铁路节能环保与安全卫生２０１５年第５卷第４期 文章编号：２０９５—１６７１｛２０１５）Ｏ４—０１４８—０４ 高速铁路声屏障研究现状及发展趋势 尹皓，刘兰华，李晏良，辜小安 （中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 １０００８１） 摘要：对声屏障降噪理论研究、声屏障技术措施应用 现状以及我国高速铁路声屏障存在的主要问题及发展趋 势进行ｒ分析总结，可为我国高速铁路声屏障技术措施 的深化研究和发展提供技术参考。 关键词： 高速铁路；噪声控制；声屏障；降噪理论 中图分类号：ＴＢ５３ 文献标志码：Ｂ 噪声控制可分为声源控制、传播途径控制和 受声点保护三类，高速铁路噪声控制同样可从声 源控制一低噪声高速列车、传播途径控制一高速 铁路基础设施噪声控制技术和受声点保护一隔声 窗等三方面采取措施降低高速铁路噪声的影响。 目前，国内外高速铁路基础设施噪声控制技术最 常用的是声屏障工程控制措施。声屏障控制技术 措施的最基本出发点是阻断声源至受声点问的传 播途径，从而达到控制铁路噪声影响的目的。德 国、法国、英国等欧盟国家，以及日本、美国等国研 究人员，分别从声屏障降噪理论、声屏障结构形式 等方面对声屏障开展研究，以期不断改善和提高 声屏障的实际降噪效果。 １声屏障降噪理论研究现状 声屏障降噪理论的发展是伴随着声屏障技术 的应用而发展的，从其发展历程和基本特点来看， 声屏障降噪理论的研究可分为三种，即几何与波 动声学理论、试验与半经验法以及边界元法。几 何与波动声学理论对于求解横断面简单变化的声 收稿日期：２ｏ１５－０７．１６；修订日期：２ｏ１５－０７－２１ 基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划课题“高速铁 路噪声控制技术——深化声屏障技术研究”（编号：２Ｏｌ５Ｇ００９－Ａ） 作者简介：尹皓（１９６３一），男，湖南邵东人，研究员，主要研 究方向为环境噪声振动影响和控制。 １４８ 屏障是可行的，对于声屏障为复杂断面时，求解就 异常复杂了；此外该理论只适用于声屏障中高频 段插入损失的计算。试验与半经验法采用单一无 量纲量菲涅耳数，计算非常简单，但该方法仅能对 刚性垂直薄屏障进行插入损失计算。应用边界元 法求解声屏障的插入损失，可以很方便地考虑声 屏障的几何形状、声源的指向性及地面和声屏障 的表面吸声条件，但目前在声屏障领域的实际应 用较少。但无论哪种声屏障降噪理论都避免不了 的问题就是声源的定义问题，即主要噪声源的源 强、位置、频谱特性等，这是目前声屏障降噪效果 计算的关键；也就是说高速铁路声源识别研究结 果是深化声屏障降噪理论研究的基础¨ 。 １９７６年Ｐａｗｌｉｎｓ提出“附在刚性障板的边缘 上的‘声学软表面’能阻碍声屏障顶部绕射声的 传播”；根据声绕射理论，在声屏障的顶端为声能 集中的部位，在这一部位，除来自声源的直达声 外，绕射声也将由此传播至声屏障的另一侧；根据 菲涅耳衍射理论，这种贡献可以等价地看成是由 屏障上端边缘处虚拟声源产生的。如果能减小隔 声屏障顶端的虚拟声源强度，就可以减弱隔声屏 障背后的声压。因此，通过改良声屏障顶端以减 小顶端周围的声压，就能提高声屏障的总体降噪 效果。“软表面”结构屏障一个共同的特征是，在 原声屏障上边缘附着一层或一个带管状“声学软 表面”的结构 。 ２声屏障技术措施应用现状 声屏障在一些发达国家率先实现了工程应 用，设置于高速公路、城市轨道、铁路等交通干线 两侧，已逐渐发展成为最普遍采用的噪声控制措 施（见图１）。国外从２０世纪六七十年代就已开 铁路节能环保与安全卫生２０１５年第５卷第４期 有金属板、混凝土板、透明板等，立柱一般采用Ｈ 型钢或钢筋混凝土立柱。总之，直立插板式声屏 噪声源的屏蔽特性，降噪效果的空间分布规律；列 车类型、速度、线路类型对声屏障降噪特性的影响 等开展理论和应用研究工作。