高速鐵路環(huán)境保護(hù)

項目9

高速鐵路環(huán)境保護(hù)第一頁，共四十四頁。第一節(jié)（1）了解高速鐵路環(huán)境噪聲的來源及危害。（2）熟悉高速鐵路振動環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)。（3）掌握高速鐵路噪聲、振動和電磁干擾的控制技術(shù)。項目9高速鐵路環(huán)境保護(hù)學(xué)習(xí)目標(biāo)第二頁，共四十四頁。目錄9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)9.3高速鐵路的電磁干擾及其防護(hù)措施項目9高速鐵路環(huán)境保護(hù)第三頁，共四十四頁。9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)第一節(jié)與高速鐵路行車速度有關(guān)的環(huán)境因素主要為噪聲污染，噪聲污染已經(jīng)嚴(yán)重影響了鐵路兩側(cè)居民的正常工作、學(xué)習(xí)和生活。國際上已把振動噪聲列為七大環(huán)境公害之一，高速鐵路的噪聲問題日益受到各方關(guān)注。如何降低鐵路環(huán)境噪聲對敏感點的影響，一直是環(huán)境保護(hù)工作者的重要任務(wù)之一。因此，如何減少高速鐵路噪聲污染，是當(dāng)前車輛制造和鐵路建設(shè)中的一個十分重要的課題。第四頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源聲音是由物體振動產(chǎn)生的，通過聲波傳到人們的耳朵里。聲波具有能量，能量越大，聲音越強。正常人剛能聽到最小的聲音叫作聽閾，聽閾的聲強為0dB；人耳開始感到疼痛的聲音叫作痛閾，痛閾的聲強為120dB。高速鐵路具有高速、高架、電氣化等特點，其輻射噪聲與普通鐵路有所不同，主要體現(xiàn)在噪聲源及輻射強度等方面。高速鐵路噪聲是由各種不同類型的噪聲組合而成的。按發(fā)生部位的不同，高速鐵路噪聲可分為輪軌噪聲、集電系統(tǒng)噪聲、空氣動力噪聲和建筑物二次噪聲等。9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)第五頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)所謂輪軌噪聲，就是指輪軌系統(tǒng)相互作用而使車輪與軌道部件產(chǎn)生振動所激發(fā)的噪聲。目前，對于車輪與軌道哪個是主要噪聲源有三種觀點：一是歐洲的研究認(rèn)為是車輪；二是日本的研究認(rèn)為是軌道；三是認(rèn)為軌道是輪軌噪聲的主要噪聲源，車輪輻射的噪聲次之，但車輪對總噪聲的貢獻(xiàn)也是不可忽略的。1.輪軌噪聲第六頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)按輪軌噪聲產(chǎn)生機理的不同，輪軌噪聲可分為滾動噪聲、沖擊噪聲和尖嘯聲。輪軌噪聲主要來源于以下三個方面：（1）車輪通過鋼軌軌縫、道岔及擦傷后的車輪在鋼軌上滾動時產(chǎn)生的沖擊聲。（2）車輪與鋼軌粗糙的接觸表面相互作用時產(chǎn)生的輪軌振動嘯鳴聲。（3）車輪通過小半徑曲線時輪緣擠壓外軌，以及內(nèi)側(cè)車輪踏面在鋼軌上滑動時所產(chǎn)生的摩擦噪聲。1.輪軌噪聲第七頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)在列車運行過程中，集電系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲主要有受電弓滑板與接觸線摩擦產(chǎn)生的噪聲、受電弓高速運動時產(chǎn)生的空氣動力噪聲、受電弓瞬間離線產(chǎn)生的火花和電弧放電噪聲。2.集電系統(tǒng)噪聲第一節(jié)（1）摩擦噪聲。（2）空氣動力噪聲。（3）放電噪聲。第八頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)高速列車空氣動力噪聲的產(chǎn)生機理十分復(fù)雜。