Стратегии проектирования для минимизации шумового загрязнения в высокоскоростных железных дорогах

Разработка стратегий по снижению шумового загрязнения

Минимизация шума от высокоскоростных железных дорог требует комплексной стратегии, которая обращается к каждому источнику вдоль пути распространения. Наиболее эффективный подход сочетает в себе сокращение источника, прерывание пути и защиту приемника. Ниже приведены ключевые стратегии проектирования, организованные доменом.

1.Проектирование и техническое обслуживание треков

Сама трасса является как основным генератором шума, так и траекторией передачи для вибрации.Оптимизация конструкции трассы предлагает одну из самых эффективных возможностей для снижения шума.

Звукопоглощающие материалы, помещенные в гусеницу трека, такие как эластомерные коврики или измельченные резиновые агрегаты, могут рассеивать энергию вибрации до того, как она излучается в виде шума. Эти материалы устанавливаются под балластом или встраиваются в системы гусениц плит. Исследования показали, что устойчивые коврики могут уменьшить структурный шум на 5-8 дБ, что является заметным и значимым улучшением для близлежащих жителей.

Упругие рельсовые крепления действуют как пружины между рельсом и спящим, отделяя рельс от опорной конструкции. Это снижает передачу высокочастотных вибраций. Современные системы крепления, такие как те, которые используют мягкие прокладки или инкапсулированные вставки, настроены на конкретные диапазоны частот для нацеливания на наиболее проблемные шумовые компоненты. Они также продлевают срок службы компонентов рельса за счет снижения динамических нагрузок.

Непрерывная сварная рельсовая (CWR) устраняет соединения, вызывающие характерный шум «кликетного сцепления» на обычных путях. Удаляя зазоры, CWR уменьшает как шум качения, так и шум удара, особенно на более высоких скоростях. В сочетании с прецизионным шлифованием для поддержания гладкой поверхности рельсовой дороги CWR может снизить шум колесной рельсы на 3-6 дБ по сравнению с объединенной дорожкой.

Регулярное техническое обслуживание одинаково важно. Коррекция головки рельсов — периодический износ — является основным источником тонального шума, который может усиливаться с течением времени. Автоматизированные шлифовальные поезда восстанавливают плавность и исправляют неровности профиля. Системы прогнозного технического обслуживания с использованием акустического мониторинга могут обнаруживать возникающие проблемы, прежде чем они станут слышимыми неприятностями, позволяя целенаправленное вмешательство.

2. Акустические барьеры и ограждения

Когда одного лишь уменьшения источника недостаточно, барьеры вдоль трассы создают физическое препятствие, блокирующее прямое распространение звука.Эффективность барьера зависит от его высоты, длины, массы и обработки поверхности.

Земные курганы (бермы) являются естественным и визуально ненавязчивым вариантом. Они построены из выкопанной почвы или переработанных материалов и могут быть благоустроены растительностью для смешивания с окружающей средой. Бермы обычно достигают снижения шума от 5 до 10 дБ при правильном размере. Их масса и толщина обеспечивают отличное низкочастотное поглощение, и они предлагают дополнительное преимущество поглощения углерода и создания среды обитания.

Бетонные стены являются наиболее распространенным инженерным барьером. Бетонные панели, часто высотой от 3 до 5 метров, устанавливаются вдоль уязвимых секций. Их блоки высокой плотности звучат эффективно, а их долговечность обеспечивает низкое техническое обслуживание в течение десятилетий. Некоторые конструкции включают угловой верх — «шапку» или «корону» — который отклоняет звук вверх, расширяя теневую зону за барьером.

Специализированные акустические панели, изготовленные из таких материалов, как прозрачный поликарбонат, перфорированный металл со звукопоглощающим наполнителем или переработанные резиновые композиты, обеспечивают гибкость для городских сред, где эстетика и светопроникновение имеют значение. Прозрачные барьеры вдоль виадуков или подходов к станциям сохраняют вид при снижении шума. Перфорированные панели с каменной шерстью или пенопластовой подложкой поглощают звуковую энергию, а не отражают ее, что может быть важно в ограниченных пространствах, чтобы избежать отражений, которые ухудшают производительность на противоположной стороне.

Полные или частичные корпуса используются для критических секций, таких как подъезды к станциям, жилые зоны или экологически чувствительные зоны. Эти конструкции, иногда называемые «шумовыми туннелями», окружают дорожку стенами и крышей, содержащими звук в ограниченном пространстве. Ограждения могут достигать снижения шума от 15 до 25 дБ у приемника, что делает их наиболее эффективным вариантом для крайних случаев. Они также защищают дорожку от погоды и мусора, снижая затраты на техническое обслуживание. Однако они дороги в строительстве и требуют тщательной вентиляции, освещения и проектирования пожарной безопасности.