为新型声屏障结构 障作为一种适合于高速铁路噪声防治的有效措施 在国外取得了广泛应用，倒Ｌ型、折角型声屏障 在工程实际中也有较多应用，日本和韩国铁路还 和材料的研发提供技术支持，为声屏障插入损失 的预测模型计算方法改进提供理论上的支撑。 ３．２加强声屏障顶部声绕射影响理论和应用研究 大量应用了声屏障顶部降噪装置以进一步提升降 噪效果，声屏障的设计形式趋于多样化。 我国目前已实施的高速铁路声屏障总长度超 过４ ０００ ｋｍ。按照运行速度可分为２５０ ｋｍ／ｈ客 国外研究结果表明，声屏障顶部声绕射是影 响声屏障降噪效果的重要因素之一，但我国对此 研究相对较少，因此，需从声传播、声绕射等理论 出发，通过声学试验室模型试验和仿真计算等，开 展声屏障顶部声绕射影响问题研究，通过改进声 屏障顶部结构形状，有效降低声屏障顶端声绕射 影响，提高声屏障的整体降噪效果。根据相关资 料，声屏障顶部结构的改进，可提高降噪效果２ｄＢ （Ａ）左右。 运专线和３５０ ｋｍ／ｈ客运专线声屏障，按照线路形 式可分为路基段声屏障和桥梁段声屏障，按照声 屏障的材质可分为金属类和非金属类声屏障。已 实施的声屏障主要为金属及混凝土两种材质的直 立型声屏障，桥梁段以金属声屏障为主，路基段有 金属和非金属两种材质的声屏障。声屏障高度主 要为轨面以上２．０５ ｍ和３．０５ ｍ，其中３．０５ ｍ屏 障是在２．０５ ｍ屏障基础上加装１ ｍ高通透隔声 板。对部分有特殊要求的低速路段设置了５—８ ｍ直立式声屏障或折角式、半封闭声屏障。为降 ３．３ 加强新型声屏障结构和材料的研发 根据相关资料，国外高速铁路声屏障措施一 般可降低列车运行噪声６～１０ ｄＢ（Ａ）。根据我国 高速铁路现场测试结果，２．０５ ｍ直立式声屏障对 低声屏障顶部声绕射，进一步提升降噪效果，部分 铁路如京九线广安门路段、沪昆客专上海段应用 了声屏障顶部降噪装置。最新研发并进行上道试 距外轨中心线３０ ｍ不同高度敏感点的降噪效果 一般在３～８ ｄＢ之问，半封闭式声屏障降噪效果 超过１０ ｄＢ；直立吸声式声屏障对５００ Ｈｚ以上的 中高频噪声具有较好的降噪效果，但对２５０ Ｈｚ以 下的中低频噪声效果不大¨ 。根据试验室测 试结果，我国声屏障大多在４００ Ｈｚ以上具有较好 的隔声性能、２５０ Ｈｚ～８００ Ｈｚ范围内具有较好的 用的声屏障有减载式声屏障和超高强度混凝土声 屏障等。 ３ 高速铁路声屏障存在的主要问题及发展趋势 ３．１ 深化声屏障降噪理论和应用研究 吸声性能，低频隔、吸声性能较差（见图２）。从近 年来采用纤维类吸声材料的经验教训来看，由于 长期处于大流量列车振动和交变风压的影响，纤 维材料的脆性断裂和粉尘化使原来的均质结构不 声源定义问题是声屏障降噪效果计算以及新 型声屏障研发的关键技术问题之一。因此，需在 高速铁路噪声源特性、传播途径、关键影响参数及 机理研究的基础上，加强高速铁路声屏障对不同 复存在，不能有效起到吸声降噪作用。 ： 懿 ０．２ 总体来看，我国高速铁路声屏障存在声屏障 结构形式及材料较为单一，对铁路低频噪声降噪 １５Ｏ 效果有限及声屏障顶部绕射影响未予考虑等问 题。因此，为不断改善和提高声屏障的实际降噪 铁路节能环保与安全卫生２０１５年第５卷第４期 ［６］ 周信，肖新标，何宾，等．高速铁路声屏障降噪效果预测 及其验证［Ｊ］．机械工程学报，２０１３，４９（１Ｏ）：ｌ４一ｌ９． ［７］ 尹皓，朴泰善，曾凤柳，等．声屏障顶端降噪器研究进展 效果，需在相关理论深化研究的基础上，加强新型 声屏障结构和材料的研发。 研究和发展新型吸声材料，增大声屏障的插 人损失，加强中低频噪声的降噪效果，是声屏障的 发展方向。对于混凝土声屏障，其发展方向是轻 质、多孔、预制。对于铁路金属插板式声屏障，解 决吸声材料老化问题、免维护和少维护问题等是 ［Ｊ］．