列車在高速行駛過程中會與空氣發(fā)生相互作用，使得車體附近的空氣不斷受到壓縮和膨脹作用，形成復(fù)雜的流場；此外由于列車外形復(fù)雜，近壁面的氣流多是不平順的，因而在車身表面的曲率變化處會發(fā)生附著流的分離現(xiàn)象，形成復(fù)雜的渦流流動，而這些復(fù)雜的渦流將產(chǎn)生很高的脈動壓力，從而誘發(fā)較大的空氣動力噪聲。這種噪聲與列車的行駛速度、車體表面的粗糙度及車體前端是否流線化等因素有關(guān)。3.空氣動力噪聲第九頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)當(dāng)高速列車在高架結(jié)構(gòu)上運行時，會激發(fā)軌道結(jié)構(gòu)振動并將這種振動通過高架結(jié)構(gòu)各個部件(如承重梁、墩臺等)從地面向鄰近的建筑物傳遞，引起建筑物的墻壁、地板及天花板振動而產(chǎn)生的低頻噪聲，稱為二次噪聲或結(jié)構(gòu)噪聲。高架結(jié)構(gòu)噪聲的頻率比較低，主要為幾十赫茲到數(shù)百赫茲，而且高架結(jié)構(gòu)的輻射面積較大，采用聲屏障隔聲的方法控制二次噪聲幾乎沒有效果?？刂聘呒芙Y(jié)構(gòu)噪聲最有效的方法是阻止軌道振動的傳遞，即用隔振的方法降低軌道傳遞給結(jié)構(gòu)的振動，從而降低結(jié)構(gòu)的振動能量，減少結(jié)構(gòu)的噪聲輻射。4.建筑物二次噪聲第十頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)這種二次噪聲的聲源主要來源于以下兩個方面：（1）車輪與鋼軌間沖擊振動的輪軌噪聲經(jīng)由軌道傳向周圍的建筑物，產(chǎn)生第二次輻射振動。它與噪聲的傳播途徑密切相關(guān)。（2）橋梁噪聲是建筑物噪聲的主要聲源。橋梁噪聲的大小與橋梁的類型有關(guān)，板式結(jié)構(gòu)的剛橋梁噪聲最大。高速鐵路列車運行時產(chǎn)生的總噪聲級由以上幾種噪聲疊加而成。在不同的列車速度和不同的減振降噪措施下，上述各種噪聲對總噪聲級的貢獻(xiàn)呈動態(tài)變化。4.建筑物二次噪聲第十一頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)第十二頁，共四十四頁。9.1.1噪聲源9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)第十三頁，共四十四頁。9.1.2高速鐵路噪聲危害9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)噪聲對人體的影響和危害是多方面的，概括起來，強烈的噪聲可以引起耳聾，誘發(fā)各種疾病，影響人們的休息和工作，干擾語言交流和通信，掩蔽安全信息，造成生產(chǎn)事故，降低生產(chǎn)效率，影響設(shè)備的正常工作。第十四頁，共四十四頁。9.1.2高速鐵路噪聲危害9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)1.引發(fā)噪聲性耳聾第十五頁，共四十四頁。9.1.2高速鐵路噪聲危害9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)2.影響人體健康第十六頁，共四十四頁。9.1.2高速鐵路噪聲危害9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)3.影響睡眠第十七頁，共四十四頁。9.1.2高速鐵路噪聲危害9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)3.影響睡眠第十八頁，共四十四頁。9.1.2高速鐵路噪聲危害9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)4.降低工作效率第十九頁，共四十四頁。9.1.3高速鐵路噪聲環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)不同國家不同發(fā)展階段的高速鐵路，在噪聲水平控制技術(shù)上有很大的差異。尤其是鐵路噪聲所受的影響頗多，在噪聲產(chǎn)生和傳播的過程中，不同的線路結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、建筑類型和布局以及不同的動車組等均對噪聲的大小及范圍有很大影響。