高速铁路环境保护

项目9高速铁路环境保护第一节（1）了解高速铁路环境噪声的来源及危害。（2）熟悉高速铁路振动环境评价标准。（3）掌握高速铁路噪声、振动和电磁干扰的控制技术。项目9高速铁路环境保护学习目标目录9.1高速铁路噪声来源及控制技术9.2高速铁路振动特点及控制技术9.3高速铁路的电磁干扰及其防护措施项目9高速铁路环境保护9.1高速铁路噪声来源及控制技术第一节与高速铁路行车速度有关的环境因素主要为噪声污染，噪声污染已经严重影响了铁路两侧居民的正常工作、学习和生活。国际上已把振动噪声列为七大环境公害之一，高速铁路的噪声问题日益受到各方关注。如何降低铁路环境噪声对敏感点的影响，一直是环境保护工作者的重要任务之一。因此，如何减少高速铁路噪声污染，是当前车辆制造和铁路建设中的一个十分重要的课题。9.1.1噪声源声音是由物体振动产生的，通过声波传到人们的耳朵里。声波具有能量，能量越大，声音越强。正常人刚能听到最小的声音叫作听阈，听阈的声强为0dB；人耳开始感到疼痛的声音叫作痛阈，痛阈的声强为120dB。高速铁路具有高速、高架、电气化等特点，其辐射噪声与普通铁路有所不同，主要体现在噪声源及辐射强度等方面。高速铁路噪声是由各种不同类型的噪声组合而成的。按发生部位的不同，高速铁路噪声可分为轮轨噪声、集电系统噪声、空气动力噪声和建筑物二次噪声等。9.1高速铁路噪声来源及控制技术9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术所谓轮轨噪声，就是指轮轨系统相互作用而使车轮与轨道部件产生振动所激发的噪声。目前，对于车轮与轨道哪个是主要噪声源有三种观点：一是欧洲的研究认为是车轮；二是日本的研究认为是轨道；三是认为轨道是轮轨噪声的主要噪声源，车轮辐射的噪声次之，但车轮对总噪声的贡献也是不可忽略的。1.轮轨噪声9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术按轮轨噪声产生机理的不同，轮轨噪声可分为滚动噪声、冲击噪声和尖啸声。轮轨噪声主要来源于以下三个方面：（1）车轮通过钢轨轨缝、道岔及擦伤后的车轮在钢轨上滚动时产生的冲击声。（2）车轮与钢轨粗糙的接触表面相互作用时产生的轮轨振动啸鸣声。（3）车轮通过小半径曲线时轮缘挤压外轨，以及内侧车轮踏面在钢轨上滑动时所产生的摩擦噪声。1.轮轨噪声9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术在列车运行过程中，集电系统产生的噪声主要有受电弓滑板与接触线摩擦产生的噪声、受电弓高速运动时产生的空气动力噪声、受电弓瞬间离线产生的火花和电弧放电噪声。2.集电系统噪声第一节（1）摩擦噪声。（2）空气动力噪声。（3）放电噪声。9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术高速列车空气动力噪声的产生机理十分复杂。列车在高速行驶过程中会与空气发生相互作用，使得车体附近的空气不断受到压缩和膨胀作用，形成复杂的流场；此外由于列车外形复杂，近壁面的气流多是不平顺的，因而在车身表面的曲率变化处会发生附着流的分离现象，形成复杂的涡流流动，而这些复杂的涡流将产生很高的脉动压力，从而诱发较大的空气动力噪声。这种噪声与列车的行驶速度、车体表面的粗糙度及车体前端是否流线化等因素有关。3.空气动力噪声9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术当高速列车在高架结构上运行时，会激发轨道结构振动并将这种振动通过高架结构各个部件(如承重梁、墩台等)从地面向邻近的建筑物传递，引起建筑物的墙壁、地板及天花板振动而产生的低频噪声，称为二次噪声或结构噪声。高架结构噪声的频率比较低，主要为几十赫兹到数百赫兹，而且高架结构的辐射面积较大，采用声屏障隔声的方法控制二次噪声几乎没有效果。控制高架结构噪声最有效的方法是阻止轨道振动的传递，即用隔振的方法降低轨道传递给结构的振动，从而降低结构的振动能量，减少结构的噪声辐射。4.