我國目前對于近 軌 吸 聲 矮 墻 的 研 究 還 非 常 少 ，該 技術還尚未在我國 進 行 推 廣，而 國 外 的 吸 聲 矮 墻 制 造 商尚未透露設計該 產(chǎn) 品 的 相 關 流 程 和 具 體 參 考 標 準 。 本文將參考國外已 知 的 近 軌 吸 聲 矮 墻 的 各 項 參 數(shù) ，根 據(jù)我國的相關鐵路 法 規(guī) 和 標 準 來 進 行 設 計 ，為 國 內(nèi) 今 后在實際工程中研發(fā)具有我國知識產(chǎn)權的近軌吸 聲矮墻提供參考 。
1 城市軌道交通噪聲的分析
吸聲型聲屏障相比全反射聲屏障都有較為明顯的降
噪 效 果 ， 且 相 對 于 理 論 計 算 公 式 來 說 ， 得 到 的 結 果 為 某 一 點 的 計 算 值 ， 而 統(tǒng) 計 能 量 分 析 法 所 得 到 的 結 果 則 是 某 一 空 間 范 圍 內(nèi) 聲 壓 級 的 平 均 值 ， 兩 者 略 有 不 同 ， 但 吸 聲 型 聲 屏 障 降 噪 規(guī) 律 基 本 接 近 。 總 體 來 說 ， 吸 聲 材 料 對 聲 屏 障 降 噪 效 果 有 一 定 的 影 響 ， 聲 壓 級
差 值 結 果 比 全 反 射 聲 屏 障 大 ９ ～ １０ｄＢ 。
４ 結 論
本 文 利 用 理 論 計 算 公 式 和 統(tǒng) 計 能 量 分 析 兩 種 方
· １ １ ６ ·
法 ， 評 價 了 不 同 吸 聲 型 聲 屏 障 的 降 噪 效 果 ， 得 到 如 下 結論 ：
（ １ ） 在 吸 聲 型 聲 屏 障 降 噪 措 施 中 ， 吸 聲 材 料 的
加 入 對 聲 屏 障 的 降 噪 效 果 均 有 一 定 的 影 響 ， 相 互 之
間 的 差 值 在 ５ ～ ６ｄＢ 左 右 。
（ ２ ） 在 ２５０ｋｍ ／ ｈ 行 車 速 度 下 ， 提 高 低 頻 段 吸 聲
系 數(shù) 能 夠 顯 著 地 提 高 降 噪 量 ， 阻 抗 復 合 板 、 微 穿 孔 板 相 比 超 細 玻 璃 棉 而 言 低 頻 吸 聲 性 能 更 好 ， 故 降 噪 效 果比超細玻璃棉要好 。
（ ３ ） 采 用 統(tǒng) 計 能 量 分 析 法 進 行 降 噪 預 測 ， 其 誤 差 不 超 過 ２ｄＢ 。 可 將 此 模 型 作 為 吸 聲 型 聲 屏 障 的
軌道交通由固定的軌道和運動于軌道上的輸送系 統(tǒng)組成，按照不同的噪聲產(chǎn)生部位，通常將軌道噪聲做 如下劃分 。
( 1 ) 輪軌噪聲 。 由于鋼軌與車輪之間的相互作用， 造成車輪和軌道振動產(chǎn)生的噪 聲，又 分 為 滾 動 噪 聲 、 沖 擊噪聲以及曲線高頻噪聲，主要以中低頻成分為主 。 ( 2 ) 牽引 動 力 噪 聲 。 主 要 來 自 牽 引 電 動 機 、 壓 縮 機 、 發(fā)動機 、 齒輪箱等 動 力 設 備 的 運 轉 產(chǎn) 生 的 噪 聲，同 時包括架空接觸網(wǎng)與集電弓之間產(chǎn)生的摩擦噪聲 。 ( 3 ) 制動 噪 聲 。 列 車 制 動 時，閘 瓦 與 制 動 盤 之 間 的摩擦振動激發(fā)制 動 閘 瓦 片 、 閘 托 架 以 及 制 動 盤 等 產(chǎn) 生振動輻射而產(chǎn)生 的 噪 聲，同 時 制 動 懸 掛 連 件 之 間 的 間隙在運行中互相撞擊也會產(chǎn)生噪聲 。
( 4 ) 氣動 噪 聲 。 車 輛 運 行 時，氣 流 黏 滯 性 在 車 輛 表面引起附面層壓力的變化，激發(fā)表面振動，產(chǎn)生氣流 旋渦和摩擦沖擊而形成的高頻噪聲 。
