高等級(jí)公路高架橋梁噪聲減緩措施設(shè)置原則研究

羅 杰（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

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高等級(jí)公路高架橋梁噪聲減緩措施設(shè)置原則研究

羅 杰
（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

摘 要：本文以甘肅省多條高等級(jí)公路高架橋梁為背景模型，經(jīng)過(guò)噪聲衰減計(jì)算，對(duì)比噪聲預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)情況，分析高架橋梁與噪聲敏感目標(biāo)高差、水平距離和噪聲衰減的關(guān)系，分類提出噪聲減緩措施設(shè)置原則，為以后的高架橋梁噪聲減緩措施設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高架橋梁；高等級(jí)公路；噪聲衰減量；超標(biāo)量

1 概述

聲屏障是現(xiàn)代高速公路減緩噪聲污染最常見(jiàn)的措施之一，因其效果明顯、性價(jià)比高、美觀大方等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)國(guó)家的公路環(huán)保措施中。高等級(jí)公路（高速公路）因其作為城際連接線的特殊性，經(jīng)常需要采用高架橋梁的方式穿越一些特殊地形、區(qū)域，這些特殊地形、區(qū)域多是一些環(huán)境敏感區(qū)域，例如：江河、湖畔、山谷和村莊等。如果被穿越區(qū)域存在環(huán)境噪聲保護(hù)目標(biāo)，則高架橋梁的穿越對(duì)保護(hù)目標(biāo)造成的噪聲影響就不容忽視了，但是與其他路段不同，在高架橋梁形成的噪聲影響區(qū)域內(nèi)因其與地面高差大的特點(diǎn)勢(shì)必存在聲源與敏感目標(biāo)之間較大的高差，在這種情況下橋面和護(hù)欄本身對(duì)指向敏感目標(biāo)的聲波傳播就起到了相當(dāng)于聲屏障的阻擋作用，但其降低噪聲量的效果是否能夠滿足敏感目標(biāo)的聲環(huán)境要求？是否還需要再設(shè)置聲屏障等減緩噪聲的措施？所以，在這種情況下如何設(shè)置聲屏障需要考慮橋梁自身的影響因素。本文以甘肅省多條高等級(jí)公路為背景，結(jié)合環(huán)評(píng)報(bào)告的預(yù)測(cè)內(nèi)容，對(duì)高架橋梁自身阻礙噪聲的效果進(jìn)行計(jì)算、分析，最終提出聲屏障的設(shè)置原則。

2 問(wèn)題的提出

隨著日趨凸顯的諸多環(huán)境問(wèn)題對(duì)人類生活的負(fù)面影響，在國(guó)家高度重視環(huán)境保護(hù)的大背景之下，高速公路環(huán)保措施也逐步趨于完善，通過(guò)對(duì)新知識(shí)、新理論的汲取，對(duì)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的不斷總結(jié)，高速公路噪聲防治措施設(shè)計(jì)、實(shí)施也早已同步進(jìn)行。高架橋梁作為一種常見(jiàn)的穿越形式常見(jiàn)于很多高等級(jí)公路之上，穿山越河的路途中也不乏村莊、市鎮(zhèn)，這些噪聲敏感目標(biāo)是否需要考慮降噪措施？在經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算和大量監(jiān)測(cè)后得到了這個(gè)答案，但是，是否可以根據(jù)高架橋梁在噪聲傳播中存在的特殊性簡(jiǎn)化這個(gè)計(jì)算過(guò)程？是否可以根據(jù)高架橋梁與敏感目標(biāo)的高差提出一個(gè)分類的設(shè)置原則？

圖1高架橋梁噪聲傳播圖

3 聲屏障降噪原理及噪聲衰減量計(jì)算方法

聲屏障的高度根據(jù)其設(shè)計(jì)的噪聲衰減量、屏障與聲源接收點(diǎn)之間的相對(duì)位置、公路線形等因素決定。聲屏障降噪的途徑主要是對(duì)噪聲的吸收和屏蔽。聲屏障設(shè)計(jì)原理為：根據(jù)噪聲防護(hù)對(duì)象（居民房屋、學(xué)校教室等聲環(huán)境敏感點(diǎn)）確定聲屏障的長(zhǎng)度、高度，并合理搭配吸、隔聲屏體的布置位置，對(duì)近距離聲源進(jìn)行吸收與屏蔽，對(duì)遠(yuǎn)距離聲源進(jìn)行屏蔽。

聲屏障噪聲衰減量的計(jì)算：

由下式計(jì)算菲涅耳數(shù)（Fresnel）：

式中：

λ—聲波波長(zhǎng)；

δ—聲程差，δ=d1+d2-d。

由下式計(jì)算聲波波長(zhǎng)λ：

式中：

f—噪聲的頻率（Hz），公路交通噪聲取f=500Hz；

V—波速（聲波波速V=340m/s）。

由聲屏障引起的噪聲衰減量（按聲屏障為無(wú)限長(zhǎng)屏障處理）為：

4 模型的建立及計(jì)算

針對(duì)高速公路等城際高等級(jí)公路沿線居民點(diǎn)、學(xué)校等噪聲敏感點(diǎn)多為低層房屋的特點(diǎn)，在高架橋梁路段，因其與地面存在較大高差，橋面及混凝土護(hù)欄對(duì)于交通噪聲源聲波的傳播形成了類似聲屏障的阻隔作用。

