消除噪音:优化轨道设计，使铁路更安静

为了支持绿色复苏，铁路必须促进健康、可持续的生活方式和经济;其中一个重要的部分是努力成为住在轨道附近的人的好邻居。铁路部门必须应对欧洲零污染行动计划(European Zero Pollution Action Plan)中设定的雄心勃勃的目标的挑战，并为减少长期受交通噪音影响的人口比例做出贡献30%．

欧洲铁路通过参与几个合作研究和发展项目，成功地专注于有效管理、监测和维护基础设施和铁路车辆，以减少铁路噪音和振动。铁路噪声的主要来源是轨道与车轮接触面的辐射噪声。虽然噪音屏障的广泛建设有效地减少了噪音污染，特别是在城市地区，但寻求从源头减少噪音的解决方案是最有效的方法和主要的重点领域国际铁路联盟(UIC)和它的成员。

UIC与其成员一起寻求合作方式，分享成为好邻居的全球愿景。芝加哥噪音和振动(NV)部门是一个工作机构，协助在加深对铁路噪音产生机制的了解和更安静运作方面取得切实进展。

UIC最新的噪音报告欧洲铁路噪音，最新报道,突显出噪音通过创新的解决方案，包括用复合制动块改装货车上的铸铁块制动器，欧洲铁路的水平已大大降低。UIC的报告提供了最有希望的措施，以及最具成本效益的策略，能够显著减少因环境噪音而引起的投诉。该报告的编制，促使UIC工作小组进一步改善噪音预测、控制和评估方法的效能，采用更具创新和成本效益的解决方案和方法，重点是优化车辆、轮轨和轨道的整个系统及其相互作用。

LOWNOISEPAD:欧洲联合研究优化轨道垫

从源头上减少噪音污染最有趣的方法之一是使用轨道垫。当火车从轨道上驶过时，轨道垫有助于减少轨道振动时的声音辐射。然而，轨道垫层设计的难点在于如何在降低噪声和提高轨道质量之间进行权衡。正是这一挑战引发了UIC最新的研究项目。

在奥地利进行测试，寻找一种既能解决噪音问题又能解决轨道质量问题的最佳轨道垫。图片来源:ÖBB Infrastruktur AG

正如《铁路噪音与振动》一书中所述，轨道垫层的刚度通常是根据其在大应变下的静态或低频动态行为来定义的[Thompson，铁路噪声和振动:机制，建模和控制手段，Elsevier Ltd, 2009]。并在技术规范的选择上考虑了轨道工程师的目标，以确保运行安全和降低维护成本。轨道垫层的设计一直是轨道工程和声学工程要求的折衷。较软的轨道垫有助于更好地分配负荷;因此，它有助于有碴轨道的长期稳定。［奥尔，“Zur Verschleißreduktion von Gleisen in engen Bögen，”2010年。］

另一方面，具有低轨道衰减率(TDR)的刚性钢轨垫有助于减少噪声排放[Squicciarini, D. Thompson, M. Toward和R. Cottrell，“温度对铁路滚动噪声的影响，”机械工程师学会学报，F部分:铁路和快速运输机械工程师学会学报，第230卷，第6期。8, pp. 1777-1789, 2015。］［Oregui, A. Nunez, R. Dollevoet和Z. Li，“轨道垫参数对垂直轨道动力学的敏感性分析”，工程力学学报，卷》143。］

当试图将履带的辐射噪声降到最低时，履带工程师和声学工作者必须考虑的目标有很大的冲突。因此，该项目的目标是，通过声学优化的轨道垫可以同时满足这两种科学证明的要求，并在不需要高成本缓解措施的情况下显著降低噪声。

同时考虑了轨道垫的声学刚度和阻尼特性，以及对运输噪声对人类健康的影响和铁路可能的降噪影响的环境责任和兴趣的提高。

在过去的一年里，UIC一直与其成员合作，以更好地了解产生噪音的机制，在成为一个更好的邻居方面取得切实的进展。采用最佳轨道垫以低成本控制噪音(LOWNOISEPAD)项目汇集了欧洲铁路社区，为噪音和轨道质量问题，以及遇到的不同情况，寻找一个最佳的轨道垫12个欧洲铁路网．

前沿合作研究

该项目计划在2022年底前完成，在项目合作伙伴的网络中有100个实际运行的测试段。测试线路正在使用最先进的技术进行监测，以获取噪声数据进行分析，所有这些都是通过合作努力实现的。

该方法是12个UIC成员在协作知识共享中共同工作的结果。与会者分享了有关现有轨道垫和资产的信息，如紧固系统;在项目过程中，参与者一起选择了一个参考和一个测试垫来测量和比较。对现有标准轨道垫的详细了解、典型的低TDR值、静态/动态刚度数据以及它们在整个网络中的分布对项目至关重要。每个成员在他们的网络中定义了两个相邻的100m测试段，并计划在2022年准备这些测试段配备参考和测试平台。

已经考虑了影响轨道噪声的重要因素，并将使用相同轨道部件(如轨道紧固系统)和相同声学轨道粗糙度的试验段进行测量。

在大多数情况下，在80-160公里/小时的速度下，铁路被认为是800Hz至2kHz频段的主要来源[Verhelst和E. Heylen，“在比利时INFRABEL铁路网上开发、验证和推出降噪垫”，于2019年在比利时根特IWRN13举行。］

钢轨纵向阻力与钢轨向轨枕纵向传递的动力作用下各构件之间的相互作用有关。轨道和枕木之间的紧固系统和轨道垫的相互作用对于降低轨道的噪声辐射非常重要。一个理想的轨道垫不应该太硬，以使轨道上的灵活性要求的轨道规格(以防止损坏轨道)，但这增加了轨道振动和因此噪声辐射。因此，相同类型的列车将在这些测试路段运行，一个作为参考，另一个用于测试所选的垫块(TDR差异显著)。同时，如图1所示，在距离轨道中心线7.5m、轨道上方1.2m的高度(ISO3095的“a”点)，将同时采集垂直轨道加速度和噪声排放。

图1:12条欧洲铁路的测量装置。

现场测试在12个欧洲国家开始

在2022年上半年之前，每个参与者将在自己的网络中使用相同的测试方法，包括TDR(符合EN 15461)和pass-by(符合ISO 3095)，在他们准备的测试线上单独开展测试活动。车队类型(即旅客、货物、型号)和运行速度也将由项目参与者决定。

该项目使用的是现场测量收集的数据，而不是任何基于计算机建模的数据。所有数据将被转移到在项目范围内开发和评估的软件工具。该软件工具亦会被用来估计和分析根据标准轨道规格、营运车队类型和成员网络的营运速度而更改TDR时可能产生的噪音排放值的差异。在分析过程中，将根据不同钢轨垫、钢轨紧固系统、货车类型和速度的测量结果得出修正系数，以便最有效地检查收集到的数据。

预期结果

该项目的结果将反映该部门的实际操作条件和地位。UIC及其会员计划于2023年2月28日至3月1日参加UIC噪音日活动，首次公布结果。