Шумозащитные экраны для железных дорог: конструкция, принципы работы и требования стандартов

Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших источников постоянного шума в городской и пригородной среде. Движение поездов создаёт сложный спектр звуковых волн: шум колёс и рельсов, аэродинамический шум, вибрации, работу тормозных систем и локомотивов. Особенно остро проблема проявляется:

• в жилой застройке рядом с путями;
• возле вокзалов;
• на участках скоростного движения;
• в районах плотной городской инфраструктуры.

Для снижения шумового воздействия применяются специальные шумозащитные экраны — инженерные конструкции, устанавливаемые вдоль железнодорожных линий и предназначенные для снижения уровня шума на прилегающей территории. Требования к таким системам регламентируются рядом международных и межгосударственных стандартов.

Что такое шумозащитный экран

Шумозащитный экран — это искусственная преграда между источником шума и защищаемым объектом:

• жилыми домами;
• школами;
• больницами;
• гостиницами;
• общественными территориями.

Главная задача экрана — уменьшить уровень звукового давления до санитарных или проектных норм.

Как работает шумозащитный экран

Принцип работы основан на изменении распространения звуковой волны. Когда звук распространяется напрямую от железной дороги к зданию, экран:

• блокирует прямую акустическую линию;
• отражает часть энергии;
• поглощает часть звуковых волн;
• создаёт акустическую тень за экраном.

Чем больше экран перекрывает прямую видимость между поездом и объектом защиты — тем выше эффективность шумоподавления.

Какие шумы создаёт железная дорога

Железнодорожный шум включает несколько компонентов:

Контактный шум. Возникает при взаимодействии:

• колеса;
• рельса;
• стрелочных переводов.

Это основной источник шума на средних скоростях.

Аэродинамический шум. Особенно выражен:

• у высокоскоростных поездов;
• на скоростях свыше 200 км/ч.

Шум создаётся потоками воздуха вокруг состава.

Вибрационный и структурный шум. Передаётся:

• через рельсы;
• грунт;
• конструкции зданий.

Основные типы шумозащитных экранов

Согласно ГОСТ 33329-2015, железнодорожные экраны классифицируются:

• по принципу действия;
• по конструкции верхней части;
• по светопропусканию;
• по типу материалов.

Отражающие экраны. Такие конструкции:

• отражают звуковую энергию обратно к источнику;
• обладают высокой звукоизоляцией;
• имеют жёсткую поверхность.

Преимущества:

• простота конструкции;
• высокая механическая прочность;
• долговечность.

Недостаток — отражённый шум может переотражаться на противоположную сторону путей.

Отражающе-поглощающие экраны. Более современное решение. Такие экраны:

• частично отражают звук;
• частично поглощают его внутри панели.

Для этого применяются:

• минеральная вата;
• акустические волокнистые материалы;
• перфорированные металлические облицовки.

Именно такие системы чаще используются в городской среде.

Конструкция шумозащитного экрана

Типовой экран состоит из нескольких основных элементов.

Несущие стойки. Это силовая часть конструкции. Обычно применяются:

• двутавровые балки;
• стальные швеллеры;
• профильные трубы.

Стойки:

• воспринимают ветровые нагрузки;
• удерживают панели;
• передают нагрузку на фундамент.

Фундамент. Из-за большой высоты и ветровых нагрузок экраны требуют надёжного основания. Используются:

• свайные фундаменты;
• монолитные железобетонные основания;
• анкерные системы.

Особенно сложны расчёты:

• возле насыпей;
• на слабых грунтах;
• в районах с промерзанием.

Акустические панели. Это основной рабочий элемент системы. Панели могут быть:

• металлическими;
• алюминиевыми;
• композитными;
• прозрачными;
• комбинированными.

Внутри звукопоглощающих панелей обычно размещают:

• минераловатный наполнитель;
• акустическое волокно;
• специальные демпфирующие материалы.

Прозрачные вставки. Часто применяются:

• поликарбонат;
• акрил;
• многослойные прозрачные панели.

Они нужны:

• для сохранения обзора;
• уменьшения визуального давления;
• повышения безопасности движения.

ГОСТ выделяет:

• непрозрачные;
• прозрачные;
• комбинированные экраны.

