我国目前对于近 轨 吸 声 矮 墙 的 研 究 还 非 常 少 ，该 技术还尚未在我国 进 行 推 广，而 国 外 的 吸 声 矮 墙 制 造 商尚未透露设计该 产 品 的 相 关 流 程 和 具 体 参 考 标 准 。 本文将参考国外已 知 的 近 轨 吸 声 矮 墙 的 各 项 参 数 ，根 据我国的相关铁路 法 规 和 标 准 来 进 行 设 计 ，为 国 内 今 后在实际工程中研发具有我国知识产权的近轨吸 声矮墙提供参考 。
1 城市轨道交通噪声的分析
吸声型声屏障相比全反射声屏障都有较为明显的降
噪 效 果 ， 且 相 对 于 理 论 计 算 公 式 来 说 ， 得 到 的 结 果 为 某 一 点 的 计 算 值 ， 而 统 计 能 量 分 析 法 所 得 到 的 结 果 则 是 某 一 空 间 范 围 内 声 压 级 的 平 均 值 ， 两 者 略 有 不 同 ， 但 吸 声 型 声 屏 障 降 噪 规 律 基 本 接 近 。 总 体 来 说 ， 吸 声 材 料 对 声 屏 障 降 噪 效 果 有 一 定 的 影 响 ， 声 压 级
差 值 结 果 比 全 反 射 声 屏 障 大 ９ ～ １０ｄＢ 。
４ 结 论
本 文 利 用 理 论 计 算 公 式 和 统 计 能 量 分 析 两 种 方
· １ １ ６ ·
法 ， 评 价 了 不 同 吸 声 型 声 屏 障 的 降 噪 效 果 ， 得 到 如 下 结论 ：
（ １ ） 在 吸 声 型 声 屏 障 降 噪 措 施 中 ， 吸 声 材 料 的
加 入 对 声 屏 障 的 降 噪 效 果 均 有 一 定 的 影 响 ， 相 互 之
间 的 差 值 在 ５ ～ ６ｄＢ 左 右 。
（ ２ ） 在 ２５０ｋｍ ／ ｈ 行 车 速 度 下 ， 提 高 低 频 段 吸 声
系 数 能 够 显 著 地 提 高 降 噪 量 ， 阻 抗 复 合 板 、 微 穿 孔 板 相 比 超 细 玻 璃 棉 而 言 低 频 吸 声 性 能 更 好 ， 故 降 噪 效 果比超细玻璃棉要好 。
（ ３ ） 采 用 统 计 能 量 分 析 法 进 行 降 噪 预 测 ， 其 误 差 不 超 过 ２ｄＢ 。 可 将 此 模 型 作 为 吸 声 型 声 屏 障 的
轨道交通由固定的轨道和运动于轨道上的输送系 统组成，按照不同的噪声产生部位，通常将轨道噪声做 如下划分 。
( 1 ) 轮轨噪声 。 由于钢轨与车轮之间的相互作用， 造成车轮和轨道振动产生的噪 声，又 分 为 滚 动 噪 声 、 冲 击噪声以及曲线高频噪声，主要以中低频成分为主 。 ( 2 ) 牵引 动 力 噪 声 。 主 要 来 自 牵 引 电 动 机 、 压 缩 机 、 发动机 、 齿轮箱等 动 力 设 备 的 运 转 产 生 的 噪 声，同 时包括架空接触网与集电弓之间产生的摩擦噪声 。 ( 3 ) 制动 噪 声 。 列 车 制 动 时，闸 瓦 与 制 动 盘 之 间 的摩擦振动激发制 动 闸 瓦 片 、 闸 托 架 以 及 制 动 盘 等 产 生振动辐射而产生 的 噪 声，同 时 制 动 悬 挂 连 件 之 间 的 间隙在运行中互相撞击也会产生噪声 。
( 4 ) 气动 噪 声 。 车 辆 运 行 时，气 流 黏 滞 性 在 车 辆 表面引起附面层压力的变化，激发表面振动，产生气流 旋涡和摩擦冲击而形成的高频噪声 。
( 5 ) 轨道 结 构 噪 声 。 车 辆 通 过 高 架 、 地 下 隧 道 或 者线路上部建筑物 时，由 于 轮 轨 表 面 相 互 作 用 产 生 振 动，并通过 轨 道 、 桥 梁 、 地 基 等 传 递 能 量，从 而 导 致 桥 梁 、 地下结构 、 附近建筑物的振动而产生的低频噪声 。
研究表 明，我 国 城 市 轨 道 交 通 速 度 通 常 在 60 ～ 80 km / h ，此 时 噪 声 的 主 要 来 源 是 轮 轨 噪 声，噪 声 源 位 于列车下 部 的 轮 轨 接 触 面 附 近 。 经 过 大 量 研 究 和 测 试，得 到 我 国 城 市 轨 道 交 通 噪 声 的 频 谱 特 性，见 图 1 。 噪声主要 峰 值 分 布 在 1 000 Hz 以 下，而 目 前 我 国 城 轨 线路中占比多的为高架线路，其噪声峰值位于 500 ～ 800 Hz 之间 ［ 5 ］ 。
