高速公路改擴建施工期降噪措施的有效性

王 毅 ， 馬鵬飛 ， 李凌云 ， 陳軍鋒

(1.青海交通投資有限公司，青海 西寧 810003; 2.中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100088)

0 引 言

隨著中國交通建設(shè)步伐的穩(wěn)步加快，高速公路雖然使得公眾出行更加便捷，但其施工期間也給沿線居民帶來了噪聲污染。高速公路改擴建施工階段的噪聲主要來源于2個方面：一是在施工過程中，由于使用挖掘機、推土機、裝載機、壓路機、攤鋪機以及各種建材運輸車輛而產(chǎn)生的噪聲污染[1]；二是在舊通車路段的運營過程中，汽車車體振動、發(fā)動機運轉(zhuǎn)、輪胎與路面磨擦、鳴喇叭以及公路沿線提供各種服務(wù)的設(shè)施、設(shè)備產(chǎn)生的交通噪聲。這些噪聲在公路沿線形成一條噪聲帶[2-3]，對臨街生活區(qū)造成影響，尤其對公路兩側(cè)人口密度較大的敏感區(qū)域(學(xué)校、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)等)的干擾較為突出。

高速公路在改擴建施工期間使用的施工機械種類繁多，不同建設(shè)階段與施工路段需要的機械不一樣；即使是在同一路段某一相同施工階段，各種施工機械的使用頻率及使用方式也不盡相同[4]。因此，在改擴建施工期由于施工而產(chǎn)生的噪聲并無顯著的規(guī)律可循。在高速公路改擴建整個項目的空間尺度上，施工產(chǎn)生的噪聲污染只存在于使用機械設(shè)備時的局部區(qū)域，并且隨著與施工場地距離的增加而衰減。通常情況下，單個施工機械的噪聲影響范圍在幾百米之內(nèi)，并且隨著施工的結(jié)束，噪聲污染也將消失。汽車運行過程中產(chǎn)生的交通噪聲則分散于整個高速公路沿線區(qū)域，具有持續(xù)性，貫穿整個高速公路服役期，治理相對困難。雖然汽車運營產(chǎn)生的交通噪聲明顯具有不確定性，但在一定的時間尺度內(nèi)，某一接收點的交通噪聲聲級呈現(xiàn)一定的規(guī)律[5]。

隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)快速深入的發(fā)展，其功能持續(xù)完善，表現(xiàn)手法愈加豐富，結(jié)果展示也愈加直觀。由于噪聲數(shù)據(jù)擁有明顯的時空分布特征，運用GIS強大的數(shù)據(jù)處理能力、空間分析能力以及圖形可視化能力來評價高速公路聲環(huán)境的研究已取得一定進展，但其主要集中在噪聲分布規(guī)律及道路周圍離散點的噪聲預(yù)測評價[6-11]。如樊風(fēng)雷等[12]實測一處3棟臨街高層建筑城市噪聲數(shù)據(jù)，通過GIS的空間分析和地統(tǒng)計分析探究了城市噪聲在垂直空間上的分布規(guī)律；王建華等[13]針對單模型預(yù)測和評價噪聲的局限性，提出了一種基于GIS的利用多模型進行道路噪聲預(yù)測和評價的方法。高速公路噪聲控制措施也受到越來越多學(xué)者的關(guān)注，主要有聲屏障、隔聲窗、綠化帶、環(huán)保搬遷、建筑物使用功能置換、房前修建加高圍墻等[14-18]。如宋帥[19]對比分析國內(nèi)外常見的各類聲屏障的降噪效果及其適用范圍，使高速公路敏感目標(biāo)處聲屏障選型有據(jù)可依；明雷[20]研究了道路林帶和3種典型綠籬對交通噪聲的衰減效果，并基于綠化帶的降噪特性歸納出了道路景觀降噪設(shè)計的優(yōu)化方案。如何利用基于GIS的噪聲環(huán)評結(jié)果，為高速公路改擴建施工中的沿線敏感點選擇合理的降噪措施依舊是高速公路改擴建的一大難題。