Почему важна форма верхней части экрана

Обычный вертикальный экран не всегда эффективно работает с дифракцией звука. Поэтому применяются специальные верхние элементы:

• козырьки;
• Т-образные надстройки;
• Y- или Г-образные профили;
• звукопоглощающие верхние секции.

Такие решения:

• уменьшают переотражение;
• повышают эффективность экрана;
• снижают прохождение звука через верхнюю кромку.

ГОСТ 33329-2015 отдельно классифицирует экраны по конструкции верхней части.

Как рассчитывается эффективность экрана

Эффективность зависит от:

• высоты экрана;
• длины;
• расстояния до путей;
• расстояния до объекта защиты;
• рельефа местности;
• скорости поездов;
• частотного спектра шума.

Главный принцип: чем сильнее экран перекрывает прямой путь звука — тем выше снижение шума.

Почему экраны делают длинными

Если экран слишком короткий, звук начинает огибать его с торцов. Поэтому длина подбирается так, чтобы:

• минимизировать боковое распространение звука;
• сформировать полноценную акустическую тень.

Особенности экранов для высокоскоростных магистралей

При высоких скоростях возникают дополнительные требования:

• аэродинамические нагрузки;
• импульсы давления;
• вибрационные воздействия;
• повышенная усталость материалов.

Согласно ГОСТ 33329-2015, экраны для высокоскоростного движения должны выдерживать воздушные импульсы сжатия и разрежения от проходящих поездов.

Требования к долговечности

Железнодорожные шумозащитные экраны работают в тяжёлых условиях:

• снег;
• дождь;
• ультрафиолет;
• вибрации;
• перепады температур;
• агрессивная среда.

Стандарты требуют:

• устойчивости к коррозии;
• механической прочности;
• огнестойкости;
• ремонтопригодности.

ГОСТ 33329-2015 указывает минимальный срок службы до капитального ремонта не менее 15 лет.

Требования безопасности

При проектировании учитываются:

• габариты приближения поездов;
• видимость светофоров;
• безопасность контактной сети;
• обслуживание путей;
• водоотвод.

Экран не должен:

• мешать обзору машиниста;
• создавать ослепление;
• препятствовать ремонту инфраструктуры.

Также не допускается нарушение систем отвода воды от железнодорожного полотна.

Какие стандарты применяются

ГОСТ 33329-2015. Основной межгосударственный стандарт: «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Технические требования». Регламентирует:

• проектирование;
• классификацию;
• монтаж;
• эксплуатацию;
• требования к конструкции.

ГОСТ 33328-2015. Определяет:

• методы контроля;
• испытания;
• проверку характеристик экранов.

ГОСТ 32957-2014. Используется для общих требований к акустическим экранам.

ГОСТ 32958-2014. Содержит:

• методы контроля;
• требования к испытаниям;
• оценку акустической эффективности;
• проверку механической прочности.

Европейские стандарты EN 1793 и EN 1794. Применяются в международной практике. Они регулируют:

• акустические характеристики;
• механическую безопасность;
• долговечность;
• методы испытаний шумозащитных экранов.

Где особенно важны шумозащитные экраны

Они необходимы:

• в городской застройке;
• возле жилых кварталов;
• рядом со школами и больницами;
• на скоростных магистралях;
• в районах интенсивного движения поездов.

Современные тенденции

Сегодня шумозащитные системы становятся:

• более лёгкими;
• более долговечными;
• архитектурно выразительными;
• энергоэффективными.

Появляются:

• прозрачные комбинированные панели;
• солнечные панели в составе экранов;
• интеллектуальные шумопоглощающие конструкции.

Заключение

Шумозащитные экраны для железных дорог — это сложные инженерные сооружения, сочетающие:

• акустику;
• строительную механику;
• аэродинамику;
• требования безопасности железнодорожной инфраструктуры.

Эффективность таких систем зависит от:

• правильного акустического расчёта;
• конструкции панелей;
• высоты и длины экрана;
• качества монтажа;
• соответствия нормативным требованиям.

Именно поэтому проектирование железнодорожных шумозащитных экранов всегда выполняется с учётом действующих ГОСТов, международных стандартов и особенностей конкретного участка железной дороги.

Capital Garant Group