城市復(fù)雜路段聲屏障設(shè)計

褚國紅, 李曉東, 邱賢鋒

(上海船舶運輸科學(xué)研究所環(huán)境分所,上海200135)

0 前 言

隨著城市交通日益發(fā)展,汽車擁有率的迅速增長,車輛噪聲污染也日趨嚴(yán)重。有數(shù)據(jù)表明,城市道路交通噪聲已成為城市居住區(qū)中危害最大、數(shù)量最多的噪聲源,并且因其治理難度大,影響面廣,由此,帶來了較大的負(fù)面影響。

一般來說,治理交通噪聲污染主要有3個途徑:

1.降低聲源輻射,這屬車輛或路面研究范圍;

2.控制傳播途徑,主要有規(guī)劃、改變道路形式、加強綠化、安裝聲屏障等措施;

3.保護(hù)接受者,主要是指拆遷、改變房屋功能、安裝隔聲窗等,是被動的保護(hù)措施,且不能改善室外聲環(huán)境。

由于城市道路多建在城市中心范圍,在規(guī)劃和設(shè)計時控制道路距人的居住、活動及工作場所的距離有時也很難做到,綠化的降噪效果有限,而聲屏障由于其簡單、實用、可行、有效、一次性投資小,成為目前被普遍使用的噪聲污染防治措施。

目前,高架道路已成為解決城市交通擁擠的一種有效手段,但它卻使交通噪聲污染更甚,尤其是在立交區(qū)域,由于聲源多、聲場復(fù)雜,聲屏障的設(shè)計難度很大。本文現(xiàn)以同濟(jì)立交區(qū)域的聲屏障設(shè)計為例,介紹對城市復(fù)雜路段聲屏障設(shè)計的一些探索。

1 聲學(xué)設(shè)計

1.1 敏感點噪聲現(xiàn)狀

同濟(jì)路立交區(qū)域地處上海市寶山吳淞地區(qū),南臨吳淞工業(yè)區(qū),北依寶鋼,東連外環(huán)線隧道浦西出入口,通過外環(huán)線隧道連接外高橋港區(qū),上海市城市外環(huán)線和同濟(jì)路逸仙路高架交匯于此,因此,該立交是外環(huán)線隧道和吳淞工業(yè)物流北通道的咽喉要道。同濟(jì)路立交區(qū)域底層地面道路為泰和路和同濟(jì)路交叉路口,中層為外環(huán)線,最高層為同濟(jì)路高架。此外,輕軌3號線北延伸段平行同濟(jì)路高架南北貫穿立交區(qū)。

由于區(qū)域交通異常繁忙,并呈現(xiàn)大型集卡多、夜間車流量大、車速快等特點,從而導(dǎo)致十分嚴(yán)重的道路交通噪聲污染。根據(jù)監(jiān)測,周邊敏感建筑普遍超標(biāo)在15 dB(A)以上。

鑒于區(qū)域聲源異常復(fù)雜,導(dǎo)致對區(qū)域開展噪聲治理難度大。盡管區(qū)域內(nèi)已實施了部分聲屏障,但由于覆蓋面小、高度不夠,且有破損等原因,導(dǎo)致降噪效果較差,近年來居民投訴愈加頻繁,必須開展進(jìn)一步的交通噪聲治理。

1.2 聲學(xué)設(shè)計的思路

聲學(xué)設(shè)計的任務(wù)是以治理目標(biāo)為基礎(chǔ)進(jìn)行聲屏障的設(shè)置位置、外形尺寸、長度、結(jié)構(gòu)形式、附加處理方式等的設(shè)計選擇與比較,并進(jìn)行各種方案降噪效果的預(yù)測。

同濟(jì)路立交聲屏障聲學(xué)設(shè)計思路為:

●利用業(yè)界領(lǐng)先的環(huán)境噪聲計算軟件CadnaA盡可能精確地模擬出同濟(jì)路立交的道路形式;

●通過車流量分析和現(xiàn)場實測,確定各條道路的噪聲源強;

●根據(jù)各聲源對敏感點的貢獻(xiàn)及實施聲屏障的有效性,確定各條道路實施聲屏障的必要性;

●根據(jù)各聲源對關(guān)心點的貢獻(xiàn),首先在貢獻(xiàn)大的道路處設(shè)置屏障,確定屏障設(shè)置位置及合理高度,其次考慮其它屏障實施的附加降噪效果,以確定各道路聲屏障的設(shè)置高度。

1.3 建模效果

通過導(dǎo)入?yún)^(qū)域CAD圖,并利用CadnaA 3.7版本新增的導(dǎo)入Google Earth圖像的功能,兩者進(jìn)行無縫接合,以獲得更直觀的效果圖,建模完成后,在軟件中顯示的三維效果見圖1。敏感點主要分布于立交西南、東南及東北3個象限。西南偏西敏感點為泗東、八棉、桃園新村,偏南敏感點為長征新村、同濟(jì)路60弄。東南敏感點為泰和路318弄等。東北敏感點為海濱新村、泰和路239弄等。

