高速公路通城市路段聲環(huán)境影響防治對策研究

劉 歡

（1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，北京100088；2.國家環(huán)境保護(hù)道路交通噪聲控制工程技術(shù)中心，北京100088；3.公路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點實驗室，北京100088）

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，城市數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市發(fā)展的區(qū)域集群化趨勢日益明顯，通城市區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)更加密集。但同時，交通基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營對環(huán)境的影響也逐漸顯現(xiàn)，其中最引人關(guān)注的就是交通噪聲導(dǎo)致的沿線區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量的下降。近年來人們環(huán)保意識普遍提高，對交通噪聲污染的投訴逐步占到環(huán)境訴訟事件的首位[1]，特別是對于高速公路通城市路段噪聲投訴不斷增加。因此，亟需提出有效的通城市路段的聲環(huán)境保護(hù)對策，解決好關(guān)系人民群眾切身利益的實際問題，促進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營的可持續(xù)發(fā)展。

通城市路段因其道路復(fù)合形式、車輛組成特點、周邊建筑分布密集等特殊性，單一的噪聲防治技術(shù)很難解決其噪聲問題，治理難度較大。陸玨等[2]針對高架復(fù)合道路周邊既有住宅建筑特性提出隔聲改造設(shè)計技術(shù)；俞悟周[3]根據(jù)不同的噪聲分布特性和地面道路，研究預(yù)測高架道路聲屏障對路面高度附近的區(qū)域降噪效果；王庭佛等[4]從工程應(yīng)用角度介紹城市高架道路上全封閉聲屏障的設(shè)計及施工情況；林道錦等[5]給出半封閉聲屏障與降噪伸縮裝置結(jié)合使用的降噪方案；黃惠瑩[6]建議采取建設(shè)直立式聲屏障、綠化降噪、在噪聲敏感建筑物安裝隔聲窗等隔聲措施，同時對高速公路實施區(qū)間限速、增加路面瀝青厚度、敷設(shè)吸聲材料等降噪措施，以期取得良好的降噪效果。

綜上可見，傳統(tǒng)的高速公路或城市道路交通噪聲防治對策并不能直接應(yīng)用于通城市路段，現(xiàn)有研究僅從不同層面進(jìn)行了初步的技術(shù)探討和研發(fā)。鑒于此，本文基于通城市路段交通噪聲特性的系統(tǒng)性分析，擬從土地、城市和交通規(guī)劃相結(jié)合的規(guī)劃控制，采取低噪聲路面、聲屏障、臨街建筑噪聲防護(hù)等技術(shù)控制，和限速、禁鳴等管理方法多措施并舉，提出通城市路段的高架復(fù)合道路交通噪聲綜合治理對策。

1 通城市路段交通噪聲特性

1.1 高速公路通城市路段的特點

高速公路通城市路段是城市對外交通的主要連接通道[7]，路段多位于城市的寸土寸金區(qū)域，一般而言兩側(cè)高層建筑林立，噪聲敏感點眾多。為實現(xiàn)既有城市道路與高速公路的有效連接，我國越來越多的城市在通城市路段選擇建設(shè)由上層高架道路與下層地面道路共同組成的立體交通道路系統(tǒng)，即高架復(fù)合道路，以增加交通流量，提高通行速度，改善交通擁堵[8]。高速公路通城市路段具有如下特點：（1）車速快、車道多、車流量大，明顯高于一般道路；（2）由于接近城市，道路沿線兩側(cè)建筑物密度大，人口分布密集，周邊建筑物多為高層建筑。

1.2 高速公路通城市路段交通噪聲的主要特點

基于高速公路通城市路段多與地方道路構(gòu)成高架復(fù)合道路的特點[9]，與高層敏感建筑物高差差異使得其噪聲分布特性也有所改變，特別是對于“共用走廊帶”高架橋，不同于一般的高架橋和交通干道，除了道路本身的交通噪聲傳播特點之外，其噪聲還具有“復(fù)合性”，主要表現(xiàn)在：

（1）原有道路噪聲的貢獻(xiàn)量不可忽視

對于“共用走廊帶”的高架道路，由于高架橋聲源高度相對較高，而原有地面道路的背景噪聲的聲源高度相對較低，其聲場分布為二者的疊加，而地面道路和高架路交通噪聲對不同樓層的影響又有很大差別。因此在高架道路交通噪聲治理過程中應(yīng)特別注意。

（2）高架橋“屏障”作用。

一方面由于高架橋聲源高度較高，對距離較近的樓層較低的敏感目標(biāo)，存在一定的聲影區(qū)范圍，見圖1。另一方面出于安全考慮，高速公路高架橋一般都會在兩側(cè)設(shè)有一定高度的防護(hù)欄，同時也可視為天然的聲屏障，若聲波從各行車道中心點傳出，則高架橋的立體結(jié)構(gòu)會對聲波傳遞形成一定的影響，對高架橋兩側(cè)的敏感目標(biāo)形成了保護(hù)。