图 1 我国城市轨道噪声地面线与高架线的频率特性
2 近轨吸声矮墙的设计依据及材料选择 2. 1 近轨吸声矮墙降噪原理
当噪声源发出的 声 波 遇 到 障 碍 物 时，将 沿 着 3 条
路径传播 。
( 1 ) 绕 射 :噪 声 越 过 障 碍 物 顶 部 绕 射 到 达 受 声 点 ， 直达声与绕射声之间的声级之差 ，称之为绕射声衰减，
［ 6 ］
致划分为 两 类 。 一 是 主 动 降 噪，即 降 低 轮 轨 振 动，
路建设运营的成本 。
段 。 而后，欧 、 美 、 日 、 韩 各 国 也 对 于 近 轨 吸 声 矮 墙
声矮墙的降噪量可以达到 5 ～ 12 dB ( A ) 。
用 Δ L d 表示，其大小随着绕射角 θ 的增大而增加 。
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第 10 期 朱万旭，高逸豪，周红梅，等 — 城市轨道交通近轨吸声矮墙的设计研究
2 1
由于吸声矮墙的 长 度 比 高 度 大 得 多，两 端 的 绕 射 可被忽略，此时只考虑顶端绕射 。 如图 2 所示，图中 阴 影部分被 称 作 声 影 区，此 处 为 绕 射 声 级 较 低 的 区 域 。 由图 2 可以看出，声影区的面积 、 绕射角 θ 的大小 与 障 碍物的高度成正比，与障碍物距离声源的距离成反比 。 因此，通过在近声源 处 通 过 吸 声 矮 墙 来 降 低 顶 部 绕 射 声的大小是可行的 。
图 2 声波绕射路径
( 2 ) 透射:噪声透过障 碍 物 播 到 受 声 点，透 射 声 会 对吸声矮墙的降噪能力造成不利的影响 。 当隔声量大 于绕射声损失 10 dB 时，透 射 声 对 衰 减 量 的 影 响 小 于 0. 5 dB ，可忽略不计 ［ 7 ］ 。 因此，在设计过程 中 要 保 证 矮 墙的隔声量大于其预期噪声衰减量 15 ～ 20 dB 。 ( 3 ) 反射:噪声遇 到 障 碍 物 时 发 生 反 射，当 受 声 点 一侧同样存在平行的障碍物时，声 波 将 多 次 反 射，并 绕 过障碍物顶部到达受声点 。 由于吸声矮墙靠近轨道，噪 声不可以避免地会在矮墙与车身之间多次反射 。 因此， 在设计矮墙时需要保证其材料具有良好的吸声性能 。 2. 2 吸声矮墙的材料
目前使用较为广 泛 的 吸 声 材 料 中，微 穿 孔 板 吸 声 频带较窄，橡胶有机类材料易燃，矿棉类无机纤维材料 难施工，铝纤维金 属 板 造 价 较 高 。 以 工 业 废 渣 为 主 要 原料制作的 陶 粒 混 凝 土，造 价 低 廉 、 质 轻 、 耐 腐 蚀 、 耐 火，其内部特征呈细密蜂窝微孔状，是适合在城市轨道 交通中大力推广的绿色吸声材料 。
在前期研究中，广 西 科 技 大 学 李 建 立 等 人 用 陶 粒 作为骨料，普通硅酸盐水泥作为粘结剂，加以聚丙烯纤 维 、 外加剂制成陶粒混凝土，以该陶粒混凝土为原材料
制成的轨 道 吸 音 板 经 国 家 建 筑 质 量 监 督 检 验 中 心 检
［ 8-12 ］
声系数检测结果见图 3 。
图 3 自研陶粒混凝土各频率吸声系数
对比图 1 和图 3 ，初步认 为，该 陶 粒 混 凝 土 的 吸 声 系数频率分布与我国城轨噪声频率分布有大量重叠部 分，且其吸声系数 大 值 刚 好 位 于 我 国 城 轨 噪 声 峰 值 频段区域，采用该陶粒混凝土为原材料，设计近轨吸声 矮墙是可行的，该材料的相关参数见表 1 、 表 2 。
表 1 陶粒混凝土产品的配合比
陶粒 / % 水泥 / % 聚丙烯纤维 / % 外加剂 / % 水灰比
45 ～ 65 25 ～ 35 0. 1 ～ 0. 4 0. 6 ～ 1. 2 0. 15 ～ 0. 25
表 2 陶粒混凝土产品的相关参数
3