1.4 道路源強確定

現(xiàn)場建模的精準(zhǔn)度來自于兩方面,一方面為生成模型的精準(zhǔn)度,另一方面為源強輸入的精準(zhǔn)度。其中,前者通過導(dǎo)入CAD地圖、配合Google Earth圖像、查詢設(shè)計圖紙并輔以現(xiàn)場測量等手段來確保。

而道路源強的確定則由現(xiàn)場噪聲監(jiān)測值及車流量、車速、大車比例、路面結(jié)構(gòu)等因素綜合確定,立交區(qū)域共采用39條道路模擬,最終確定的源強見表1。

1.5 屏障高度設(shè)計實例

以泰和路318弄為例。泰和路318弄位于同濟(jì)路立交東南象限,敏感點主要受外環(huán)隧道出口、外環(huán)主線、同濟(jì)路高架、互通立交SW匝道、SE匝道(走地面)及地面道路等的共同影響,敏感點由西至東分別為泰1～泰4,該點聲屏障設(shè)計思路為:首先考慮外環(huán)隧道設(shè)置不同高度聲屏障配合外環(huán)主線已有2.8 m聲屏障的降噪效果,其次考慮同濟(jì)路高架主線及SW匝道等設(shè)置屏障的降噪效果,敏感點聲屏障效果計算結(jié)果見表2。

圖1 基于Cadna軟件的同濟(jì)路立交區(qū)域聲學(xué)設(shè)計模擬

表1 道路源強輸入表單位:d B(A)

從表2可見,隧道口設(shè)置高度為4.5 m的屏障較3.5 m而言,對部分預(yù)測點有近2 dB的降噪效果,因此,推薦隧道口屏障高度為4.5 m。其高度確定后,經(jīng)計算,增加3.5 m高的同濟(jì)高架主線側(cè)屏對部分預(yù)測點有近1 d B的降噪效果,因此,同濟(jì)高架需設(shè)置側(cè)屏3.5 m,同理,SW匝道也需設(shè)置側(cè)屏,對部分預(yù)測點有0.5 dB以上的降噪效果,由于該匝道源強較小且高度較高,因此匝道屏障設(shè)置2 m即可。

綜上所述,本設(shè)計推薦泰和路318弄對應(yīng)的屏障設(shè)置為:隧道口4.5 m+外環(huán)主線2.8 m+同濟(jì)主線側(cè)屏3.5 m+SW匝道側(cè)屏2 m。

由表2可見,屏障設(shè)置后,僅對該敏感點極少數(shù)點位有6 dB以上降噪效果,大部分在6 dB以下,平均降噪效果僅略高于3 dB(A),主要原因為該點還受SE匝道(地面形式)的影響。經(jīng)現(xiàn)場踏勘調(diào)查,SE匝道車流量多,大車比例高,對該敏感點有很大影響。經(jīng)預(yù)測,為配合本項目實施的聲屏障,SE匝道地面屏障合理高度為6.5 m,屏障設(shè)置后,對敏感點平均有2.5 dB以上的降噪效果,對部分點位則有3～4 dB的降噪效果。因此,建議同步實施SE匝道聲屏障。

表2 泰和路318弄聲屏障效果計算 單位:d B(A)

1.6 對現(xiàn)有屏障的處理

同濟(jì)立交區(qū)域部分高架道路和軌道交通已經(jīng)采取了部分聲屏障降噪措施,這部分屏障高度和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低,降噪效果不甚理想,對這部分屏障如何處理也是此次設(shè)計的一項內(nèi)容。

通過方案比較及分析可見,采用拆除現(xiàn)有屏障加高重建的方案二降噪效果要比保留現(xiàn)有屏障的方案一有所上升,但同濟(jì)路立交噪聲源復(fù)雜,敏感點受外環(huán)線、同濟(jì)路高架道路、匝道、地面道路及外環(huán)隧道口等噪聲源的綜合影響,因而采用加高原設(shè)置在高架道路上的屏障的方案二較之方案一降噪效果未有明顯改善(＜2 dB)。由于需要拆除現(xiàn)有屏障并加高重建,因此,方案二較方案一投資有較大增加,而且降噪效果未有明顯改善,仍需要輔以隔聲窗等綜合治理措施。設(shè)計從節(jié)省投資的角度考慮,推薦對現(xiàn)有屏障加以修繕并繼續(xù)使用,視使用情況逐步淘汰更新;對需要增設(shè)聲屏障的路段,采用新型聲屏障設(shè)計,聲屏障的高度和材料的吸聲性能按聲學(xué)設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計,以取得較佳的降噪效果。

1.7 綜合治理的必要性

同濟(jì)路立交區(qū)域聲源多且復(fù)雜,總體交通噪聲水平很高,建設(shè)聲屏障后部分敏感點仍有可能超標(biāo)嚴(yán)重,因此,要獲得最佳治理效果必須采取綜合治理措施,才能有效緩解區(qū)域交通噪聲污染。作為外環(huán)線道路建設(shè)單位,主要從道路設(shè)施角度加以治理,所以采用聲屏障仍是首選的降噪措施。工程所在地寶山區(qū)可結(jié)合區(qū)域成套房改造、平改坡工程等為區(qū)域敏感建筑加裝隔聲窗,或者結(jié)合區(qū)域城市改造,拆遷或改變現(xiàn)有敏感建筑的使用功能,從而達(dá)到綜合治理效果。

