京滬高速鐵路噪聲源控制技術(shù)的應(yīng)用及其降噪效果

辜小安

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

京滬高鐵是世界上一次建成線路最長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)最高的高速鐵路，是我國(guó)集中展示經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平和綜合國(guó)力的一項(xiàng)重大工程，也是我國(guó)重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域一項(xiàng)最重大的世紀(jì)性、歷史性宏偉工程。

自1990年開(kāi)始，鐵道部在啟動(dòng)工程預(yù)可行性研究階段，便同步啟動(dòng)京滬高速鐵路噪聲振動(dòng)控制技術(shù)的研究工作，至2006年工程立項(xiàng)開(kāi)工建設(shè)前，鐵道部共立項(xiàng)開(kāi)展了13項(xiàng)有關(guān)高速鐵路環(huán)境噪聲振動(dòng)建議標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境噪聲振動(dòng)源強(qiáng)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、噪聲振動(dòng)控制技術(shù)等內(nèi)容的科研課題，上述研究成果直接應(yīng)用于京滬高速鐵路工程的設(shè)計(jì)和施工中。

京滬高速鐵路工程噪聲源控制技術(shù)主要包括高速動(dòng)車組噪聲源控制技術(shù)、工程結(jié)構(gòu)物噪聲源控制技術(shù)。本文在分項(xiàng)給出各項(xiàng)噪聲源控制技術(shù)的應(yīng)用效果基礎(chǔ)上，結(jié)合京滬高速鐵路工程竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，給出了京滬高速鐵路環(huán)境噪聲影響狀況，為今后我國(guó)高速鐵路噪聲源控制技術(shù)提供借鑒。

1 高速動(dòng)車組噪聲源控制技術(shù)及其降噪效果［1］

京滬高速鐵路工程噪聲源控制技術(shù)主要包括優(yōu)化設(shè)計(jì)了流線型動(dòng)車組頭型、車體平滑化和輕量化，以降低高速列車運(yùn)行時(shí)的空氣性動(dòng)力噪聲;對(duì)受電弓導(dǎo)流罩、空調(diào)機(jī)組導(dǎo)流罩進(jìn)行了改進(jìn)，使得集電系統(tǒng)區(qū)域噪聲得到較大改善;研發(fā)了高氣密性車體和車內(nèi)隔聲、吸聲材料的應(yīng)用，降低了車內(nèi)噪聲水平。

1.1 頭車流線型設(shè)計(jì)

京滬高速鐵路采用新一代“和諧號(hào)”CRH380型高速動(dòng)車組。CRH380A動(dòng)車組采用低阻力流線頭型，增加了長(zhǎng)細(xì)比，車頭造型比普通動(dòng)車組的車頭長(zhǎng)2.6 m，調(diào)整截面積變化率，頭部造型平順化，車體斷面形狀加大側(cè)頂圓角半徑，使頭車氣動(dòng)阻力降低 15.4%，氣動(dòng)噪聲降低了 7%。CRH380BL動(dòng)車組頭車司機(jī)室外部蒙皮流線型結(jié)構(gòu)與頭車客室形成統(tǒng)一的整體結(jié)構(gòu)，車頭兩側(cè)向上、向后延伸的“凹槽”貫穿全車，減小了運(yùn)行空氣阻力約10%。

1.2 轉(zhuǎn)向架優(yōu)化設(shè)計(jì)

高速動(dòng)車組優(yōu)化了轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)參數(shù)。CRH380型動(dòng)車組采用無(wú)搖枕轉(zhuǎn)向架，增加了抗側(cè)滾扭桿及抗蛇行減震器，加強(qiáng)了二系懸掛空氣彈簧柔度，相對(duì)于優(yōu)化前的轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)，車頭轉(zhuǎn)向架位置區(qū)域產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲降低了2.1 dB。

1.3 受電弓罩優(yōu)化設(shè)計(jì)

CRH380B動(dòng)車組使用DSA350型高速受電弓，主動(dòng)控制低氣流擾動(dòng)雙弓受流技術(shù)，在受電弓兩側(cè)設(shè)擋板，在受電弓導(dǎo)流罩、空調(diào)機(jī)組導(dǎo)流罩等方面加以了改進(jìn)，導(dǎo)流罩呈箱體形結(jié)構(gòu)，其外表面呈流線型，導(dǎo)流罩前后兩端的迎風(fēng)面大致呈橢球面，受電弓在升弓狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲較改進(jìn)前受電弓產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲減小了2.4 dB。

1.4 車內(nèi)噪聲控制技術(shù)

動(dòng)車組車內(nèi)噪聲控制采取了隔聲、吸聲、阻尼等措施，在不同部位采用了不同的地板隔聲阻尼結(jié)構(gòu)。目前在350 km/h運(yùn)行時(shí)，CRH380型車內(nèi)噪聲已低于70 dB(A)。