因此，確定噪聲的控制標(biāo)準(zhǔn)是一項比較復(fù)雜的任務(wù)。有關(guān)高速鐵路噪聲標(biāo)準(zhǔn)，目前僅日本和法國已經(jīng)制定執(zhí)行，其他國家大多仍采用既有鐵路噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)值是由各國通過調(diào)查沿線居民對噪聲的煩惱度，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析后提出的，因而其數(shù)值大小與各國國情有關(guān)。第二十頁，共四十四頁。9.1.3高速鐵路噪聲環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)日本新干線噪聲限值為列車通過時的最大聲級LA，max，其限制如下：Ⅰ類地區(qū)（住宅地區(qū)），LA，max≤70dB(A)；Ⅱ類地區(qū)（商業(yè)、工業(yè)等Ⅰ類以外地區(qū)），LA，max≤75dB(A)。法國高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)為等效聲級Lep，晝間為65dB(A)。我國鐵路噪聲標(biāo)準(zhǔn)仍執(zhí)行《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》(GB12525—1990)，鐵路邊界噪聲限值按表9-3的規(guī)定執(zhí)行。其他國家既有鐵路邊界噪聲限值為60~68dB（A）。等效聲級Lep相當(dāng)于以一個穩(wěn)定的連續(xù)噪聲來代替隨機噪聲，兩者在規(guī)定的一段時間內(nèi)具有相同的能量。第二十一頁，共四十四頁。9.1.3高速鐵路噪聲環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)第二十二頁，共四十四頁。9.1.4高速鐵路噪聲控制技術(shù)9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)控制噪聲一般可從噪聲源、傳播途徑和受聲點三個方面入手。在噪聲源方面，可通過優(yōu)化列車相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù)來降低噪聲源強；在傳播途徑方面，通過攔截噪聲的傳播，從而隔離噪聲源來保護(hù)對象。其中，從噪聲源方面入手來降低噪聲污染是較為經(jīng)濟有效的方法。第二十三頁，共四十四頁。9.1.4高速鐵路噪聲控制技術(shù)9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)（1）控制輪軌噪聲。（2）控制列車整體噪聲。（3）控制橋梁低頻噪聲和隧道噪聲。噪聲源方面的措施1.噪聲源方面的措施第二十四頁，共四十四頁。9.1.4高速鐵路噪聲控制技術(shù)9.1高速鐵路噪聲來源及控制技術(shù)（1）在線路兩側(cè)設(shè)綠化帶。（2）設(shè)置防聲屏障以限制噪聲的傳播。（3）合理布置路線。傳播途徑及受聲點方面的措施2.傳播途徑及受聲點方面的措施第二十五頁，共四十四頁。9.2.1高速鐵路振動及控制概況9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)隨著高速鐵路網(wǎng)的加密和列車運行速度的提高，列車運行所引起的振動問題越發(fā)嚴(yán)重，受到人們的廣泛關(guān)注。高速運行的列車會對軌道和基礎(chǔ)產(chǎn)生沖擊，尤其當(dāng)列車速度接近軌道及基礎(chǔ)系統(tǒng)的臨界速度時，沖擊荷載產(chǎn)生的能量來不及在軌道結(jié)構(gòu)和周圍地基中逸散，積聚在車輪和軌道接觸位置附近，使列車和地基產(chǎn)生很大的振動位移。高速移動荷載引起的振動會導(dǎo)致兩個方面的問題：一方面是高速運行列車引起的列車、軌道和地基的振動，涉及運行舒適性和安全性問題；另一方面是振動以波的形式通過土體向外傳遞，引起周圍環(huán)境的振動問題。第二十六頁，共四十四頁。