（3）地面反射

共用走廊帶時，地面道路交通噪聲在傳播過程中遇到高架橋下橋面時，由于聲波的反射作用，會發(fā)生多次發(fā)射，橋下的交通噪聲是反射聲與衍射聲的疊加，使得橋面與路面之間的噪聲形成一定的混響效果，見圖2。因此，在預(yù)測分析和噪聲控制時需要適當(dāng)考慮高架橋兩側(cè)較低樓層的噪聲受反射聲的影響。

圖1 高架橋的“屏障”作用

圖2 高架橋下的地面反射

(4）高架道路噪聲垂直聲場分布特征

聲場上移，且影響增大。由于聲源為立體聲源，因此在垂直方向上的影響增大。高架橋建設(shè)后道路兩側(cè)高層建筑交通噪聲垂直聲場一般會上移，高層建筑較建橋前聲級升高。同時，由于高架橋本身對上、下層交通噪聲的遮擋會使其高度以下樓層或以上樓層出現(xiàn)一噪聲低值。就高架橋上的車流引起的噪聲影響而言，隨著臨路建筑物高度的增加，噪聲級逐漸增大，在某一高度上達(dá)到最大值后，噪聲值隨高度增加而減小。

1.3 交通噪聲監(jiān)測實例

選取某城市高速公路通城市路段沿線小區(qū)作為聲環(huán)境調(diào)查對象，上部高架橋梁是為通城市高速路，橋下是城市道路，見圖3。高速公路和地面道路均為雙向六車道，地面中間兩車道為BRT快速公交專用車道，另外4條為社會機(jī)動車道，機(jī)動車道與非機(jī)動車道之間設(shè)置3 m綠化帶，自行車、行人考慮慢行一體化，寬10 m。測試期間車流量6 908 輛/小時～8 018 輛/小時，其中上部高架橋4 734 輛/小時～5 162輛/小時，約占全部車流量的2/3，各時段車流量基本穩(wěn)定。高架橋車流以小車為主，有部分中型車，地面車流有大量摩托車、電動三輪車，以及部分公交車、大客車。

圖3 高速公路通城市路段

對距離路中心線不同距離的高層住宅樓噪聲晝間不同時段進(jìn)行多次監(jiān)測取均值。監(jiān)測結(jié)果見表1和圖4。

表1 距路中心不同距離不同樓層測試結(jié)果

1.4 交通噪聲特征小結(jié)

圖4 距路中心不同距離不同樓層測試結(jié)果

由測試實例可見，高架復(fù)合道路由于雙層路面交通噪聲的疊加影響，不同區(qū)域噪聲空間傳播存在差異，距離路中心不同位置的噪聲縱向分布不盡相同，總體趨勢在低層由于高架聲影區(qū)會在某個樓層有一個低點，樓層達(dá)到一定高度后（距離地面道路約30 m左右，相當(dāng)于9～13層樓），噪聲出現(xiàn)峰值，距離路線越遠(yuǎn)峰值出現(xiàn)的樓層越高；樓層繼續(xù)升高時,噪聲值再次降低。距離路線較遠(yuǎn)時高樓層的噪聲隨距離衰減較慢，基本和距離較近的噪聲一致。由此可見，高速公路通城市路段聲場較為復(fù)雜，對策治理必須綜合考慮各種影響因素。

2 通城市路段交通噪聲防治對策

2.1 基本原則

由于交通噪聲源與工業(yè)企業(yè)、建筑施工等噪聲源不同，道路作為交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，以其快捷靈活覆蓋面廣的特點成為區(qū)域內(nèi)或區(qū)域和區(qū)域之間實現(xiàn)全方位聯(lián)系的紐帶，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。為了滿足居民出行和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，道路的建設(shè)和交通流量的增加使得交通噪聲的影響不可避免。交通噪聲的治理需結(jié)合現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展條件，以滿足人民對美好生活向往的需要為出發(fā)點，盡最大可能降低噪聲影響。因此一般很難通過噪聲管制手段（如限期達(dá)標(biāo)、停產(chǎn)停業(yè)）解決其污染問題，須在合理規(guī)劃的前提下，根據(jù)噪聲這種物理性污染的特點，從“源”、“途徑”、“受體”三方面入手，分層次控制。結(jié)合通城市路段交通噪聲特點，本文從規(guī)劃、管理、技術(shù)三個層面提出防治對策。