( 5 ) 軌道 結 構 噪 聲 。 車 輛 通 過 高 架 、 地 下 隧 道 或 者線路上部建筑物 時，由 于 輪 軌 表 面 相 互 作 用 產(chǎn) 生 振 動，并通過 軌 道 、 橋 梁 、 地 基 等 傳 遞 能 量，從 而 導 致 橋 梁 、 地下結構 、 附近建筑物的振動而產(chǎn)生的低頻噪聲 。
研究表 明，我 國 城 市 軌 道 交 通 速 度 通 常 在 60 ～ 80 km / h ，此 時 噪 聲 的 主 要 來 源 是 輪 軌 噪 聲，噪 聲 源 位 于列車下 部 的 輪 軌 接 觸 面 附 近 。 經(jīng) 過 大 量 研 究 和 測 試，得 到 我 國 城 市 軌 道 交 通 噪 聲 的 頻 譜 特 性，見 圖 1 。 噪聲主要 峰 值 分 布 在 1 000 Hz 以 下，而 目 前 我 國 城 軌 線路中占比多的為高架線路，其噪聲峰值位于 500 ～ 800 Hz 之間 ［ 5 ］ 。
圖 1 我國城市軌道噪聲地面線與高架線的頻率特性
2 近軌吸聲矮墻的設計依據(jù)及材料選擇 2. 1 近軌吸聲矮墻降噪原理
當噪聲源發(fā)出的 聲 波 遇 到 障 礙 物 時，將 沿 著 3 條
路徑傳播 。
( 1 ) 繞 射 :噪 聲 越 過 障 礙 物 頂 部 繞 射 到 達 受 聲 點 ， 直達聲與繞射聲之間的聲級之差 ，稱之為繞射聲衰減，
［ 6 ］
致劃分為 兩 類 。 一 是 主 動 降 噪，即 降 低 輪 軌 振 動，
路建設運營的成本 。
段 。 而后，歐 、 美 、 日 、 韓 各 國 也 對 于 近 軌 吸 聲 矮 墻
聲矮墻的降噪量可以達到 5 ～ 12 dB ( A ) 。
用 Δ L d 表示，其大小隨著繞射角 θ 的增大而增加 。
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第 10 期 朱萬旭，高逸豪，周紅梅，等 — 城市軌道交通近軌吸聲矮墻的設計研究
2 1
由于吸聲矮墻的 長 度 比 高 度 大 得 多，兩 端 的 繞 射 可被忽略，此時只考慮頂端繞射 。 如圖 2 所示，圖中 陰 影部分被 稱 作 聲 影 區(qū)，此 處 為 繞 射 聲 級 較 低 的 區(qū) 域 。 由圖 2 可以看出，聲影區(qū)的面積 、 繞射角 θ 的大小 與 障 礙物的高度成正比，與障礙物距離聲源的距離成反比 。 因此，通過在近聲源 處 通 過 吸 聲 矮 墻 來 降 低 頂 部 繞 射 聲的大小是可行的 。
圖 2 聲波繞射路徑
( 2 ) 透射:噪聲透過障 礙 物 播 到 受 聲 點，透 射 聲 會 對吸聲矮墻的降噪能力造成不利的影響 。 當隔聲量大 于繞射聲損失 10 dB 時，透 射 聲 對 衰 減 量 的 影 響 小 于 0. 5 dB ，可忽略不計 ［ 7 ］ 。 因此，在設計過程 中 要 保 證 矮 墻的隔聲量大于其預期噪聲衰減量 15 ～ 20 dB 。 ( 3 ) 反射:噪聲遇 到 障 礙 物 時 發(fā) 生 反 射，當 受 聲 點 一側同樣存在平行的障礙物時，聲 波 將 多 次 反 射，并 繞 過障礙物頂部到達受聲點 。 由于吸聲矮墻靠近軌道，噪 聲不可以避免地會在矮墻與車身之間多次反射 。 因此， 在設計矮墻時需要保證其材料具有良好的吸聲性能 。 2. 2 吸聲矮墻的材料