9.2.1高速鐵路振動及控制概況高速列車運行所引起的結(jié)構(gòu)振動通過周圍地層向外傳播，引起周圍環(huán)境振動，并進(jìn)一步誘發(fā)附近地下結(jié)構(gòu)及鄰近建筑物的二次振動，會對建筑物特別是古舊建筑物的結(jié)構(gòu)安全造成影響。在郊區(qū)地段，新建高速鐵路往往靠近既有鐵路線路，列車運行產(chǎn)生的振動通過軌道結(jié)構(gòu)及土體向外傳播，引起附近區(qū)域內(nèi)地基土體及鄰近線路的結(jié)構(gòu)振動，勢必會對鄰近鐵路線路的結(jié)構(gòu)和列車運行產(chǎn)生影響。鐵路進(jìn)入市區(qū)后產(chǎn)生的振動作為一種環(huán)境公害，會影響建筑物的安全及精密儀器的正常使用，并直接影響人們的正常工作和生活。當(dāng)頻率為0.1~1Hz的低頻水平振動達(dá)到65dB以上時，將對人們的日常生活產(chǎn)生不同程度的影響，嚴(yán)重時甚至?xí)绊懭说纳砗托睦斫】怠?.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)第二十七頁，共四十四頁。9.2.1高速鐵路振動及控制概況環(huán)境振動按振級變化的不同分為三種，即穩(wěn)態(tài)振動（在觀測時間內(nèi)振級變化不大的環(huán)境振動）、沖擊振動（具有突出性振級變化的環(huán)境振動）和無規(guī)振動（未來任何時刻不能預(yù)先確定振級的環(huán)境振動）。高速鐵路列車運行產(chǎn)生的環(huán)境振動屬于沖擊振動。根據(jù)日本對新干線振動的實際測試結(jié)果，可知受振點的振級變化很大，距線路20m處，列車速度大于160km/h時的振級為70~95dB。9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)第二十八頁，共四十四頁。9.2.1高速鐵路振動及控制概況高速鐵路環(huán)境振動是一系列復(fù)雜因素共同作用的結(jié)果，影響環(huán)境振動強度的因素包括（1）列車運行速度的影響。（2）線路結(jié)構(gòu)形式的影響。（3）地質(zhì)條件類型的影響。（4）路基高度、軌道平整程度及軌道焊接順暢與否的影響。9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)第二十九頁，共四十四頁。9.2.2高速鐵路振動環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB10070—1988）的規(guī)定，鐵路干線兩側(cè)列車運行所引起的環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：晝間80dB、夜間80dB。這里所指的鐵路干線兩側(cè)是指距每日車流量不少于20列的鐵道外軌30m外兩側(cè)的住宅區(qū)。這項標(biāo)準(zhǔn)是基于我國既有鐵路振動影響而確定的，而未考慮高速鐵路的特點。9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)第三十頁，共四十四頁。9.2.2高速鐵路振動環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)考慮上述影響因素，參照國外（主要是日本）高速鐵路有關(guān)資料，振級VL的計算公式為VL=L0+Ld+Lg+Lt+Lb+L1+Ls式中，L0為參考條件下的振級；Ld、Lg、Lt、Lb、L1、Ls分別為距離、地質(zhì)條件、列車速度、基礎(chǔ)、高架橋、線路條件下的振級修正量。日本新干線的研究結(jié)果表明，距離軌道20m處，軟土地質(zhì)，鋼梁結(jié)構(gòu)高架橋，預(yù)制樁結(jié)構(gòu)，速度200km/h環(huán)境下，L0為97dB。9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)第三十一頁，共四十四頁。9.2.2高速鐵路振動環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)第三十二頁，共四十四頁。