建筑物二次噪声9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术这种二次噪声的声源主要来源于以下两个方面：（1）车轮与钢轨间冲击振动的轮轨噪声经由轨道传向周围的建筑物，产生第二次辐射振动。它与噪声的传播途径密切相关。（2）桥梁噪声是建筑物噪声的主要声源。桥梁噪声的大小与桥梁的类型有关，板式结构的刚桥梁噪声最大。高速铁路列车运行时产生的总噪声级由以上几种噪声叠加而成。在不同的列车速度和不同的减振降噪措施下，上述各种噪声对总噪声级的贡献呈动态变化。4.建筑物二次噪声9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术9.1.1噪声源9.1高速铁路噪声来源及控制技术9.1.2高速铁路噪声危害9.1高速铁路噪声来源及控制技术噪声对人体的影响和危害是多方面的，概括起来，强烈的噪声可以引起耳聋，诱发各种疾病，影响人们的休息和工作，干扰语言交流和通信，掩蔽安全信息，造成生产事故，降低生产效率，影响设备的正常工作。9.1.2高速铁路噪声危害9.1高速铁路噪声来源及控制技术1.引发噪声性耳聋9.1.2高速铁路噪声危害9.1高速铁路噪声来源及控制技术2.影响人体健康9.1.2高速铁路噪声危害9.1高速铁路噪声来源及控制技术3.影响睡眠9.1.2高速铁路噪声危害9.1高速铁路噪声来源及控制技术3.影响睡眠9.1.2高速铁路噪声危害9.1高速铁路噪声来源及控制技术4.降低工作效率9.1.3高速铁路噪声环境评价标准9.1高速铁路噪声来源及控制技术不同国家不同发展阶段的高速铁路，在噪声水平控制技术上有很大的差异。尤其是铁路噪声所受的影响颇多，在噪声产生和传播的过程中，不同的线路结构、桥梁结构、建筑类型和布局以及不同的动车组等均对噪声的大小及范围有很大影响。因此，确定噪声的控制标准是一项比较复杂的任务。有关高速铁路噪声标准，目前仅日本和法国已经制定执行，其他国家大多仍采用既有铁路噪声控制标准。标准值是由各国通过调查沿线居民对噪声的烦恼度，进行数理统计分析后提出的，因而其数值大小与各国国情有关。9.1.3高速铁路噪声环境评价标准9.1高速铁路噪声来源及控制技术日本新干线噪声限值为列车通过时的最大声级LA，max，其限制如下：Ⅰ类地区（住宅地区），LA，max≤70dB(A)；Ⅱ类地区（商业、工业等Ⅰ类以外地区），LA，max≤75dB(A)。法国高速铁路标准为等效声级Lep，昼间为65dB(A)。我国铁路噪声标准仍执行《铁路边界噪声限值及其测量方法》(GB12525—1990)，铁路边界噪声限值按表9-3的规定执行。其他国家既有铁路边界噪声限值为60~68dB（A）。等效声级Lep相当于以一个稳定的连续噪声来代替随机噪声，两者在规定的一段时间内具有相同的能量。9.1.3高速铁路噪声环境评价标准9.1高速铁路噪声来源及控制技术9.1.4高速铁路噪声控制技术9.1高速铁路噪声来源及控制技术控制噪声一般可从噪声源、传播途径和受声点三个方面入手。在噪声源方面，可通过优化列车相关结构及参数来降低噪声源强；在传播途径方面，通过拦截噪声的传播，从而隔离噪声源来保护对象。其中，从噪声源方面入手来降低噪声污染是较为经济有效的方法。9.1.4高速铁路噪声控制技术9.1高速铁路噪声来源及控制技术（1）控制轮轨噪声。（2）控制列车整体噪声。（3）控制桥梁低频噪声和隧道噪声。噪声源方面的措施1.噪声源方面的措施9.1.4高速铁路噪声控制技术9.1高速铁路噪声来源及控制技术（1）在线路两侧设绿化带。（2）设置防声屏障以限制噪声的传播。（3）合理布置路线。传播途径及受声点方面的措施2.传播途径及受声点方面的措施9.2.1高速铁路振动及控制概况9.2高速铁路振动特点及控制技术随着高速铁路网的加密和列车运行速度的提高，列车运行所引起的振动问题越发严重，受到人们的广泛关注。高速运行的列车会对轨道和基础产生冲击，尤其当列车速度接近轨道及基础系统的临界速度时，冲击荷载产生的能量来不及在轨道结构和周围地基中逸散，积聚在车轮和轨道接触位置附近，使列车和地基产生很大的振动位移。