目前使用較為廣 泛 的 吸 聲 材 料 中，微 穿 孔 板 吸 聲 頻帶較窄，橡膠有機類材料易燃，礦棉類無機纖維材料 難施工，鋁纖維金 屬 板 造 價 較 高 。 以 工 業(yè) 廢 渣 為 主 要 原料制作的 陶 粒 混 凝 土，造 價 低 廉 、 質(zhì) 輕 、 耐 腐 蝕 、 耐 火，其內(nèi)部特征呈細密蜂窩微孔狀，是適合在城市軌道 交通中大力推廣的綠色吸聲材料 。
在前期研究中，廣 西 科 技 大 學 李 建 立 等 人 用 陶 粒 作為骨料，普通硅酸鹽水泥作為粘結劑，加以聚丙烯纖 維 、 外加劑制成陶粒混凝土，以該陶粒混凝土為原材料
制成的軌 道 吸 音 板 經(jīng) 國 家 建 筑 質(zhì) 量 監(jiān) 督 檢 驗 中 心 檢
［ 8-12 ］
聲系數(shù)檢測結果見圖 3 。
圖 3 自研陶?；炷粮黝l率吸聲系數(shù)
對比圖 1 和圖 3 ，初步認 為，該 陶 粒 混 凝 土 的 吸 聲 系數(shù)頻率分布與我國城軌噪聲頻率分布有大量重疊部 分，且其吸聲系數(shù) 大 值 剛 好 位 于 我 國 城 軌 噪 聲 峰 值 頻段區(qū)域，采用該陶?；炷翞樵牧希O計近軌吸聲 矮墻是可行的，該材料的相關參數(shù)見表 1 、 表 2 。
表 1 陶?；炷廉a(chǎn)品的配合比
陶粒 / % 水泥 / % 聚丙烯纖維 / % 外加劑 / % 水灰比
45 ～ 65 25 ～ 35 0. 1 ～ 0. 4 0. 6 ～ 1. 2 0. 15 ～ 0. 25
表 2 陶粒混凝土產(chǎn)品的相關參數(shù)
3
900 ～ 1 100 8. 2 2. 8 1. 00×10 4
3 近軌吸聲矮墻的設計
3. 1 國外吸聲矮墻的相關設計
瑞士聯(lián)邦鐵路局在鐵路聯(lián)盟會議上對于歐洲
［ 13 ］
的軌道吸聲矮墻通常高出軌面 0. 5 ～ 0. 85 m ，安裝 在 距 軌道中心線水平位置 1. 7 ～ 1. 8 m ，見表 3 。
表 3 國外吸聲矮墻設計參數(shù)
高度 / m 位置 / m 形式 表面材料 降噪量 / dB ( A ) 瑞典 0. 73 1. 78 直立式 燧石玻璃 5 ～ 11 挪威 0. 73 1. 70 直立式 巖棉 7 ～ 11 捷克 0. 73 1. 73 拋物線形 橡膠顆粒 ＜14 芬蘭 0. 85 1. 80 直立式 多孔鋁板 12 德國 0. 5 ～ 0. 78 1. 73 直立式石籠 火山巖 ＞5 注:高度均為吸聲矮墻頂部高于軌面 的 高 度，位 置 為 吸 聲 矮 墻 內(nèi) 側
表面距離軌道中心線水平距離 。
3. 2 近軌吸聲矮墻的高度設計
軌道吸聲矮墻 的 高 度 設 計 原 則 是 : 需 要 在 大 化 減少對于兩側視線 的 遮 擋 的 前 提 下，盡 可 能 地 提 高 其 降噪性能 。 吸聲矮墻的 設 計 高 度 h 由 兩 部 分 組 成，見 式( 1 ) 。
h = h ' + h ″ ( 1 )
' ″
高度， mm 。
以我國目前城市軌道交通中使用多的城市地鐵 為設計基準，目前我國地鐵 的 車 輛 按 車 型 分 為 A 、 B 、 C 三類，其相關尺寸參數(shù)見表 4 。
表 4 我國地鐵各類車型的相關技術規(guī)格
項目 車輛長度 / m 車輛寬度 / m 地板距軌面高 / m 輪徑 / mm A 型車 22. 10 3. 00 1. 13 840 B 型車 19. 00 2. 80 1. 10 840 C 型車 18. 90 2. 60 1. 14 840
由于軌道吸聲矮墻需安放在靠近列車車身的位 置，為了應對列車運行中可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況 ，比如需
