69 04 67 24 64 89 61 87 高频失效修正值 dB 11 37 高频失效修正后的声级 dB 73 24 总的 A 计权声级 dB 73 24dB 75dB 通道的当量直径 D m 2b1h b 1 h 0 214 高频失效 f Hz 2939 25 1 消声器的选择 阻性消声器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件 是消除空气动力性 噪声的重要措施 阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的 把吸声材 料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列 就构成了阻性消声器 当声波进入阻性消声器时 一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗 散掉 使通过消声器的声波减弱 阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路 吸声 材料类似于电阻 由于有多孔的吸声材料所以不能用于有蒸汽侵蚀或高温的场合 片式消声器适用风量大 结构简单 中高频消声性能优良 气流阻力也小 从本 设计的风量 Q 9500m3 h 频率来看 可选定片式的阻性消声器 2 消声量的计算 根据 ISO 提出的用 A 声级作为噪声评价标准 当 A 声级 Lp 大于 75dB A 时 570LpNRdB 因 为 所 以 根据 NR 70 查 NR 曲线 找各倍频处的声压级 将结果写于噪声设计表的第二 行 3 消声器的面积与通道结构的确定 根据设计数据气流速度宜小于 8m s 所以本设计选取 V 8m s 消声器的总面积 mVQS3 08695 设计选用 3 个通道 则单个气流通道面积 S1 2m1 0 nS1 根据经验片式消声器的片距宜取 100 200mm 片厚宜取 100 150mm 在本设 计中设片距 b1 120mm 片厚 b2 150mm 计算气流通道的结构参数如下 单个通道气流通道高度 取 h 1mmSh92 01 消 声 器 的 总 宽 度 取 a 1 3mbaz 6 53621 4 吸声材料的选择 根据使用环境和噪声频谱 选用密度为 20kg m3 厚度为 15cm 的超细玻璃棉 吸声层护面采用一层玻璃纤维布加一层穿孔金属板 玻璃纤维布取 0 15mm 穿孔 金属板穿孔率为 30 孔径取 5mm 5 计算各频带所需要的消声器长度 公式 0 PSLl 式中 L 消声器的消声量 dB 与材料吸声系数 有关的消声系数 0 0 P 通道截面周长 m S 消声器通道的有效横截面积 m 2 l 消声器的有效部分长度 m 各频率下的消声器长度计算 74 15 03125 l ml85 12 3025 ml05 231 0 m90 90 7894 因为 lmax 2 05m 设计长度可以取 l 2 10m 6 计算高频失效 公式 Dcf85 1 失 式中 失效频率 Hz 失 c 声速 m s D 消声器通道的当量直径 m 其中 a 矩形的宽 m b 1 矩形的长 m ba 2Hzcf 25 9314 085 1 失 在 2000Hz 倍频带内 其消声器对于高于 2939 25Hz 的频率段 消声量将降 低 上面设计的消声器长度为 2 1m 在 4000Hz 的消声量为 34 13dB 但由于高频 失效 在中心频率 4000Hz 的倍频带内的消声量为 修正值为 11 37dBdBLn75 213 43 式中 高于失效频率的某倍频程的消声量 失效频率出的消声量 n 高于失效频率的倍频程频带数 8 验算气流再生噪声 消声器内流速 由于 L oa 18 2 60logv 18 2 60log7 92 71 92 2dB 式中 气流再生噪声 dB A oa V 消声器通道内的流速 m s 取 66 34dB 与 A 计权声级 73 63dB 叠加得 74 43dB 75dB 所以气流再生噪声对消声器性能影响可忽略 参考文献 1 郑上聚 环境工程手册环境噪声控制卷 北京 高等教育出 版社 2000 2 李家华 环境噪声控制 北京 冶金工业出版社 1995 3 马大猷 噪声与振动控制工程手册 北京 中国机械工业出 版社 2002 4 高红武主编 噪声控制工程 武汉 武汉理工大学出版社 2003 5 洪宗辉主编 环境噪声控制工程 北京 高等教育出版社 2002 6 陈杰瑢 物理性污染控制工程 高等教育出版社 2007 年 1 月第一版