900 ～ 1 100 8. 2 2. 8 1. 00×10 4
3 近轨吸声矮墙的设计
3. 1 国外吸声矮墙的相关设计
瑞士联邦铁路局在铁路联盟会议上对于欧洲
［ 13 ］
的轨道吸声矮墙通常高出轨面 0. 5 ～ 0. 85 m ，安装 在 距 轨道中心线水平位置 1. 7 ～ 1. 8 m ，见表 3 。
表 3 国外吸声矮墙设计参数
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 岩棉 7 ～ 11 捷克 0. 73 1. 73 抛物线形 橡胶颗粒 ＜14 芬兰 0. 85 1. 80 直立式 多孔铝板 12 德国 0. 5 ～ 0. 78 1. 73 直立式石笼 火山岩 ＞5 注:高度均为吸声矮墙顶部高于轨面 的 高 度，位 置 为 吸 声 矮 墙 内 侧
表面距离轨道中心线水平距离 。
3. 2 近轨吸声矮墙的高度设计
轨道吸声矮墙 的 高 度 设 计 原 则 是 : 需 要 在 大 化 减少对于两侧视线 的 遮 挡 的 前 提 下，尽 可 能 地 提 高 其 降噪性能 。 吸声矮墙的 设 计 高 度 h 由 两 部 分 组 成，见 式( 1 ) 。
h = h ' + h ″ ( 1 )
' ″
高度， mm 。
以我国目前城市轨道交通中使用多的城市地铁 为设计基准，目前我国地铁 的 车 辆 按 车 型 分 为 A 、 B 、 C 三类，其相关尺寸参数见表 4 。
表 4 我国地铁各类车型的相关技术规格
项目 车辆长度 / m 车辆宽度 / m 地板距轨面高 / m 轮径 / mm A 型车 22. 10 3. 00 1. 13 840 B 型车 19. 00 2. 80 1. 10 840 C 型车 18. 90 2. 60 1. 14 840
由于轨道吸声矮墙需安放在靠近列车车身的位 置，为了应对列车运行中可能出现的突发状况 ，比如需
密度 / ( kg / m ) 抗压强度 / MPa 抗折强度 / MPa 弹性模量 / MPa
不同种类的轨道吸声矮墙进行 了 介 绍 和 总 结 : 欧 洲
式中， h 为吸声 矮 墙 的 有 效 高 度， mm ; h 为 钢 轨 的
测，吸声性能等级达到 了 I 级 ，该 材 料 的 混 响 室 吸
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2 2
铁 道 标 准 设 计 第 62 卷
要进行停车和乘客 疏 散，如 果 此 时 轨 道 边 矮 墙 的 高 度 过高，将会成为车内人员逃生的障碍，这也是传统声屏 障的一大弊端，因此 矮 墙 的 设 计 高 度 不 应 超 过 列 车 地 板高度，即 1. 10 m 。 而为了 保 证 对 于 轮 轨 噪 声 的 屏 蔽
结合上节结论，即 轨 边 矮 墙 有 效 高 度 范 围 在 高 出 轨面 0. 84 ～ 1. 10 m ，并 且 考 虑 矮 墙 安 装 位 置 需 与 设 备 限界保持 100 mm 的 安 全 距 离，用 内 插 法 得 到 近 轨 吸 声矮墙安装位置 x 的表达式如下 。
能力，吸声矮墙的高度应该尽可能地遮挡住车轮 ，因此
'
根据我国 《 地 铁 设 计 规 范 》 ( GB50157 — 2013 ) 及 《 城市轨道 交 通 设 计 规 范 》 ( DGJ08 — 109 — 2004 ) 中 关
'
1 551 100 ， 840 ≤ h ＜ 990
x= '
1 567 + h － 990 + 100 ， 990 ≤ h ' ≤ 1 100
25
( 2 )
于钢轨的规定，我国城市轨道大多采 用 60 kg / m 钢 轨，
″ ［ 14-15 ］
3. 3 近轨吸声矮墙的位置设计
