高速鐵路讓人們的出行更加快捷、安全、舒適，但如果不采取有效措施，就會(huì)給鐵路沿線(xiàn)居民帶來(lái)噪聲污染。掌握高速鐵路降噪關(guān)鍵技術(shù)，控制高速鐵路噪聲滿(mǎn)足環(huán)境要求，促進(jìn)和諧鐵路建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)高速鐵路可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

　　使用聲屏障是高速鐵路噪聲隔離的基本方法之一。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，高速鐵路聲屏障技術(shù)隨著高速鐵路的發(fā)展而不斷創(chuàng)新。隸屬于中鐵電氣化局集團(tuán)的北京鐵電通聯(lián)，正致力于尋求更好的噪聲解決方案。公司自2006年進(jìn)入聲屏障市場(chǎng)以來(lái)，已逐步成為鐵路聲屏障技術(shù)領(lǐng)域集設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、安裝于一體的專(zhuān)業(yè)公司，負(fù)責(zé)生產(chǎn)供貨及安裝的聲屏障工程已遍布全國(guó)，例如京津城際鐵路、京石客專(zhuān)、蘭新高鐵、寶蘭客專(zhuān)、京九線(xiàn)、蘭武二線(xiàn)、漢宜線(xiàn)、西格線(xiàn)、邯黃線(xiàn)、朔黃線(xiàn)和青阜線(xiàn)等及北京地鐵15號(hào)線(xiàn)、北京機(jī)場(chǎng)快軌等軌道交通聲屏障工程。

　　依托中鐵電氣化局集團(tuán)的資源支持，經(jīng)過(guò)10年的累積，北京鐵電通聯(lián)已成功研發(fā)了多種聲屏障材料及安裝構(gòu)件，擁有了多項(xiàng)國(guó)家聲屏障專(zhuān)有技術(shù)，其中尤以與鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司等聯(lián)合參加的國(guó)家“863計(jì)劃”項(xiàng)目中的子課題“減載式聲屏障研究”成果最為突出。

　　打造完全自主創(chuàng)新的聲屏障

　　由于高速鐵路橋梁斷面尺寸不斷縮小，聲屏障距線(xiàn)路中心距離縮短，脈動(dòng)風(fēng)壓進(jìn)一步加大，聲屏障單元板及安裝強(qiáng)度需要進(jìn)一步加強(qiáng)。在尺寸不變的情況下，車(chē)速提高也會(huì)引起脈動(dòng)風(fēng)壓的增加。在確保降噪效果的前提下，降低聲屏障表面壓力，提高聲屏障抗疲勞能力和安全性成為高速鐵路聲屏障設(shè)計(jì)的新要求。因此，高速鐵路聲屏障不僅要具有良好的吸隔聲性能，還要具有良好的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能。

　　2011年12月，科技部對(duì)國(guó)家“863計(jì)劃”重大項(xiàng)目課題“高速鐵路減振降噪關(guān)鍵技術(shù)”進(jìn)行了立項(xiàng)批復(fù)?！皽p載式聲屏障研究”是該課題的子課題，由鐵三院牽頭，西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)、中鐵電氣化局集團(tuán)共同參與聯(lián)合完成。北京鐵電通聯(lián)承擔(dān)了中鐵電氣化局集團(tuán)的全部研究?jī)?nèi)容，即高速鐵路減載式聲屏障試制、安裝研究。

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)建立了高速鐵路聲屏障降噪機(jī)理預(yù)測(cè)分析模型，進(jìn)行減載式聲屏障單元板結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能及聲屏障整體結(jié)構(gòu)降噪效果研究和設(shè)計(jì)。他們?cè)谳d荷特性研究的基礎(chǔ)上研究高速列車(chē)氣動(dòng)特性與聲屏障動(dòng)態(tài)特性耦合關(guān)系，從聲屏障單元板結(jié)構(gòu)形式、連接方式、氣動(dòng)特性等方面進(jìn)行減載機(jī)理研究和設(shè)計(jì)。

　　2013年7月，課題研發(fā)團(tuán)隊(duì)在天津至秦皇島鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間進(jìn)行了測(cè)試。他們明確了我國(guó)高速鐵路現(xiàn)有聲屏障對(duì)不同聲源類(lèi)型、分布和頻譜的噪聲源的屏蔽特性，不同列車(chē)類(lèi)型、速度對(duì)聲屏障降噪特性的影響，屏障結(jié)構(gòu)振動(dòng)及復(fù)合噪聲對(duì)聲屏障總體降噪特性的影響；明確了列車(chē)高速行駛通過(guò)聲屏障時(shí)聲屏障表面脈動(dòng)氣壓的分布和傳遞規(guī)律、聲屏障H型鋼立柱加強(qiáng)肋頂部位置的應(yīng)力分布規(guī)律及聲屏障單元板以及H型鋼立柱頂部位置的最大位移量。他們對(duì)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證，為減載式聲屏障的研發(fā)提供依據(jù)。