本文依托青海省扎麻隆至倒淌河高速公路改擴建工程，選取高速沿線具有代表性的聲環(huán)境敏感點，對其降噪效果進行實測；并根據(jù)敏感點周圍工程環(huán)境及噪聲污染的實際情況，結(jié)合施工階段噪聲污染的特點，對降噪措施的有效性及噪聲達標(biāo)情況進行分析，提出有針對性的降噪措施，為高速公路改擴建施工期環(huán)境保護提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

該高速公路地處青藏高原東部，東經(jīng)100°57′～101°27′，北緯36°23′～36°41′(圖1)。路線起點位于西寧市多巴鎮(zhèn)扎麻隆村附近，接國家高速公路西寧南過境段(西寧南繞城高速公路)，終點與京藏高速倒淌河至共和段相接，總體呈東北向西南走向，路線全長65.207 km，其中沿舊路加寬改建八車道里程為13.47 km，整幅新建四車道里程為51.737 km。扎麻隆至倒淌河公路改擴建工程于2016年4月開工建設(shè)，目前尚處于主線路基土建階段，全線施工便道均已修筑完成，各標(biāo)段所屬涵洞均已開始修建，橋梁樁基施工均已展開。

2 監(jiān)測點位與方法

2.1監(jiān)測點位

本工程評價范圍內(nèi)分布有35處聲監(jiān)測目標(biāo)，其中學(xué)校7處，養(yǎng)老院1處，其余27處。依據(jù)《扎麻隆至倒淌河段公路環(huán)境影響報告書》制定該項目的沿線聲環(huán)境保護目標(biāo)?？紤]到施工過程對敏感點及重點保護目標(biāo)的影響，在5個敏感點分別布設(shè)5處監(jiān)測點，具體見表1。

2.2 監(jiān)測方法

由于噪聲監(jiān)測點全部位于地形平坦地區(qū)，下墊面基本一致，且所有監(jiān)測工作是在同一天實施完成的，監(jiān)測當(dāng)天天氣狀況良好，因此各處所采用的監(jiān)測方法相同。噪聲監(jiān)測儀器選用的是AWA5680型多功能聲級計，測量精度為0.1 dB，測量范圍為30～130 dB。儀器已經(jīng)過計量部門檢定，測量前以及測量后都需要使用AWA6221B型聲級校準(zhǔn)器進行校準(zhǔn)，且前后兩次校準(zhǔn)的偏差不得超過0.5 dB。測量方法參照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096—2008)。測量結(jié)果用連續(xù)等效A聲級表示。在規(guī)定時間內(nèi)監(jiān)測一天，每個測點測量一次噪聲值，每次監(jiān)測20 min連續(xù)等效聲級Ld(A)。因本項目前期施工階段無夜間施工，故只對白天噪聲進行監(jiān)測及評價。

表1 敏感點情況

3 降噪措施的選擇及效果分析

3.1 降噪措施

(1)聲屏障。聲屏障一般是指由各種隔聲或吸聲材料制作而成，設(shè)置在噪聲源和接收點中間的裝配。其功能是阻斷噪聲的直接傳播，并吸收噪聲使其衰減。隨著科技的不斷進步與隔聲、吸聲材料種類的日益增多，設(shè)置聲屏障降噪基本可以達到所有常規(guī)交通降噪的需求，且占地小、強度高、自重輕、可裝配式施工、易維護，因此聲屏障成為了國內(nèi)外控制道路交通噪聲普遍認(rèn)可的方法。