为了确保列车在 轨 道 线 路 上 运 行 的 安 全 ，防 止 列 车在运行过程中与 近 轨 吸 声 矮 墙 发 生 碰 撞 ，在 设 计 吸 声矮墙时需要考虑 我 国 相 关 限 界 标 准，在 保 证 安 全 的 前提下尽可能使矮墙靠近轨道，从而提高其降噪能力 。 从表 4 中 可 以 得 到， A 型 车 为 我 国 目 前 城 轨 交 通 中 宽的地铁车型，因此以 A 型 车 的 限 界 参 数 作 为 设 计 基 准，根据我国 《 地 铁 设 计 规 范 》 ( GB50157 — 2013 ) 附 录 A 中得 到 A 型 车 隧 道 外 直 线 区 间 的 车 辆 轮 廓 线 、 车 辆 限界 、 设备限界，见图 4 。
式中， x 为吸声矮 墙 距 离 轨 道 中 心 线 的 距 离， mm ;
'
3. 4 近轨吸声矮墙的声学厚度设计
吸声矮墙的厚度 决 定 了 其 隔 声 性 能，故 合 理 地 确 定其厚度，可以有效 降 低 透 射 声 对 于 矮 墙 降 噪 性 能 的 影响 。 利用质量定律 中 的 隔 声 量 计 算 经 验 公 式，对 于 单层均质材料而言，其隔声量为
TL = 14. 5lg ( Mf ) － 26 ( 3 ) 式中， TL 为材料的隔声量， dB ( A ) ; M 为 材 料 的 面
2
前文已经提到，在设计吸声矮墙时，为了忽略隔声 量对于降噪性能的影响，需要使吸声矮墙的隔声量 TL 超过 其 绕 射 声 Δ L d = 10 dB ( A ) ，因 此 推 导 出 吸 声 矮 墙
满足隔声量要求的厚度
Δ L d + 36
M 10 14. 5
d= ≥
3
墙的绕射损失， dB ( A ) 。
［ 16 ］
，理论上 的 屏 障 类 降 噪 产 品 可
图 4 A 型车车辆轮廓 、 车辆限界和设备限界
( 隧道外直线区间)
图 4 中一共有 三 层 限 界，由 内 而 外 依 次 是 车 辆 轮 廓线 、 车辆限界和设备限界，本文以设备限界作为矮墙 安装 位 置 的 控 制 线，图 4 中 设 备 限 界 上 三 个 节 点 7″ 、 8″ 、 9″ ，其各自的限界坐标值见表 5 。
表 5 设备限界坐标值( 高架或地面直线段)
点号 x / mm y / mm
7″ 1 592 1 656
8″ 1 567 990
9″ 1 551 384
注: X 坐标轴的 0 点为轨道中心线， Y 坐标轴的 0 点为轨道顶面 。
以达到的噪声衰减很难超过 20 dB ( A ) ，当忽略隔 声 量 的影响时，此 时 的 噪 声 衰 减 量 即 为 其 绕 射 声 损 失，即 Δ L d = 20 dB ( A ) 。 根 据 式 ( 3 ) 可 以 推 出 材 料 的 隔 声 量
随噪声的频率成正 比，因 此 只 需 要 保 证 较 低 频 的 隔 声 量满足设计要求，目 前 我 国 对 于 声 屏 障 构 件 隔 声 量 测 量的频率小值为 100 Hz 。
3
100 Hz ，将 其 代 入 ( 4 ) 式，求 得 吸 声 矮 墙 的 小 声 学 厚度
d ≥ 0. 072 m
3. 5 近轨吸声矮墙的初步设计方案
( 1 ) 参考 表 3 中 国 外 吸 声 矮 墙 的 设 计 经 验，直 立 式吸声矮墙构造较 为 简 单，适 合 作 为 初 期 设 计 研 究 吸 声矮墙外观的选方案 。
( 2 ) 根据式( 1 ) ，取 h ' = 0. 84 m ，即矮墙高度为: h =
0. 84 + 0. 176 = 1. 016 m = 1 016 mm 。
( 3 ) 又将 h ' = 0. 84 m 代入式( 2 ) ，得到矮墙 的 安 装
位置: x = 1 663 mm 。
吸声矮墙的有效高度 h 好高出轨面 0. 84 ～ 1. 10 m 。
+ h － 384 + '
37 ． 88
其钢轨高度 h 为 176 mm 。
h 为吸声矮墙的有效高度， mm 。
密度， kg / m ; f 为噪声频率， Hz 。
ρ f ρ ( 4 )
式中， ρ 为材 料 的 体 积 密 度， kg / m ; Δ L d 为 吸 声 矮
研究 和 实 测 表 明
综上所述，取 Δ L d = 20 dB ( A ) ， ρ = 1 000 kg / m ， f =