密度 / ( kg / m ) 抗壓強度 / MPa 抗折強度 / MPa 彈性模量 / MPa
不同種類的軌道吸聲矮墻進行 了 介 紹 和 總 結 : 歐 洲
式中， h 為吸聲 矮 墻 的 有 效 高 度， mm ; h 為 鋼 軌 的
測，吸聲性能等級達到 了 I 級 ，該 材 料 的 混 響 室 吸
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2 2
鐵 道 標 準 設 計 第 62 卷
要進行停車和乘客 疏 散，如 果 此 時 軌 道 邊 矮 墻 的 高 度 過高，將會成為車內(nèi)人員逃生的障礙，這也是傳統(tǒng)聲屏 障的一大弊端，因此 矮 墻 的 設 計 高 度 不 應 超 過 列 車 地 板高度，即 1. 10 m 。 而為了 保 證 對 于 輪 軌 噪 聲 的 屏 蔽
結合上節(jié)結論，即 軌 邊 矮 墻 有 效 高 度 范 圍 在 高 出 軌面 0. 84 ～ 1. 10 m ，并 且 考 慮 矮 墻 安 裝 位 置 需 與 設 備 限界保持 100 mm 的 安 全 距 離，用 內(nèi) 插 法 得 到 近 軌 吸 聲矮墻安裝位置 x 的表達式如下 。
能力，吸聲矮墻的高度應該盡可能地遮擋住車輪 ，因此
'
根據(jù)我國 《 地 鐵 設 計 規(guī) 范 》 ( GB50157 — 2013 ) 及 《 城市軌道 交 通 設 計 規(guī) 范 》 ( DGJ08 — 109 — 2004 ) 中 關
'
1 551 100 ， 840 ≤ h ＜ 990
x= ? '
?? 1 567 + h － 990 + 100 ， 990 ≤ h ' ≤ 1 100
? 25
( 2 )
于鋼軌的規(guī)定，我國城市軌道大多采 用 60 kg / m 鋼 軌，
″ ［ 14-15 ］
3. 3 近軌吸聲矮墻的位置設計
為了確保列車在 軌 道 線 路 上 運 行 的 安 全 ，防 止 列 車在運行過程中與 近 軌 吸 聲 矮 墻 發(fā) 生 碰 撞 ，在 設 計 吸 聲矮墻時需要考慮 我 國 相 關 限 界 標 準，在 保 證 安 全 的 前提下盡可能使矮墻靠近軌道，從而提高其降噪能力 。 從表 4 中 可 以 得 到， A 型 車 為 我 國 目 前 城 軌 交 通 中 寬的地鐵車型，因此以 A 型 車 的 限 界 參 數(shù) 作 為 設 計 基 準，根據(jù)我國 《 地 鐵 設 計 規(guī) 范 》 ( GB50157 — 2013 ) 附 錄 A 中得 到 A 型 車 隧 道 外 直 線 區(qū) 間 的 車 輛 輪 廓 線 、 車 輛 限界 、 設備限界，見圖 4 。
式中， x 為吸聲矮 墻 距 離 軌 道 中 心 線 的 距 離， mm ;
'
3. 4 近軌吸聲矮墻的聲學厚度設計
吸聲矮墻的厚度 決 定 了 其 隔 聲 性 能，故 合 理 地 確 定其厚度，可以有效 降 低 透 射 聲 對 于 矮 墻 降 噪 性 能 的 影響 。 利用質(zhì)量定律 中 的 隔 聲 量 計 算 經(jīng) 驗 公 式，對 于 單層均質(zhì)材料而言，其隔聲量為
TL = 14. 5lg ( Mf ) － 26 ( 3 ) 式中， TL 為材料的隔聲量， dB ( A ) ; M 為 材 料 的 面
2
前文已經(jīng)提到，在設計吸聲矮墻時，為了忽略隔聲 量對于降噪性能的影響，需要使吸聲矮墻的隔聲量 TL 超過 其 繞 射 聲 Δ L d = 10 dB ( A ) ，因 此 推 導 出 吸 聲 矮 墻
