本发明公开了一种高速铁路声屏障插入损失计算方法,根据高速铁路声源组成特性、频谱特性及传播特性而提出,克服现有的声屏障插入损失计算中存在的缺陷,应用于高速铁路声屏障的声学设计,以计算高速铁路声屏障的理论降噪效果。其技术步骤包括确定保护目标与线路的位置关系(S1)、确定拟设置声屏障高度及距线路水平距离(S2)、确定下部声源的等效位置(S3)、计算声屏障对下部等效声源的声程差(S4)、计算声屏障对下部等效声源的插入损失(S5)、采用修正模式计算声屏障的总体插入损失(S6)。
1.一种高速铁路声屏障插入损失计算方法,其特征在于:技术步骤包括确定保护目标与线路的位置关系(S1)、确定拟设置声屏障高度及距线路水平距离(S2)、确定下部声源的等效位置(S3)、计算声屏障对下部等效声源的声程差(S4)、计算声屏障对下部等效声源的插入损失(S5)、采用修正模式计算声屏障的总体插入损失(S6);下部声源的等效位置(S3)确定为轨面以上0.6m;计算声屏障对下部等效声源的插入损失(S5)应用模式为: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:R_下为声屏障对下部等效声源的插入损失,f为声波等效频率,取1250Hz,δ为声程差,c为声速,取340m/s;计算声屏障的总体插入损失(S6),将下部声源通过声屏障绕射后传递到受声点的声能量与上部声源直达受声点的声能量相叠加后,得出措施后的噪声级,再与措施前的噪声级相减,即得出双声源模式的总的声屏障插入损失计算值;具体采用模式为: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="599"/> 式中:R_总为高速铁路声屏障总体插入损失,R_下为声屏障对下部等效声源的插入损失。技术领域
本发明涉及铁路声屏障工程设计,特别涉及高速铁路声屏障降噪效果的计算方法。
背景技术
现有铁路声屏障工程设计中,为计算不同高度声屏障的理论降噪效果,进而在此基础上确定声屏障的最佳设置高度,采用《环境影响评价技术导则(声环境)》及《声屏障声学设计和测量技术规范》中推荐的无限长声屏障预测模式。这种预测模式中涉及到的主要参数为声源的等效位置及等效频率,声源的等效位置选取在铁道轨面的位置,等效频率选取500Hz。在普速铁路设计中,采用上述预测模式的声屏障插入损失计算方法所获得的声屏障理论降噪效果与实测数据基本吻合。然而,对于时速300km以上的高速铁路,目前仍然采用上述预测模式计算声屏障插入损失。对于声源组成复杂的高速铁路,一方面声源的频率特性与普速铁路存在明显差异;另一方面,由于行车速度的大幅提高,声源组成中轮轨噪声所占的比例有所下降,弓网噪声及气动噪声所占比例有所提升,声源等效位置仍旧单一的确定在轨面的位置不再适宜。实测结果表明:按照现有方法计算取得的高速铁路声屏障插入损失与实际降噪效果差异极大,给工程设计带来较大的难度,也给已建成高速铁路的环保验收造成了困难。
发明内容
针对现有技术中铁路声屏障插入损失计算方法不适用于高速铁路的状况,本发明推出新的铁路声屏障插入损失计算方法,在大量实验研究的基础上,采用适宜高速铁路的声源等效频率和等效位置,修正声屏障降噪计算模式,以适用时速300km以上高速铁路声源特性的声屏障设计中插入损失的计算方法。本发明所涉及的高速铁路声屏障插入损失计算方法,技术步骤包括:确定保护目标与线路的位置关系S1、确定拟设置声屏障高度及距线路水平距离S2、确定下部声源的等效位置S3、计算声屏障对下部等效声源的声程差S4、计算声屏障对下部等效声源的插入损失S5、采用修正模式计算声屏障的总体插入损失值S6。S1、确定保护目标与线路的位置关系保护目标距铁路外侧线路中心线的水平距离l₁,单位m;轨面与保护目标受声点之间的高差h₁,单位m。S2、确定拟设置声屏障的高度及距线路水平距离拟设置声屏障高出轨面高度h₂,单位m;拟设置声屏障距铁路外侧线路中心线的水平距离l₂,单位m。S₃、确定下部声源的等效位置对于时速300km线路,下部等效声源位置确定为轨面以上0.6m。S₄、计算声屏障对下部等效声源的声程差声屏障对下部等效声源的声程差δ=A+B-d式中:A为声源至声屏障顶端的距离,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="457"/>B为受声点至声屏障顶端的距离,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="528"/>d为声源与受声点之间的直线距离,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="434"/>S5、计算声屏障对下部等效声源的插入损失应用模式为: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:R_下为声屏障对下部等效声源的插入损失;f为声波频率,取1250Hz;δ为声程差,单位m;c为声速,取340m/s。