(2)隔聲窗。為了確保高速公路沿線兩側(cè)建筑物的室內(nèi)聲環(huán)境滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，將朝向公路一側(cè)建筑物的窗戶加裝隔聲窗是一種常用的方法。目前常見的是通風(fēng)消聲隔聲組合窗，它是由具有良好隔聲性能的雙層玻璃窗和具有消聲功能的通風(fēng)(氣)通道組合而成，適用于分布零散的敏感點。設(shè)計良好的隔聲窗的隔聲量一般可以達到20～30 dB(A)，適用于規(guī)格統(tǒng)一的公共建筑物，或者噪聲污染情況十分嚴(yán)重、建筑構(gòu)造良好的建筑物。雖然隔聲窗降噪的降噪程度顯著、費用適中、適應(yīng)性強，但只能降低室內(nèi)噪聲，且需與居民溝通后才能實施。

(3)綠化帶。綠化帶并不能像聲屏障或隔聲窗那樣有效地隔離噪聲傳播，但是由于植物枝葉不平、層次多、表面柔軟，能夠引起亂反射從而減弱噪聲，吸聲能力勝過粗糙的墻壁，可以有效地減少噪聲的反射。綠化帶的植被種類、種植寬度、樹冠高度、枝葉密度以及季節(jié)變化等是影響其降噪效果的主要因素。在噪聲源與建筑物之間設(shè)置的綠化帶一般選擇葉片生長周期較短、四季常綠或落葉期短的喬木和灌木，綠化帶長度最好能夠覆蓋噪聲敏感目標(biāo)沿道路方向的長度。喬木盡量選擇枝葉茂密的高樹，枝干下部要低，灌木盡量與喬木高矮搭配。根據(jù)經(jīng)驗，靠近噪聲源植樹比靠近敏感目標(biāo)植樹降噪效果更好。由于植被占地面積較多，綠化帶降噪對一些擁擠或窄小的路段并不適用。

3.2 降噪效果分析

降噪效果試驗將噪聲監(jiān)測點布設(shè)在各降噪措施中部，各布設(shè)3個測點，同時在與測點附近環(huán)境條件相似的無降噪措施位置上設(shè)置對照點，如圖2所示。監(jiān)測方法與敏感點噪聲監(jiān)測相同，得到各點的等效連續(xù)A聲級，見表2。

圖2 綠化帶降噪效果試驗現(xiàn)場監(jiān)測

從表2可以看出，3種降噪措施都能在一定范圍內(nèi)有效降低噪聲。本研究中，3種降噪措施的降噪效果對比試驗所選擇的監(jiān)測點與對照點相距較近，下墊面基本類似，監(jiān)測期間除了施工機械產(chǎn)生的噪聲和交通噪聲以外，沒有其他噪聲聲源干擾。高速公路的車流量較大，聲源條件相對較好，降噪措施的插入損失普遍較好。統(tǒng)計結(jié)果顯示：隔聲窗降噪效果最好，平均插入損失在24～30 dB；聲屏障次之，平均插入損失在8～14 dB；綠化帶最弱，平均插入損失在4～6 dB。

表2 降噪效果監(jiān)測結(jié)果 dB

3.3 降噪措施的選擇

反距離權(quán)重(Inverse Distance Weighted，IDW)插值屬于空間確定性插值，是基于研究區(qū)域相近相似原理，由已知點來創(chuàng)建表面。本文應(yīng)用ArcGIS軟件的反距離權(quán)重法程序，對敏感點實測噪聲數(shù)據(jù)(表3)進行空間分析，得到道路全線無降噪措施背景噪聲數(shù)據(jù)，如圖3所示。

表3 敏感點實測噪聲值

圖3 無降噪措施背景噪聲緩沖

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096—2008)，2類區(qū)域晝間的限值為60 dB，4a類區(qū)域晝間的限值為70 dB。ArcGIS反距離權(quán)重插值處理的敏感點噪聲數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)噪聲均未超過4a類標(biāo)準(zhǔn)極限，4.91%的區(qū)域噪聲超過2類標(biāo)準(zhǔn)極限，主要位于路線起點到東峽鄉(xiāng)路段區(qū)域。