　　自2012年以來(lái)，北京鐵電通聯(lián)就著手研究減載式聲屏障產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案的實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次試驗(yàn)后，成功完成了聲屏障產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)工藝技術(shù)改造。2013年2月初，他們制作完成第一批樣件送試驗(yàn)室檢測(cè)；2013年4月，研制出兩種中空錯(cuò)口結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品送試驗(yàn)室檢測(cè)。在理論研究及模型分析的基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)試制5個(gè)批次數(shù)十個(gè)不同結(jié)構(gòu)不同材料減載式聲屏障樣件，進(jìn)行降噪特性、減載特性測(cè)試。

　　2013年8月，鐵三院提出“倒V”形設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的樣件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改、測(cè)試、分析調(diào)整后，最終選定使用測(cè)試數(shù)據(jù)效果好、工藝適應(yīng)性?xún)?yōu)、外觀(guān)線(xiàn)條流暢的“倒V”形式設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過(guò)數(shù)次調(diào)整，北京鐵電通聯(lián)專(zhuān)題組首先確定了減載式聲屏障單元體規(guī)格，并對(duì)各種吸聲材料分別組合，進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比、優(yōu)化選擇，最終確定了3種材料組合的最佳方案。

　　經(jīng)過(guò)全體成員的不懈努力，2014年3月，北京鐵電通聯(lián)首次試制生產(chǎn)出了減載率20%的1960×150×160mm型減載式聲屏障單元體試件。

　　同年3月，減載式聲屏障產(chǎn)品通過(guò)相關(guān)檢驗(yàn)部門(mén)的常規(guī)檢驗(yàn)及疲勞檢驗(yàn)。6月，中國(guó)鐵路總公司科技管理部在北京召開(kāi)了高速鐵路減振降噪技術(shù)試驗(yàn)評(píng)審會(huì)，對(duì)“高速鐵路減振降噪關(guān)鍵技術(shù)依托大西客專(zhuān)綜合試驗(yàn)測(cè)試方案”進(jìn)行了審查。鐵路總公司印發(fā)《高速鐵路減振降噪技術(shù)試驗(yàn)評(píng)審意見(jiàn)》，同意減載式聲屏障在大西客專(zhuān)綜合試驗(yàn)段開(kāi)展上道試驗(yàn)工作。7月，大西客專(zhuān)公司將減載式聲屏障納入高速綜合試驗(yàn)變更設(shè)計(jì)中。2015年1月，鐵路總公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)帶隊(duì)對(duì)大西客專(zhuān)綜合試驗(yàn)段高速試驗(yàn)準(zhǔn)備情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查。同年4月，鐵路總公司對(duì)大西客專(zhuān)原平西至太原段高速綜合試驗(yàn)大綱的部分內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，將減載式聲屏障的測(cè)試內(nèi)容納入了測(cè)試大綱中。隨后減載式聲屏障在大西客專(zhuān)綜合試驗(yàn)段進(jìn)行了高速綜合試驗(yàn)，完成了現(xiàn)場(chǎng)安裝，共計(jì)上線(xiàn)檢測(cè)產(chǎn)品5個(gè)試驗(yàn)段1871.04延米，其中包括了路基段和橋梁段。

　　2015年6月至10月，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在大西高鐵減載式聲屏障路段進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，當(dāng)列車(chē)時(shí)速提高到300公里至360公里時(shí)，減載式聲屏障插入損失大于普通直立式聲屏障1.7至3.2dB(A)。以H型鋼立柱根部應(yīng)變計(jì)算得到的3個(gè)測(cè)試段的減載率分別為：橋梁段CRH380A最低32.62%，CRH380AM最低33.45%，路基段CRH380A最低30.61%，CRH380AM最低30.44%。

　　減載式聲屏障的工作原理

　　減載式聲屏障在國(guó)際上屬于創(chuàng)新技術(shù)，無(wú)論是方案設(shè)計(jì)還是制造工藝均是首創(chuàng)技術(shù)。目前減載式聲屏障申請(qǐng)實(shí)用新型專(zhuān)利2項(xiàng)（專(zhuān)利號(hào)分別是：ZL201320476156.8、ZL201520105159.X）。