S6、采用修正模式计算声屏障的总体插入损失值将下部声源通过声屏障绕射后传递到受声点的声能量与上部声源直达受声点的声能量相叠加后,得出措施后的噪声级,再与措施前的噪声级相减,即得出双声源模式的声屏障总体插入损失值。具体采用模式为: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="603"/> 式中:R_总为总的声屏障插入损失,单位dB;R_下为声屏障对下部等效声源的插入损失,单位dB。本发明根据声场分布特性,充分考虑到计算方法的实用性,提出了双声源计算方法,即将高速铁路声源简化等效为上、下两部分。上部声源以弓网噪声为主,其等效位置介于轨面以上3.3~4.9m之间,超出普通直立式声屏障的声影区范围,近似认为声能量直接传播至受声点。下部声源以轮轨噪声和下部气动噪声为主,声屏障主要对该部分噪声进行治理。根据对京津城际铁路、京沪高速铁路等时速300km以上线路上设置声屏障后对不同位置的降噪效果测试数据的分析处理,提出对于时速300km以上的高速铁路,等效频率选取为1250Hz。通过对在运营线路上实测的声屏障降噪效果进行回归分析,确定采用双声源计算方法时,下部声源的等效高度宜采用轨面以上0.6m。声屏障对下部声源的插入损失R_下可通过插入损失计算模式进行计算。通过对测试数据的分析,确定下部等效声源声能量占总声能量的87.5%,上部等效声源声能量占总声能量的12.5%。将下部声源通过声屏障绕射后传递到受声点的声能量与上部声源直达受声点的声能量相叠加后,得出措施后的噪声级,再与措施前的噪声级相减,即得出采用双声源计算方法得出的插入损失计算值。本发明所涉及的高速铁路声屏障插入损失计算方法,根据高速铁路声源组成特性、频谱特性及传播特性而提出的,克服现有的声屏障插入损失计算中存在的缺陷,应用于高速铁路声屏障的声学设计,以计算声屏障的理论降噪效果。
附图说明
图1为高速铁路声屏障插入损失计算方法流程示意图。图中标记说明:S1、确定保护目标与线路的位置关系,S2、确定拟设置声屏障的高度及距线路水平距离,S₃、确定下部声源的等效位置,S₄、计算声屏障对下部等效声源的声程差,S5、计算声屏障对下部等效声源的插入损失,S6、采用修正模式计算声屏障的总体插入损失。
具体实施方式
结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。实施例、计算临近高速铁路的甲村庄拟设置声屏障的声屏障插入损失甲村庄距拟设案例:甲村庄临近某高速铁路,为1层建筑,其距线路外轨中心线最近距离为30m;高速铁路对应路段为桥梁形式,轨面高出地面8.75m,受声点为地面以上1.2m处,拟采取设置轨面以上2.05m高声屏障的噪声治理措施,声屏障距铁路外侧线路中心线的水平距离为3.45m,计算声屏障的理论降噪效果即声屏障插入损失。具体计算步骤如下:S1、确定保护目标与线路的位置关系保护目标距铁路线路中心的水平距离l₁=30m;轨面与保护目标受声点之间的高差h₁=8.75-1.2=7.55m。S2、确定拟设置声屏障的高度及距线路水平距离拟设置声屏障高出轨面高度h₂=2.05m。拟设置声屏障距铁路外侧线路中心线的水平距离l₂=3.45m。S₃、确定下部声源的等效位置对于时速300km线路,下部等效声源位置确定为轨面以上0.6m。S₄、计算声屏障对下部等效声源的声程差 A = ( h 2 - 0.6 ) 2 + l 2 2 = 3.74 m ; ]]> B = ( l 1 - l 2 ) 2 + ( h 1 + h 2 ) 2 = 28.23 m ; ]]> d = l 1 2 + ( h 1 + 0.6 ) 2 = 30.90 m ; ]]> δ=A+B-d=1.07m。S5、计算声屏障对下部等效声源的插入损失 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:f=1250Hz;δ=1.07m;c=340m/s。计算可得,R_下=10.4dB。S6、计算声屏障的总体插入损失 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 确定声屏障的总体插入损失为6.8dB,与实测降噪效果基本吻合。