2 工程結(jié)構(gòu)物噪聲源控制技術(shù)及其降噪效果［2］

京滬高速鐵路線路采用了±1 mm軌距允許偏差、＜2 mm軌道高低和軌向偏允許偏差的軌道鋪設(shè)控制精度、跨區(qū)間無(wú)縫鋼軌、CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)和彈性扣件，以及運(yùn)營(yíng)中鋼軌的打磨養(yǎng)護(hù)，實(shí)現(xiàn)了軌道的高平順性;橋梁采用大體量混凝土箱梁和墩身;路基、橋涵和隧道結(jié)構(gòu)物過(guò)渡段采取了剛度過(guò)渡措施;增大隧道凈空有效面積，隧道進(jìn)、出口洞門(mén)根據(jù)隧道長(zhǎng)度采取了不同形式的緩沖結(jié)構(gòu)，以降低隧道洞口周圍環(huán)境的微氣壓波影響。

2.1 高平順性軌道設(shè)計(jì)

京滬高速鐵路采用CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道在鋼軌與軌道板間的扣件系統(tǒng)設(shè)置橡膠墊板，路基區(qū)段在路基基床表層直接澆注30 cm厚的支承層;橋梁區(qū)段軌道板通過(guò)砂漿充填層與底座板粘接在一起，底座板通過(guò)“兩布一膜”與梁面分開(kāi)。有效降低了鋼軌振動(dòng)傳遞到路基面和橋梁面的振動(dòng)，振動(dòng)功率衰減達(dá)99.7%以上。

同時(shí)京滬高速鐵路在運(yùn)營(yíng)中采用鋼軌打磨措施，以降低鋼軌和車輪表面的粗糙度。京滬高速鐵路鋼軌頂打磨后，動(dòng)車組脫軌系數(shù)、輪重減載率、橫向平穩(wěn)性、垂向平穩(wěn)性等動(dòng)力學(xué)相應(yīng)指標(biāo)均有不同程度的減小，動(dòng)車組運(yùn)行穩(wěn)定性得到改善。鋼軌打磨后可降低噪聲3～6 dB(A)。

2.2 采用大體量橋梁結(jié)構(gòu)

京滬高速鐵路采用以32 m簡(jiǎn)支箱梁為主型梁的常用跨度簡(jiǎn)支梁，具有足夠的橫向、豎向剛度和良好的動(dòng)力性能;橋梁墩臺(tái)采用流線型圓端實(shí)體橋墩、雙線單圓柱形橋墩、空心墩、矩形雙柱墩等型式，橋梁基礎(chǔ)根據(jù)沿線地質(zhì)條件采用樁基礎(chǔ)、明挖基礎(chǔ)和挖井基礎(chǔ)。京滬高速鐵路橋梁橫向振動(dòng)均以墩梁一體的橫向振動(dòng)為主，橋墩的橫向振幅小于0.1 mm。避免了橋梁二次結(jié)構(gòu)噪聲影響。

2.3 增大隧道凈空有效面積

京滬高速鐵路采用有效凈空不小于100 m2的隧道斷面，相對(duì)于日本新干線早期近70 m2的隧道斷面，其微氣壓波對(duì)隧道周圍環(huán)境的噪聲影響可減小約1.5 dB。沿線隧道設(shè)置緩沖洞口結(jié)構(gòu)后，對(duì)微氣壓波的減緩作用約為10% ～40%。

3 京滬高速鐵路環(huán)境噪聲影響狀況［3］

根據(jù)《新建北京至上海高速鐵路工程竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收調(diào)查報(bào)告》對(duì)京滬高速鐵路全線設(shè)置的350個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，630個(gè)噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，京滬高速鐵路試運(yùn)營(yíng)階段各區(qū)段車流量為63～81對(duì)/日時(shí)，設(shè)置聲屏障路段的環(huán)境噪聲影響狀況見(jiàn)表1。

表1 試運(yùn)營(yíng)階段設(shè)置聲屏障路段環(huán)境噪聲達(dá)標(biāo)距離(d/m)

4 結(jié)論

京滬高速鐵路工程在對(duì)高速動(dòng)車組、工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)施工中采取了多種噪聲源控制技術(shù)后，取得了良好的應(yīng)用效果。京滬高速鐵路工程竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，京滬高速鐵路試運(yùn)營(yíng)階段，在平均車流量及運(yùn)行速度為300 km/h且設(shè)置聲屏障條件下，鐵路邊界噪聲和位于4類區(qū)的敏感點(diǎn)噪聲影響均可達(dá)到《鐵路邊界噪聲限值》(GB12525—90)和《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)中4類標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］牛瑞．時(shí)速486．1km CRH380A再次挑戰(zhàn)全球新世紀(jì)高速列車［J］．世界軌道交通，2011(1):40 －45．

［2］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院．京滬高速鐵路綜合試驗(yàn)研究［R］．2011．

［3］環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院．新建北京至上海高速鐵路工程竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收調(diào)查報(bào)告［R］．2011．