9.2.3高速鐵路振動控制技術(shù)按照振動傳播的三個環(huán)節(jié)（振動源、傳播途徑、受振點），高速鐵路振動控制技術(shù)可以從以下幾個方面來討論：9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)第一節(jié)1.動車組方面2.線路、橋梁方面第三十三頁，共四十四頁。9.2.3高速鐵路振動控制技術(shù)9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)（1）動車組車輛輕型化。降低車輛軸重，以減少輪軌之間垂直動力的作用。（2）采用彈性車輪。在輪箍與輪心間添加橡膠墊，以防止振動和消除輪軌間的噪聲。（3）改進(jìn)車輛的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)。如選擇柔軟的彈簧懸掛系統(tǒng)，以降低車體的浮沉自振頻率；安裝具有阻尼特性的油壓減振器，以減輕車體的橫向振動或垂直振動；采用空氣彈簧和橡膠件，以隔離和吸收高頻振動，避免產(chǎn)生二次激勵振動等。1.動車組方面第三十四頁，共四十四頁。9.2.3高速鐵路振動控制技術(shù)9.2高速鐵路振動特點及控制技術(shù)（1）采用無縫長鋼軌，修磨鋼軌使其平滑；采用低彈枕木和隔振墊板，以及浮動式板式軌道。（2）采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋，改變梁式高架橋的長度和跨度，安設(shè)動態(tài)減振器，控制振動輻射方向；盡量不采用無砟鋼結(jié)構(gòu)橋。（3）采用隔振溝，設(shè)置柱列式、全反射、連接型隔振墻，以控制振動的傳播，避免產(chǎn)生二次激勵振動。（4）采用排水固結(jié)技術(shù)，設(shè)置人工復(fù)合地基、反壓護(hù)道、基底約束齒墻等路基地基加固設(shè)施，使路基鞏固，減輕振動的頻率。2.線路、橋梁方面第三十五頁，共四十四頁。9.3.1電磁干擾特性9.3高速鐵路的電磁干擾及其防護(hù)措施高速鐵路的電磁干擾主要包括以下兩大噪聲：（1）列車在運行過程中，受電弓與接觸網(wǎng)導(dǎo)線間滑動而產(chǎn)生的無線電噪聲輻射。當(dāng)列車運行速度在100km/h以下時，由于受電弓的離線率較小，這類噪聲的脈沖部分較小，對電視畫面造成的干擾不大；隨著列車運行速度的加大，離線率上升，這種干擾變得愈發(fā)強烈。測試證明，無線電噪聲強度對電視畫面的干擾程度與接收頻率、電場強度、來波方向等條件有關(guān)。一般情況下，其干擾范圍在500m以內(nèi)。第三十六頁，共四十四頁。9.3.1電磁干擾特性9.3高速鐵路的電磁干擾及其防護(hù)措施受電弓滑動產(chǎn)生的無線電噪聲具有以下特性：①當(dāng)列車在曲線上行駛或減速時，其噪聲強度要比加速時高15~20dB。②無線電噪聲與電源頻率同步，周期性產(chǎn)生，每一周期的噪聲是一個數(shù)十微秒至數(shù)毫秒之間的脈沖群，其持續(xù)時間因列車運行情況的不同而異，對電視畫面的干擾也大不相同。③由于使用的電源頻率為60Hz，所以干擾以120Hz的頻率出現(xiàn)，周期約為8.3ms，以電視幀頻的2倍重復(fù)干擾。第三十七頁，共四十四頁。9.3.1電磁干擾特性9.3高速鐵路的電磁干擾及其防護(hù)措施（2）絕緣子放電時產(chǎn)生的無線電噪聲。懸式絕緣子鏈所附屬的金屬接觸部分，由于污損腐蝕生銹而產(chǎn)生離阻抗（R）和靜電電容（C），因而在其接觸部位形成分布電場，其充放電電流反復(fù)流經(jīng)上述RC回路，形成持續(xù)的干擾輻射，造成對電視畫面的干擾。第三十八頁，共四十四頁。9.3.1電磁干擾特性9.3高速鐵路的電磁干擾及其防護(hù)措施無線電噪聲對電視畫面產(chǎn)生的干擾包括下面四個方面的內(nèi)容：①由高層建筑物和高架橋體等引起電波反射而產(chǎn)生的重影。②由這些建筑物產(chǎn)生的屏蔽所引起的電視信號減弱。③由運行列車引起的電視圖像顫抖。④由火花放電形成的無線電脈沖噪聲。其中，脈沖噪聲的影響最大。第三十九頁，共四十四頁。9.3.2電磁干擾環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)9.3高速鐵路的電磁干