下脖項緊鄰G109，施工便道借用了原有鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路，實測噪聲值能達到61.7 dB。盡管實測數(shù)據(jù)中沒有超出噪聲限值70 dB，但是有理由相信在某一時段，距離施工便道更近的點實際噪聲值有超出4a類區(qū)域晝間限值的可能。若有大型車輛經(jīng)過時，該瞬時敏感點的噪聲值可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過70 dB，因此該路段需采取降噪措施。評價范圍內(nèi)共82戶，隔聲窗安裝戶數(shù)較多，需與村民溝通后實施，有一定難度；居民房布置緊密，有圍墻，對噪聲起到了一定的衰減作用，聲屏障可達到較佳降噪效果。村莊距離公路84 m，有空地，還可以配合種植綠化帶輔以降噪。

響河村與東峽鄉(xiāng)緊鄰G109，響河村距離工程新建隧道口約80 m，這2處實測噪聲值也較高，實際情況與下脖項相似，也可選擇聲屏障來達到最佳降噪效果。

湟源敬老院距離施工區(qū)域較遠(yuǎn)，且湟源南互通高邊坡靠縣一側(cè)土方工程基本完成，沒有大型機械施工，其主要噪聲為經(jīng)過施便道的運輸車輛。由于敬老院還在建設(shè)中，其規(guī)格統(tǒng)一，安裝隔聲窗不僅可最大程度地降低噪聲，而且沒有溝通障礙，因此推薦采用隔聲窗措施。

蒙古道村路右緊鄰湟倒一級路，路左靠近隧道，由于施工便道并未借用蒙古道村原有路，因此距離敏感點較遠(yuǎn)(54 m)，且施工便道的設(shè)置與敏感點平行，運輸車輛的影響較小。若在該段設(shè)置聲屏障，兩幅路基中間需要設(shè)置2處，投資較高，且村莊被夾在聲屏障中間，該處村民視野受阻；評價范圍內(nèi)共141戶，不推薦采用隔聲窗；該段噪聲值低，且村莊與公路之間有可利用的土地，因此推薦采用綠化帶來降低噪聲。

綜上所述，在各敏感點采用推薦的降噪措施后，可以得到道路全線背景噪聲緩沖情況，如圖4所示?？臻g分析結(jié)果顯示，采用推薦降噪措施后，研究區(qū)噪聲均未超過標(biāo)準(zhǔn)極限，降噪措施有效、合理。

圖4 設(shè)置推薦降噪措施后的背景噪聲緩沖

4 結(jié) 語

本文依托青海省扎麻隆至倒淌河高速公路改擴建工程，對施工期間的臨街噪聲進行了實地監(jiān)測與分析，取得的成果和結(jié)論如下。

(1)噪聲監(jiān)測結(jié)果表明，隔聲窗的降噪效果最好，聲屏障次之，綠化帶最差，選擇合理的降噪措施將給高速公路臨街路段的住戶提供一個良好的生產(chǎn)生活環(huán)境。

(2)每種降噪措施都具有其特定的優(yōu)缺點與適用范圍，在敏感點設(shè)置降噪措施時，應(yīng)根據(jù)其所在區(qū)域及周圍情況、與路線的關(guān)系等，對各降噪措施的降噪效果、可行性、投資、占地等進行綜合比選論證，選擇最合適的一種措施或幾種組合措施。

(3)由于高速公路改擴建施工噪聲無規(guī)律且運營噪聲具有持續(xù)性，應(yīng)加強高速公路沿線對敏感點噪聲的跟蹤監(jiān)測，驗證噪聲防護措施的有效性。在公路運營遠(yuǎn)期對沿線聲環(huán)境影響范圍擴大的情況下，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時采取進一步的噪聲防治補充措施，確保公路沿線敏感目標(biāo)聲環(huán)境達標(biāo)。