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大音希聲 莫若靜之
發布時間:2016-08-10 15:35:41| 瀏覽次數:

                                        ——自主創新的減載式聲屏障研發過程回眸

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,就會給鐵路沿線居民帶來噪聲污染。掌握高速鐵路降噪關鍵技術,控制高速鐵路噪聲滿足環境要求,促進和諧鐵路建設,是實現高速鐵路可持續發展的關鍵。

620-22日,中國中鐵電氣化局集團北京鐵電通聯環??萍加邢薰荊虺票本┨繽┮浴案咚傯吩肷餼齜槳浮踉厥繳琳稀敝魈?/span>,亮相在北京舉辦的第十三屆中國國際現代化鐵路技術裝備展覽會,受到了觀展領導和各方來賓的關注,好評如潮。

一顆冉冉升起的新星

聲屏障是高速鐵路噪聲隔離最基本的方法之一,自上世紀60年代以來,高速鐵路聲屏障技術隨著高速鐵路的發展而不斷創新。隸屬于中鐵電氣化局集團的北京鐵電通聯環??萍加邢薰荊ㄒ韻錄虺票本┨繽?,正致力于此尋求更好的噪聲解決方案。公司自2006年進入聲屏障市場以來,已逐步成為鐵路聲屏障技術領域國內領先,集設計、研發、生產、安裝于一體的的專業公司,其負責生產供貨及安裝的聲屏障工程已遍布全國20多個省市,例如:京津城際、京石高鐵、蘭新高鐵、寶蘭客專、寧杭線、京九線、蘭武二線、漢宜線、西格線、新荷兗日、西安北環線、邯黃線、西寶線、朔黃線和青阜線等鐵路及北京地鐵15號線、北京機場線、寧天城際等軌道交通聲屏障工程。

依托中鐵電氣化局集團的資源支持,經過十年來的累積,北京鐵電通聯已成功研發了多種聲屏障材料及安裝構件,通過了國家ISO9001、14001OHSAS18001三體系認證,擁有了多項聲屏障專業的專利技術。而其中尤以與鐵三院等聯合參加的國家863計劃”項目中的子課題“減載式聲屏障”研究成果效果卓越。

打造完全自主創新的聲屏障

由于高速鐵路橋梁斷面尺寸不斷縮小,聲屏障距線路中心距離減小,脈動風壓進一步加大,聲屏障單元板及安裝強度需要進一步加強,在尺寸不變的情況下如車速提高也會引起脈動風壓的增加,因而研制新型減載式聲屏障,在確保降噪效果的前提下,降低聲屏障表面壓力,提高聲屏障抗疲勞和安全性成為高速鐵路聲屏障設計的新要求,因此高速鐵路聲屏障不僅要具有良好的吸隔聲性能,同時也要具有良好的結構動力學性能。

時間進入到20111221日,科技部以“國科發高【2011653號”對國家863計劃重大項目課題“高速鐵路減振降噪關鍵技術”進行了立項批復。減載式聲屏障研究是該課題的子課題,由鐵道第三勘察設計院集團有限公司牽頭,西南交通大學、北京交通大學、中鐵電氣化局共同參與聯合完成。北京鐵電通聯承擔了中鐵電氣化局的全部研究內容,即子課題4高速鐵路減載式聲屏障試制、安裝研究。

研發團隊建立了高速鐵路聲屏障降噪機理預測分析模型,進行減載式聲屏障單元板結構聲學性能及聲屏障整體結構降噪效果研究和設計。在載荷特性研究的基礎上研究高速列車氣動特性與聲屏障動態特性耦合關系,從聲屏障單元板結構形式、連接方式、氣動特性等方面進行減載機理研究和設計。

 20137月,863項目課題研發團隊搭載天津至秦皇島鐵路客運專線聯調聯試進行了測試:明確了我國高速鐵路現有聲屏障對不同聲源類型、分布和頻譜的噪聲源的屏蔽特性,不同列車類型、速度對聲屏障降噪特性的影響以及屏障結構振動及復合噪聲對聲屏障總體降噪特性的影響;明確了列車高速行駛通過聲屏障時聲屏障表面脈動氣壓的分布和傳遞規律、聲屏障H型鋼立柱加強肋頂部位置的應力分布規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。對仿真模型進行驗證,為減載式聲屏障的研發提供依據。

2012年,863項目課題研發團隊北京鐵電通聯成員就著手研究減載式聲屏障產品結構方案的實現、產品結構工藝設計。經過無數次反復試驗后,成功完成了聲屏障產品生產線工藝技術改造。20132月初,制作完成第一批樣件送試驗室檢測;20134月,研制出兩種中空錯口結構形式產品送試驗室檢測。在理論研究及模型分析的基礎上,研發團隊試制5個批次數十個不同結構不同材料減載式聲屏障樣件,進行降噪特性、減載特性測試。20138月,863科研項目組鐵三院成員提出“倒V”形設計方案。項目組經過多次反復的樣件結構設計修改、測試、分析調整后,最終選定使用“倒V”形式設計方案。經過數次調整,北京鐵電通聯專題組首先確定了減載式聲屏障單元體規格:1960×150×160mm,并對各種吸聲材料分別組合,進行試驗對比、優化選擇,最終確定了三種材料組合的最佳方案。