2 聲屏障結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計

聲屏障結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計的內(nèi)容是保證結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定性或隔聲、吸聲等要求,以及安裝施工上的需要而采取的措施。

按公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范(JTG/T D60-01-2004)計算,風(fēng)荷載一般由3部分組成:一是平均風(fēng)的作用;二是脈動風(fēng)的背景脈動;三是由脈動風(fēng)誘發(fā)抖振而產(chǎn)生的慣性力作用,它是脈動風(fēng)譜和結(jié)構(gòu)頻率相近部分發(fā)生的共振響應(yīng)。風(fēng)荷載取50年重現(xiàn)期下的基本風(fēng)壓為0.55 k N/m2,相應(yīng)基本風(fēng)速取為31.3 m/s。

橋梁段上的隔聲屏設(shè)置在橋梁的防撞墩上,因橋梁防撞墩原設(shè)計未計算隔聲屏的荷載,設(shè)計經(jīng)過計算,原防撞墩的結(jié)構(gòu)能承受高4.5 m的隔聲屏的風(fēng)荷載。設(shè)計采用騎馬件對穿螺栓同原防撞墩聯(lián)結(jié),確保隔聲屏的鋼結(jié)構(gòu)和防撞墩的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)共同受力。

由于同濟(jì)立交區(qū)域大型車輛比例高,在轉(zhuǎn)彎半徑較小的急彎路段容易發(fā)生大型車輛擦碰聲屏障的事故。我們根據(jù)這一特點,在SW匝道設(shè)計了外挑型的聲屏障,即聲屏障的中心線外挑于防撞墻外,可以一定程度地減少車輛擦碰。

聲屏障的構(gòu)造設(shè)計為阻抗復(fù)合型的吸聲結(jié)構(gòu),屏體構(gòu)造及材料組合采用鋁纖維吸聲板+蘑菇狀吸聲筒形式,SW匝道由于屏障高度較低,屏體型式設(shè)計為鋁纖維單面吸聲型直立屏障。

3 景觀設(shè)計

景觀設(shè)計是運用人的視覺與知覺對周圍環(huán)境及其四周景象所產(chǎn)生的反應(yīng)進(jìn)行設(shè)計,這一反應(yīng)應(yīng)給人以行車安全和視覺上的舒適協(xié)調(diào)感覺。

同濟(jì)立交聲屏障采用全亞光噴涂防眩目設(shè)計,屏障顏色采用淺灰色,不會過于分散駕駛員的注意力。在大面積的灰色中嵌有淺色線條,減少了高大屏障產(chǎn)生的單調(diào)和壓抑感。頂部吸聲筒采用線型流暢美觀的蘑菇狀吸聲筒,既美觀又有吸聲和減少聲波繞射的作用。

圖2 蘑菇狀吸聲筒型屏障實景

4 降噪效果

泰和路318弄聲屏障實施前后敏感點噪聲監(jiān)測結(jié)果見表3。

根據(jù)以上監(jiān)測結(jié)果可知,聲屏障實施后泰和西路318弄2～6層有2.6～3.7 dB(A)的降噪效果,效果略低于設(shè)計值,主要原因為推薦的隧道峒口及SE匝道屏障未能同步實施,考慮這兩項修正后,降噪效果與設(shè)計差別在0.5 d B(A)之內(nèi),吻合度較高。

5 結(jié) 論

1.傳統(tǒng)聲屏障由于設(shè)計的局限性,降噪效果較差。對復(fù)雜區(qū)域的聲屏障聲學(xué)設(shè)計宜采用CadnaA等先進(jìn)的聲學(xué)軟件,通過精準(zhǔn)的建模計算,確定合理的聲屏障設(shè)置方案,其計算的降噪效果基本與實際一致,吻合度較好。

2.類似立交區(qū)域,由于聲源復(fù)雜,敏感點超標(biāo)異常嚴(yán)重,受地面道路限制較難實施屏障,而已實施的屏障由于位置、高度限制等原因,降噪效果有限,因此,要更進(jìn)一步解決問題,必須采取綜合性降噪措施,需由相應(yīng)政府部門牽頭對敏感點另行采取置換或安裝隔聲窗等措施。

3.聲屏障設(shè)計應(yīng)盡量早期介入,由于本次屏障設(shè)計是在工程運行后開展,受現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)所限,屏障設(shè)置高度受到限制,且部分路段無屏障設(shè)置條件,這對降噪效果也有一定影響。

4.在聲屏障工程結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和景觀設(shè)計上,要充分考慮安全和管理的需要。

[1] 劉啟龍.交通聲屏障設(shè)計綱要[J].噪聲與振動控制,1995(6):41-48.

[2] 國家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T90-2004聲屏障聲學(xué)設(shè)計和測量規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境出版社,2004.

[3] 馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.

[4] 洪宗輝,潘仲麟.環(huán)境噪聲控制工程[M].北京:高等教育出版社,2002.