根據(jù)圖1所示聲源點(diǎn)到護(hù)欄的橋面部分及護(hù)欄本可以產(chǎn)生類似聲屏障的噪聲阻隔效果，是噪聲在傳播到敏感點(diǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生衰減。我們可以根據(jù)圖中d1、d2、d1'、d2'等數(shù)據(jù)結(jié)合不同的H、L取值計(jì)算出噪聲的衰減量，即可分析出高架橋梁高度H、橋梁中心到敏感點(diǎn)距離L和噪聲衰減之間的關(guān)系，然后對(duì)比敏感點(diǎn)處的噪聲超標(biāo)值，就可以知道交通噪聲對(duì)敏感點(diǎn)的影響、是否需要采取減緩措施。

現(xiàn)以甘肅省內(nèi)10天高速、臨渭高速為背景建立模型對(duì)高架橋梁自身的噪聲阻隔效果和預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期噪聲超標(biāo)量進(jìn)行計(jì)算、對(duì)比。

表1噪聲衰減量表

表2最大噪聲預(yù)測(cè)值數(shù)據(jù)表

表3最大噪聲預(yù)測(cè)值數(shù)據(jù)表

圖2高差降噪量與超標(biāo)量對(duì)比曲線圖

4.1 橋梁自身的隔聲效果計(jì)算

根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目高架橋梁的高差調(diào)查，選用有代表性的高差10m、20m、 30m進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)線性工程噪聲敏感區(qū)范圍（路線中心兩側(cè)200m范圍）及聲屏障的隔聲降噪原理，分別計(jì)算橋梁與地面高差10m、20m、30m時(shí)，位于20m、40m、80m、100m、120m、140m、160m、180m、200m處屏障阻隔造成的噪聲衰減量。

根據(jù)式（3）計(jì)算所得衰減量（dB）見(jiàn)表1。

4.2 敏感目標(biāo)噪聲超標(biāo)量計(jì)算

對(duì)各個(gè)項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告中噪聲預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后，選出每個(gè)項(xiàng)目預(yù)測(cè)噪聲值最大的一組數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

對(duì)比4a類、2類區(qū)噪聲限值，計(jì)算出噪聲超標(biāo)量：

根據(jù)聲環(huán)境功能區(qū)分區(qū)方法，對(duì)距路中心線20m和40m的數(shù)據(jù)采用4a類區(qū)噪聲限值，對(duì)40m、80m、100m、120m、 140m、160m、180m、200m采用2類區(qū)噪聲限值，用表2、表3中預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與噪聲限值計(jì)算得到超標(biāo)量。

4.3 噪聲衰減量與超標(biāo)量對(duì)比

經(jīng)過(guò)對(duì)超標(biāo)數(shù)據(jù)的分析，每個(gè)時(shí)段的噪聲超標(biāo)情況都是在遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)的夜間最大，選取遠(yuǎn)期夜間超標(biāo)量和橋梁自身降噪數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖2所示。

4.4 對(duì)比結(jié)果分析

根據(jù)不同項(xiàng)目曲線圖對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)在橋梁與敏感目標(biāo)高差在10m時(shí)，橋梁及護(hù)欄自身阻隔所造成的噪聲衰減量要小于或等于遠(yuǎn)期夜間的預(yù)測(cè)噪聲超標(biāo)量，尤其在剛進(jìn)入2類功能區(qū)范圍內(nèi)的100m范圍內(nèi)更為明顯，此種情況下如果沒(méi)有降噪措施，敏感目標(biāo)處不達(dá)標(biāo)；在橋梁高差為20m時(shí)，衰減量均大于超標(biāo)量，但是臨渭高速的兩項(xiàng)數(shù)據(jù)都很接近；高差30m的情況下，噪聲衰減量均大于噪聲超標(biāo)量。

結(jié)論

綜上所述，在不設(shè)置聲屏障的情況下，高架橋梁與噪聲敏感點(diǎn)高差在20m以上的敏感點(diǎn)，其噪聲不存在超標(biāo)現(xiàn)象，高差≤20m的可能存在噪聲超標(biāo)情況，所以在預(yù)測(cè)噪聲值較高時(shí)，該區(qū)域仍需經(jīng)計(jì)算確定敏感目標(biāo)是否超標(biāo)；高差≤10m的橋梁不設(shè)置聲屏障的情況下在200m范圍能均可能出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

所以在針對(duì)高架橋梁路段噪聲敏感點(diǎn)的減緩措施問(wèn)題中，可以根據(jù)橋梁高差進(jìn)行分類：

橋梁與敏感目標(biāo)高差：

（1）H＞20m，可以不考慮減緩措施。

（2）H≤20m，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。

（3）H≤10m，必須考慮減緩措施。

根據(jù)本次研究所的結(jié)論，可以將高等級(jí)公路高架橋梁路段噪聲敏感目標(biāo)減緩措施設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算范圍控制在橋梁高差H≤20m的高架橋梁。精確了敏感點(diǎn)的選取，優(yōu)化了噪聲減緩設(shè)施的設(shè)置原則，節(jié)省了設(shè)計(jì)工作的時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

［1］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.

［2］ HJ/T90-2004，聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量規(guī)范［S］.

［3］渭武高速環(huán)境影響報(bào)告書［R］.

［4］十天高速環(huán)境影響報(bào)告書［R］.

［5］ GB-3096-2008，聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［6］ GB/T15190-1994，城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范［S］.

中圖分類號(hào)：U44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A