　　其減載原理基于阻性消聲原理，采用鋁合金穿孔板作為外殼，內(nèi)填吸聲材料實(shí)現(xiàn)吸聲性能；利用片式結(jié)構(gòu)間的空腔泄壓，達(dá)到減載目的。

　　減載式聲屏障樣件送檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果為：降噪系數(shù)0.96（標(biāo)準(zhǔn)值0.70），抗彎曲斷裂荷載7.0kPa，載荷時(shí)聲屏障未見(jiàn)斷裂（標(biāo)準(zhǔn)值3.5kPa），抗沖擊性能、防腐蝕性能、防火性能、抗疲勞性能等各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足《鐵路聲屏障聲學(xué)構(gòu)件技術(shù)要求及測(cè)試方法》規(guī)定要求；抗彎曲性能滿(mǎn)足《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》中有關(guān)規(guī)定；計(jì)權(quán)隔聲量NRC=21，滿(mǎn)足《聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量規(guī)范》要求。

　　減載式聲屏障的五大特色

　　減載式聲屏障主要有五大特點(diǎn)。其一，降噪的同時(shí)減載。減載式聲屏障減載率高，在控制高速鐵路噪聲的同時(shí)可緩解現(xiàn)有高速鐵路聲屏障受力狀況，進(jìn)而降低聲屏障對(duì)橋梁的荷載，降低橋梁成本，延長(zhǎng)橋梁使用壽命，可廣泛應(yīng)用于高速鐵路降噪設(shè)計(jì)，在沿海臺(tái)風(fēng)影響地區(qū)、高風(fēng)速地區(qū)和既有高速鐵路提速降噪應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。其二，外觀(guān)新穎。減載式聲屏障依據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理的外形設(shè)計(jì)，使空氣通過(guò)聲屏障的流量最大化的同時(shí)聲能通過(guò)聲屏障的量最小化。其三，安裝方法簡(jiǎn)單，便于推廣應(yīng)用。減載式聲屏障安裝形式為插板式，與現(xiàn)有的高速鐵路聲屏障基礎(chǔ)安裝方式、施工方式完全一致，可做到與現(xiàn)有聲屏障互換。施工時(shí)無(wú)需新增施工工藝及機(jī)械，成熟快捷。其四，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，性?xún)r(jià)比高。減載式聲屏障用材與高鐵金屬聲屏障板材相比綜合成本降低約10%。其五，單元體重量輕，外形規(guī)則，便于運(yùn)輸。一個(gè)成年人可輕松拿起一個(gè)單元體，提高了施工安裝的安全性。

　　減載式聲屏障與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的聲屏障產(chǎn)品聲學(xué)技術(shù)參數(shù)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，但兩者研制的出發(fā)點(diǎn)不同?，F(xiàn)有的聲屏障側(cè)重于降噪效果及自然風(fēng)壓下受力的研究，很少考慮列車(chē)脈動(dòng)風(fēng)壓對(duì)聲屏障結(jié)構(gòu)和耐久性的影響。減載式聲屏障著眼于降噪和安全，通過(guò)特殊外形及開(kāi)孔等微觀(guān)設(shè)計(jì)，能降低脈動(dòng)風(fēng)壓20%至30%。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行時(shí)速超過(guò)250公里時(shí)，氣動(dòng)噪聲取代傳統(tǒng)噪聲源，輪軌滾動(dòng)噪聲成為主要噪聲源。隨著列車(chē)運(yùn)行速度越來(lái)越快，現(xiàn)行聲屏障很難長(zhǎng)期承受300公里時(shí)速及以上列車(chē)通過(guò)時(shí)的脈動(dòng)風(fēng)壓，根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，其脈動(dòng)風(fēng)壓對(duì)聲屏障的破壞作用，已經(jīng)構(gòu)成列車(chē)運(yùn)行安全隱患。為確保安全，消除隱患，研發(fā)能夠承受脈動(dòng)風(fēng)壓的減載式聲屏障勢(shì)在必行。

　　百年之前，鐵路之于中國(guó)，仍是國(guó)家現(xiàn)代化、工業(yè)化夢(mèng)想之中可望而不可及的“奢侈品”；百年后，中國(guó)鐵路終于站在了世界鐵路的前沿，為國(guó)家加速現(xiàn)代化、中華民族實(shí)現(xiàn)偉大復(fù)興提供著強(qiáng)大動(dòng)力。隨著國(guó)家“走出去”和“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，中國(guó)鐵路將為全世界做出更大的貢獻(xiàn)。