铁路节能环保与安全卫生，２０１２，２（４）：１７２—１７５． ［８］ 陈继浩，冀志江，徐晖，等．声屏障顶部结构研究进展 ［Ｊ］．噪声与振动控制，２００８（６）：１—４． ［９］ 吴文高，蔡俊，刘玲．顶端结构为声扩散体的声屏障降噪 性能研究［Ｊ］．噪声与振动控制，２０１２（４）：１２１—１２５． ［１０］ 村田香，等（日）．新干线Ｙ型声屏障的降噪效果［Ｊ］．国 外铁道车辆，２００８，４５（２）：２９—３４． 新型声屏障结构和材料研发所应关注的重点。 参考文献： 吴洪洋．道路声屏障降噪理论的研究进展［Ｊ］．噪声与振 动控制，２００６（３）：８５—８８． 孙华云，刘岩，张晓排．倒Ｌ型声屏障降噪效果试验与分 析［Ｊ］．噪声与振动控制，２００８（５）：１６０—１６２． ［１２］ Ｈｉｔｏｓｈｉ Ｋｓｎｄａ，等（日）．东海道新干线降低环境噪声技术 与发展前景［Ｊ］．国外铁道车辆，２０１２，４９（４）：２９—３４． ［２］ 杨新文，和振兴．铁路客运专线吸声式声屏障降噪研究 ［Ｊ］．噪声与振动控制，２００９（３）：７５—７８． ［３］ 声屏障信息门户网专家组编．声屏障技术与材料选用手 册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１１． ［１３】 钟志强，白中炎，彭晓春，等．国内外轨道交通声屏障研 究进展［Ｊ］．广东化工，２０１２，３９（８）：１１８—１２０． ［１４］ 辜小安，李耀增，刘兰华，等．我国高速铁路声屏障应用 及效果［Ｊ］．铁道运输与经济，２０１２，３４（９）：５４—５８． ［１５］ 尹皓，李耀增，辜小安．高速铁路声屏障降噪效果及其影 响因素分析［Ｊ］．中国铁路，２００９（１２）：４５—４６． ［４］ 王佐民．对道路声屏障声学设计公式的讨论［Ｊ］．噪声与 振动控制，２０１２（３）：１—６． ［５］ 苏卫青，潘晓岩，叶平．高速铁路声屏障声学计算模式研 究［Ｊ］．中国铁道科学，２０１３，３４（１）：１２６—１３０． Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’Ｓ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｎｏｉｓｅ Ｂａｒｒｉｅｒ ＹＩＮ Ｈａｏ，ＬＩＵ Ｌａｎｈｕａ，ＬＩ Ｙａｎｌｉａｎｇ，ＧＵ Ｘｉａｏａｎ （Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ＆Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｈｅａｌｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅ ｎｇ １ ０００８ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｏｕｎｄ ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’Ｓ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｎｏｉｓｅ ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｎｏｉｓｅ ｂａｒｒｉｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ； ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｓｏｕｎｄ ｂａｒｒｉｅｒ；ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ １５ｌ