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第 10 期 朱万旭，高逸豪，周红梅，等 — 城市轨道交通近轨吸声矮墙的设计研究
2 3
( 4 ) 参考上述关于矮墙声学厚度的小要求，考虑
［ 14 ］
中关于道床高度的规定，选取道床高度为 1 m ;
到经济和运输成本，取吸声矮墙总厚度为 140 mm ;安装 方式参考目前较为普遍的非金属声屏障，使用两侧 金属 H 型钢固定，将吸声矮墙设计为直立插板式，每块 单元板长度取 1 960 mm ，宽度取 508 mm ，见图 5 ，并参考
［ 17 ］
图 5 近轨吸声矮墙单元板平面尺寸( 单位: mm )
4 近轨吸声矮墙降噪效果的初步预测 4. 1 近轨吸声矮墙的总降噪量
近轨吸声矮墙的降噪量用插入 损 失 IL 来 表 示，其 定义是保持噪声源 、 地形 、 环境和背景噪声一定的情况 下，安装近轨吸声矮墙前后受保护点的声压级之差 ，其 表达式如下
IL = Δ L d － Δ L t － Δ L r － ( Δ L s ， Δ L G ) max ( 5 ) 式中， Δ L d 为吸声矮墙 的 绕 射 声 损 失， dB ( A ) ; Δ L t 为吸声矮墙的透射声损失， dB ( A ) ; Δ L r 为 吸 声 矮 墙 的 反射声损失， dB ( A ) ; Δ L s 为 地 面 障 碍 物 衰 减， dB ( A ) ; Δ L G 为地面吸收衰减， dB ( A ) 。
吸声型声屏障相比全反射声屏障都有较为明显的降
噪 效 果 ， 且 相 对 于 理 论 计 算 公 式 来 说 ， 得 到 的 结 果 为 某 一 点 的 计 算 值 ， 而 统 计 能 量 分 析 法 所 得 到 的 结 果 则 是 某 一 空 间 范 围 内 声 压 级 的 平 均 值 ， 两 者 略 有 不 同 ， 但 吸 声 型 声 屏 障 降 噪 规 律 基 本 接 近 。 总 体 来 说 ， 吸 声 材 料 对 声 屏 障 降 噪 效 果 有 一 定 的 影 响 ， 声 压 级
差 值 结 果 比 全 反 射 声 屏 障 大 ９ ～ １０ｄＢ 。
４ 结 论
本 文 利 用 理 论 计 算 公 式 和 统 计 能 量 分 析 两 种 方
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法 ， 评 价 了 不 同 吸 声 型 声 屏 障 的 降 噪 效 果 ， 得 到 如 下 结论 ：
（ １ ） 在 吸 声 型 声 屏 障 降 噪 措 施 中 ， 吸 声 材 料 的
加 入 对 声 屏 障 的 降 噪 效 果 均 有 一 定 的 影 响 ， 相 互 之
间 的 差 值 在 ５ ～ ６ｄＢ 左 右 。
（ ２ ） 在 ２５０ｋｍ ／ ｈ 行 车 速 度 下 ， 提 高 低 频 段 吸 声
系 数 能 够 显 著 地 提 高 降 噪 量 ， 阻 抗 复 合 板 、 微 穿 孔 板 相 比 超 细 玻 璃 棉 而 言 低 频 吸 声 性 能 更 好 ， 故 降 噪 效 果比超细玻璃棉要好 。
（ ３ ） 采 用 统 计 能 量 分 析 法 进 行 降 噪 预 测 ， 其 误 差 不 超 过 ２ｄＢ 。 可 将 此 模 型 作 为 吸 声 型 声 屏 障 的
结合陶粒混凝土 吸 声 矮 墙 的 设 计 和 材 料 特 性 ，公 式( 5 ) 中，当 Δ L t 大于绕 射 声 衰 减 10 dB ( A ) 时 可 以 忽 略， Δ L r 在材料 降 噪 系 数 NＲC ＞ 0. 5 时，可 以 忽 略， Δ L s 与 Δ L G 在设立吸声矮墙后 同 样 可 以 忽 略 其 影 响，因 此
可以 大 致 认 为 吸 声 矮 墙 的 插 入 损 失 为 其 绕 射 声 损 失，即
IL ≈ Δ L d ( 6 ) 4. 2 轨道交通噪声绕射衰减
将轮轨噪声视作 无 限 长 不 相 干 线 声 源，吸 声 矮 墙
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