滿足隔聲量要求的厚度
Δ L d + 36
M 10 14. 5
d= ≥
3
墻的繞射損失， dB ( A ) 。
［ 16 ］
，理論上 的 屏 障 類 降 噪 產(chǎn) 品 可
圖 4 A 型車車輛輪廓 、 車輛限界和設備限界
( 隧道外直線區(qū)間)
圖 4 中一共有 三 層 限 界，由 內(nèi) 而 外 依 次 是 車 輛 輪 廓線 、 車輛限界和設備限界，本文以設備限界作為矮墻 安裝 位 置 的 控 制 線，圖 4 中 設 備 限 界 上 三 個 節(jié) 點 7″ 、 8″ 、 9″ ，其各自的限界坐標值見表 5 。
表 5 設備限界坐標值( 高架或地面直線段)
點號 x / mm y / mm
7″ 1 592 1 656
8″ 1 567 990
9″ 1 551 384
注: X 坐標軸的 0 點為軌道中心線， Y 坐標軸的 0 點為軌道頂面 。
以達到的噪聲衰減很難超過 20 dB ( A ) ，當忽略隔 聲 量 的影響時，此 時 的 噪 聲 衰 減 量 即 為 其 繞 射 聲 損 失，即 Δ L d = 20 dB ( A ) 。 根 據(jù) 式 ( 3 ) 可 以 推 出 材 料 的 隔 聲 量
隨噪聲的頻率成正 比，因 此 只 需 要 保 證 較 低 頻 的 隔 聲 量滿足設計要求，目 前 我 國 對 于 聲 屏 障 構 件 隔 聲 量 測 量的頻率小值為 100 Hz 。
3
100 Hz ，將 其 代 入 ( 4 ) 式，求 得 吸 聲 矮 墻 的 小 聲 學 厚度
d ≥ 0. 072 m
3. 5 近軌吸聲矮墻的初步設計方案
( 1 ) 參考 表 3 中 國 外 吸 聲 矮 墻 的 設 計 經(jīng) 驗，直 立 式吸聲矮墻構造較 為 簡 單，適 合 作 為 初 期 設 計 研 究 吸 聲矮墻外觀的選方案 。
( 2 ) 根據(jù)式( 1 ) ，取 h ' = 0. 84 m ，即矮墻高度為: h =
0. 84 + 0. 176 = 1. 016 m = 1 016 mm 。
( 3 ) 又將 h ' = 0. 84 m 代入式( 2 ) ，得到矮墻 的 安 裝
位置: x = 1 663 mm 。
吸聲矮墻的有效高度 h 好高出軌面 0. 84 ～ 1. 10 m 。
? + h － 384 + '
?? 37 ． 88
其鋼軌高度 h 為 176 mm 。
h 為吸聲矮墻的有效高度， mm 。
密度， kg / m ; f 為噪聲頻率， Hz 。
ρ f ρ ( 4 )
式中， ρ 為材 料 的 體 積 密 度， kg / m ; Δ L d 為 吸 聲 矮
研究 和 實 測 表 明
綜上所述，取 Δ L d = 20 dB ( A ) ， ρ = 1 000 kg / m ， f =
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第 10 期 朱萬旭，高逸豪，周紅梅，等 — 城市軌道交通近軌吸聲矮墻的設計研究
2 3
( 4 ) 參考上述關于矮墻聲學厚度的小要求，考慮
［ 14 ］
中關于道床高度的規(guī)定，選取道床高度為 1 m ;
到經(jīng)濟和運輸成本，取吸聲矮墻總厚度為 140 mm ;安裝 方式參考目前較為普遍的非金屬聲屏障，使用兩側 金屬 H 型鋼固定，將吸聲矮墻設計為直立插板式，每塊 單元板長度取 1 960 mm ，寬度取 508 mm ，見圖 5 ，并參考