Барьерное размещение должно учитывать дифракцию над вершиной и вокруг концов. эмпирическое правило состоит в том, что барьер должен быть как минимум таким же длинным, как расстояние от источника до приемника, чтобы избежать фланцевых путей. На практике типичны непрерывные барьеры, простирающиеся на несколько сотен метров.

3. Оптимизация дизайна поезда

Сам поезд является основным источником шума. Аэродинамическое формирование, дизайн интерфейса колесных рельсов и бортовые амортизаторы — все это способствует общему акустическому профилю.

Стремительные формы носа и хвоста снижают сопротивление воздуха и связанную с ним турбулентность, которая генерирует аэродинамический шум. Современные высокоскоростные поезда, такие как Shinkansen N700S или TGV M, имеют удлиненные носы с плавными контурами, которые минимизируют колебания давления. Для уточнения этих форм используются модели с расчетной динамикой жидкости (CFD), нацеленные на конкретные частоты шума. Пантографы, которые собирают мощность от воздушных линий, также аэродинамически окутаны и, на некоторых моделях, убираются в углубление крыши, когда они не используются.

Интерфейс рельсового колеса оптимизация включает в себя как колеса, так и рельсы. Демпферы колес — настроенные поглотители массы, связанные с паутиной колеса — рассеивают энергию вибрации, которая в противном случае излучалась бы в виде шума. Акустическая шлифовка рельсов до определенного профиля шероховатости уменьшает возбуждение на контактном пластыре. Некоторые системы используют эластичные колеса с эластичным слоем между протектором и концентратором, хотя они чаще встречаются в трамваях, чем высокоскоростные поезда из-за ограничений нагрузки.

Вибрационные амортизаторы устанавливаются по всему кузову поезда. Обработка амортизации пола снижает структурный шум от колес и дорожки. Панельные амортизаторы на стенках кузова автомобиля поглощают акустическую энергию внутри пассажирского салона, улучшая комфорт езды. Для внешней среды юбки для тележек — панели, которые замыкают узлы колес — снижают аэродинамический шум и содержат шум колесных рельсов. Эти юбки теперь стандартны на многих высокоскоростных парках.

Конструкция тормозной системы также играет роль. Дисковые тормоза, используемые в современных поездах, тише традиционных тормозов протектора. Регенеративное торможение, которое восстанавливает энергию и уменьшает износ фрикционных материалов, ещё больше снижает шум при замедлении.

4.Оперативные стратегии

Даже при оптимизированной инфраструктуре и подвижном составе, операционные решения могут еще больше снизить воздействие шума.

Ограничения скорости в чувствительных районах — таких как жилые кварталы или коридоры дикой природы в период размножения — являются прямой и эффективной мерой. Шум увеличивается нелинейно со скоростью: снижение с 300 км/ч до 250 км/ч может снизить аэродинамический шум примерно на 3-4 дБ, заметная разница. Динамическое управление скоростью, используя мониторинг шума в реальном времени, позволяет поездам замедляться только при необходимости, сводя к минимуму влияние графика.

Планирование шумных операций в дневное время уменьшает раздражение, поскольку фоновый шум выше, а чувствительность ниже. Мероприятия по техническому обслуживанию, такие как шлифовка или зачистка, обычно запланированы на ночное время, когда доступ к треку доступен, но эти операции используют более тихое оборудование и следуют планам управления шумом. Некоторые юрисдикции ограничивают ночные железнодорожные операции в целом, требуя от операторов инвестировать в более тихий подвижной состав.

Регулярный мониторинг шума обеспечивает эффективность мер по смягчению последствий с течением времени. Фиксированные станции мониторинга в репрезентативных местах обеспечивают непрерывные данные, в то время как мобильные измерения подтверждают производительность вдоль коридора. Данные из этих систем могут вызывать корректирующие действия, такие как шлифовка рельсов или ремонт барьеров, до того, как жалобы обострятся.

5. Участие общин и планирование землепользования

Смягчение шума — это не только инженерная задача, но и сотрудничество с местными органами власти.

Планирование землепользования вокруг новых железнодорожных коридоров является одной из наиболее экономически эффективных стратегий. Определение буферных зон между железнодорожным полотном и жилыми или институциональными зданиями предотвращает будущие конфликты. Некоторые страны, такие как Япония и Швейцария, установили правила зонирования шума, которые ограничивают развитие в определенных контурах шума. Когда существующая разработка уже присутствует, модернизация зданий с двойными остекленными окнами, акустической вентиляцией и изолированными фасадами может снизить уровень шума в помещении на 20 - 30 дБ.

Участие заинтересованных сторон в процессе планирования укрепляет доверие и обеспечивает решение местных проблем. Общественные консультации, визуализация шумовых карт и прозрачная отчетность о данных мониторинга помогают жителям понять принимаемые меры. В некоторых случаях операторы предлагают добровольные программы звукоизоляции или выкуп недвижимости для наиболее пострадавших домов.