高速移动荷载引起的振动会导致两个方面的问题：一方面是高速运行列车引起的列车、轨道和地基的振动，涉及运行舒适性和安全性问题；另一方面是振动以波的形式通过土体向外传递，引起周围环境的振动问题。9.2.1高速铁路振动及控制概况高速列车运行所引起的结构振动通过周围地层向外传播，引起周围环境振动，并进一步诱发附近地下结构及邻近建筑物的二次振动，会对建筑物特别是古旧建筑物的结构安全造成影响。在郊区地段，新建高速铁路往往靠近既有铁路线路，列车运行产生的振动通过轨道结构及土体向外传播，引起附近区域内地基土体及邻近线路的结构振动，势必会对邻近铁路线路的结构和列车运行产生影响。铁路进入市区后产生的振动作为一种环境公害，会影响建筑物的安全及精密仪器的正常使用，并直接影响人们的正常工作和生活。当频率为0.1~1Hz的低频水平振动达到65dB以上时，将对人们的日常生活产生不同程度的影响，严重时甚至会影响人的生理和心理健康。9.2高速铁路振动特点及控制技术9.2.1高速铁路振动及控制概况环境振动按振级变化的不同分为三种，即稳态振动（在观测时间内振级变化不大的环境振动）、冲击振动（具有突出性振级变化的环境振动）和无规振动（未来任何时刻不能预先确定振级的环境振动）。高速铁路列车运行产生的环境振动属于冲击振动。根据日本对新干线振动的实际测试结果，可知受振点的振级变化很大，距线路20m处，列车速度大于160km/h时的振级为70~95dB。9.2高速铁路振动特点及控制技术9.2.1高速铁路振动及控制概况高速铁路环境振动是一系列复杂因素共同作用的结果，影响环境振动强度的因素包括（1）列车运行速度的影响。（2）线路结构形式的影响。（3）地质条件类型的影响。（4）路基高度、轨道平整程度及轨道焊接顺畅与否的影响。9.2高速铁路振动特点及控制技术9.2.2高速铁路振动环境评价标准《城市区域环境振动标准》（GB10070—1988）的规定，铁路干线两侧列车运行所引起的环境振动标准规定为：昼间80dB、夜间80dB。这里所指的铁路干线两侧是指距每日车流量不少于20列的铁道外轨30m外两侧的住宅区。这项标准是基于我国既有铁路振动影响而确定的，而未考虑高速铁路的特点。9.2高速铁路振动特点及控制技术9.2.2高速铁路振动环境评价标准考虑上述影响因素，参照国外（主要是日本）高速铁路有关资料，振级VL的计算公式为VL=L0+Ld+Lg+Lt+Lb+L1+Ls式中，L0为参考条件下的振级；Ld、Lg、Lt、Lb、L1、Ls分别为距离、地质条件、列车速度、基础、高架桥、线路条件下的振级修正量。日本新干线的研究结果表明，距离轨道20m处，软土地质，钢梁结构高架桥，预制桩结构，速度200km/h环境下，L0为97dB。9.2高速铁路振动特点及控制技术9.2.2高速铁路振动环境评价标准9.2高速铁路振动特点及控制技术9.2.3高速铁路振动控制技术按照振动传播的三个环节（振动源、传播途径、受振点），高速铁路振动控制技术可以从以下几个方面来讨论：9.2高速铁路振动特点及控制技术第一节1.动车组方面2.线路、桥梁方面9.2.3高速铁路振动控制技术9.2高速铁路振动特点及控制技术（1）动车组车辆轻型化。降低车辆轴重，以减少轮轨之间垂直动力的作用。（2）采用弹性车轮。在轮箍与轮心间添加橡胶垫，以防止振动和消除轮轨间的噪声。（3）改进车辆的转向架结构。如选择柔软的弹簧悬挂系统，以降低车体的浮沉自振频率；安装具有阻尼特性的油压减振器，以减轻车体的横向振动或垂直振动；采用空气弹簧和橡胶件，以隔离和吸收高频振动，避免产生二次激励振动等。1.动车组方面9.2.3高速铁路振动控制技术9.2高速铁路振动特点及控制技术（1）采用无缝长钢轨，修磨钢轨使其平滑；采用低弹枕木和隔振垫板，以及浮动式板式轨道。（2）采用预应力混凝土桥，改变梁式高架桥的长度和跨度，安设动态减振器，控制振动辐射方向；尽量不采用无砟钢结构桥。（3）采用隔振沟，设置柱列式、全反射、连接型隔振墙，以控制振动的传播，避免产生二次激励振动。（4）采用排水固结技术，设置人工复合地基、反压护道、基底约束齿墙等路基地基加固设施，使路基巩固，减轻振动的