經過全體同志的不懈努力,20143月北京鐵電通聯首次試制生產出了國內首創的減載率20%1960×150×160mm型減載式聲屏障單元體試件。

同年3月,減載式聲屏障產品通過鐵道部產品質量監督檢驗中心安全衛生檢驗站的常規檢驗及疲勞檢驗。4月,減載式聲屏障取得實用新型專利證書(專利號:ZL 2013 2 0476156.8)。6月,中國鐵路總公司科技管理部在北京召開了高速鐵路減振降噪技術試驗評審會,對高速鐵路減振降噪關鍵技術依托大西客專綜合試驗測試方案進行了審查。鐵路總公司以科技協函〔2014111號文印發《高速鐵路減振降噪技術試驗評審意見》,同意減載式聲屏障在大西客專綜合試驗段開展上道試驗工作。7月,大西客專公司以大西鐵工管函〔2014542號文,將減載式聲屏障納入高速綜合試驗變更設計中。20151月,盧春房副總經理、何華武總工程師帶隊對大西高速鐵路綜合試驗段高速試驗準備情況進行了現場檢查。20154月,中國鐵路總公司以鐵總科技函〔2015345號文對大西客專原平西至太原段高速綜合試驗大綱的部分內容進行了調整,將減載式聲屏障的測試內容納入了測試大綱中。隨后減載式聲屏障在大西客專綜合試驗段進行了高速綜合實驗,完成了現場安裝。共計上線檢測產品5個試驗段,1871.04延米,其中包括了路基段和橋梁段。

20156-10月,研發團隊在大同至西安高速鐵路減載式聲屏障路段進行的現場測試表明,當車速提高300km/h~360km/h時載式聲屏障插入損失大于普通直立式聲屏障 1.7~3.2dB(A)。以H鋼立柱根部應變計算得到的三個測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

減載式聲屏障在國際上屬于創新技術,無論是方案設計還是制造工藝均是首創技術。目前減載式聲屏障申請實用新型專利2項、發明2項,其中2項實用新型專利已獲授權,1項發明已授權。

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,內填吸聲材料實現吸聲性能;利用片式結構間的空腔泄壓,實現減載目的。

 

                                 

減載式聲屏障工作原理圖

減載式聲屏障樣件送鐵道部產品質量監督檢驗中心檢測,其檢測結果為:降噪系數0.96(標準值0.70),抗彎曲斷裂荷載7.0kPa載荷時聲屏障未見斷裂(標準值3.5kPa)、抗沖擊性能、防腐蝕性、防火性能、抗疲勞性能各項指標均滿足《鐵路聲屏障聲學構件技術要求及測試方法》(TB/T 3122-2010)規定要求;抗彎曲性能滿足《建筑隔墻用輕質條板》(JG/T 169-2005)中有關規定;計權隔聲量NRC=21,能夠滿足《聲屏障聲學設計和測量規范》(HJT90-2004)。

減載式聲屏障的五大特色

減載式聲屏障主要有五大特點:其一,降噪的同時減載。減載式聲屏障減載率高,在控制高速鐵路噪聲的同時可緩解現有高速鐵路聲屏障受力狀況,進而降低聲屏障對橋梁的荷載,降低橋梁成本,延長橋梁使用壽命??曬惴河τ糜詬咚傯方翟肷杓?,在沿海臺風影響地區、高風速地區和既有高速鐵路提速降噪應用具有明顯優勢;其二,外觀新穎。依據空氣動力學原理的外形設計,使空氣通過聲屏障的流量最大化的同時聲能通過聲屏障的量最小化;其三,安裝方法簡單,便于推廣應用。減載式聲屏障安裝形式為插板式,與現有的高速鐵路聲屏障基礎安裝方式、施工方式完全一致,可做到與現有聲屏障互換。施工時無需新增施工工藝及機械,成熟快捷;其四,經濟實用,性價比高。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,外形規則,便于運輸,一個成年人可輕松拿起一個單元體,增加了施工安裝的安全性。

減載式聲屏障與國內現有的聲屏障產品聲學技術參數并無本質區別,但兩者研制的出發點不同,現有的聲屏障側重于降噪效果及自然風壓下受力的研究,很少考慮列車脈動風壓對聲屏障結構和耐久性的影響。減載式聲屏障著眼于降噪和安全,通過特殊外形及開孔等微觀設計,能降低脈動風壓20%~30%。當列車運行速度超過250km/h時,氣動噪聲取代傳統噪聲源輪軌滾動噪聲成為主要噪聲源。而隨著列車運行速度越來越快,現行聲屏障很難長期承受300km/h速度及以上列車通過時的脈動風壓,根據國內外經驗,其脈動風壓對聲屏障的破壞作用,已經構成列車運行安全隱患。為確保安全,消除隱患,能夠承受脈動風壓的減載式聲屏障勢在必行。

百年之前,鐵路之于中國,仍是國家現代化、工業化夢想之中可望不可求的奢侈品”;百年后,中國鐵路終于站在了世界鐵路的前沿,為國家加速現代化、中華民族實現偉大復興提供著強大動力。我們期冀高鐵為媒風作馬,隨著“走出去”戰略和“一帶一路”戰略的實施,中國鐵路將為全世界做出更大的貢獻。

 

 


 


 

 
 
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