［ 17 ］
圖 5 近軌吸聲矮墻單元板平面尺寸( 單位: mm )
4 近軌吸聲矮墻降噪效果的初步預測 4. 1 近軌吸聲矮墻的總降噪量
近軌吸聲矮墻的降噪量用插入 損 失 IL 來 表 示，其 定義是保持噪聲源 、 地形 、 環(huán)境和背景噪聲一定的情況 下，安裝近軌吸聲矮墻前后受保護點的聲壓級之差 ，其 表達式如下
IL = Δ L d － Δ L t － Δ L r － ( Δ L s ， Δ L G ) max ( 5 ) 式中， Δ L d 為吸聲矮墻 的 繞 射 聲 損 失， dB ( A ) ; Δ L t 為吸聲矮墻的透射聲損失， dB ( A ) ; Δ L r 為 吸 聲 矮 墻 的 反射聲損失， dB ( A ) ; Δ L s 為 地 面 障 礙 物 衰 減， dB ( A ) ; Δ L G 為地面吸收衰減， dB ( A ) 。
吸聲型聲屏障相比全反射聲屏障都有較為明顯的降
噪 效 果 ， 且 相 對 于 理 論 計 算 公 式 來 說 ， 得 到 的 結 果 為 某 一 點 的 計 算 值 ， 而 統(tǒng) 計 能 量 分 析 法 所 得 到 的 結 果 則 是 某 一 空 間 范 圍 內(nèi) 聲 壓 級 的 平 均 值 ， 兩 者 略 有 不 同 ， 但 吸 聲 型 聲 屏 障 降 噪 規(guī) 律 基 本 接 近 。 總 體 來 說 ， 吸 聲 材 料 對 聲 屏 障 降 噪 效 果 有 一 定 的 影 響 ， 聲 壓 級
差 值 結 果 比 全 反 射 聲 屏 障 大 ９ ～ １０ｄＢ 。
４ 結 論
本 文 利 用 理 論 計 算 公 式 和 統(tǒng) 計 能 量 分 析 兩 種 方
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法 ， 評 價 了 不 同 吸 聲 型 聲 屏 障 的 降 噪 效 果 ， 得 到 如 下 結論 ：
（ １ ） 在 吸 聲 型 聲 屏 障 降 噪 措 施 中 ， 吸 聲 材 料 的
加 入 對 聲 屏 障 的 降 噪 效 果 均 有 一 定 的 影 響 ， 相 互 之
間 的 差 值 在 ５ ～ ６ｄＢ 左 右 。
（ ２ ） 在 ２５０ｋｍ ／ ｈ 行 車 速 度 下 ， 提 高 低 頻 段 吸 聲
系 數(shù) 能 夠 顯 著 地 提 高 降 噪 量 ， 阻 抗 復 合 板 、 微 穿 孔 板 相 比 超 細 玻 璃 棉 而 言 低 頻 吸 聲 性 能 更 好 ， 故 降 噪 效 果比超細玻璃棉要好 。
（ ３ ） 采 用 統(tǒng) 計 能 量 分 析 法 進 行 降 噪 預 測 ， 其 誤 差 不 超 過 ２ｄＢ 。 可 將 此 模 型 作 為 吸 聲 型 聲 屏 障 的
結合陶粒混凝土 吸 聲 矮 墻 的 設 計 和 材 料 特 性 ，公 式( 5 ) 中，當 Δ L t 大于繞 射 聲 衰 減 10 dB ( A ) 時 可 以 忽 略， Δ L r 在材料 降 噪 系 數(shù) NＲC ＞ 0. 5 時，可 以 忽 略， Δ L s 與 Δ L G 在設立吸聲矮墻后 同 樣 可 以 忽 略 其 影 響，因 此
可以 大 致 認 為 吸 聲 矮 墻 的 插 入 損 失 為 其 繞 射 聲 損 失，即
IL ≈ Δ L d ( 6 ) 4. 2 軌道交通噪聲繞射衰減
將輪軌噪聲視作 無 限 長 不 相 干 線 聲 源，吸 聲 矮 墻
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