2.2 防治對策

2.2.1 規(guī)劃對策

為解決道路建成后，周邊噪聲敏感建筑物受交通噪聲影響，被動治理且治理效果不甚理想的局面，應(yīng)從規(guī)劃角度控制源頭：

（1）交通規(guī)劃與土地利用規(guī)劃相結(jié)合。由于城市的規(guī)模、布局、道路網(wǎng)形式、人口分布和密度、功能區(qū)劃、土地利用等因素對通城市高速公路（包括交通強(qiáng)度、流向、流量分布等）有重大影響，相應(yīng)地也對其交通噪聲產(chǎn)生影響，應(yīng)在土地利用規(guī)劃中，合理確定城市各區(qū)域的功能區(qū)劃、布局結(jié)構(gòu)，解決通城市道路交通噪聲問題。

（2）交通規(guī)劃與城市發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合。將通城市道路納入城市規(guī)劃中，合理布局通城市道路與城區(qū)道路的連接，在方便城市交通出行的同時，有效避開集中噪聲敏感區(qū)域，適時分流，減緩大型運(yùn)輸車輛進(jìn)入城市核心區(qū)域，同時減緩?fù)ǔ鞘械缆穼Τ鞘袇^(qū)域的交通噪聲的影響。

（3）交通規(guī)劃與敏感建筑區(qū)域規(guī)劃相結(jié)合。堅持以預(yù)防為主的原則，從長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展的角度，合理規(guī)劃道路交通與鄰近建筑物布局；對噪聲防治目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃，對特定區(qū)域建立噪聲治理目標(biāo)制度，在現(xiàn)有規(guī)劃無法解決的情況下，嘗試?yán)每茖W(xué)的聲景觀設(shè)計，改善居民的聲環(huán)境體驗。建立噪聲污染防治規(guī)劃，城市建設(shè)規(guī)劃設(shè)計上與城市聲環(huán)境保護(hù)規(guī)劃同步進(jìn)行。

2.2.2 控制技術(shù)對策

1）低噪聲路面

低噪聲路面主要是通過采用不同路面材料的路面結(jié)構(gòu)來控制輪胎路面噪聲，通常降噪效果在3 dB～6 dB。不同路面材料具有不同的阻尼系數(shù)、吸聲系數(shù)以及不同的孔隙率，從而影響路面的聲學(xué)性能[10]。目前我國普遍采用的低噪聲路面形式是單層多孔瀝青路面，同時部分地區(qū)也開始采用薄層路面。通過監(jiān)測表明，一般情況下高速公路通城市路段交通噪聲存在三個主要峰值，分別在63 Hz～80 Hz、250 Hz～315 Hz、800 Hz～1 250 Hz。同時，由于低頻會被衰減掉的特征，多重點針對250 Hz～315 Hz和800 Hz～1 250 Hz范圍內(nèi)的噪聲峰值進(jìn)行噪聲防治設(shè)計。當(dāng)單層多孔降噪路面無法滿足同時對兩個頻帶噪聲進(jìn)行吸收以達(dá)到降噪設(shè)計的要求時，一般需要考慮設(shè)置雙層多孔降噪路面。

在高速公路通城市道路改擴(kuò)建路段，低噪聲路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計及改造方式需要根據(jù)舊路面進(jìn)行綜合評價，結(jié)合縱、橫斷面調(diào)坡設(shè)計，路面磨損程度及路面結(jié)構(gòu)承載能力等因素，滿足路面標(biāo)高和厚度控制要求，并充分考慮橋涵銜接和路線順接進(jìn)行設(shè)計，選用直接加鋪或銑刨的方案。

2）聲屏障降噪

聲屏障作為一種通過控制交通噪聲傳播途徑來降低交通噪聲的措施，由于其簡單、實用、可行、有效，成為交通環(huán)境保護(hù)中的一項重要手段。特別是在高速公路，或城市道路規(guī)劃已無法更改的住宅區(qū)建筑已形成，用聲屏障降低交通噪聲就成為首選方案。

對于通城市道路兩側(cè)的高層建筑物，由于其大部分樓層主要受到直達(dá)聲的影響，從噪聲治理的技術(shù)角度分析，全幅封閉式聲屏障是解決交通噪聲影響的最有效方式，在日本、加拿大都已采用，2003年我國南京市惠民三期跨線橋上首次安裝了全封閉聲屏障[11]，得到了居民的認(rèn)可。近年來，全國范圍內(nèi)全封閉聲屏障的建設(shè)安裝已逐漸趨于成熟，越來越多的工程實例得以實施。

下例選擇北京榆樹館橋全封閉聲屏障進(jìn)行降噪效果驗證。榆樹館橋為雙向四車道，設(shè)計車速80 km/h，小時交通量約為2 300輛，測試結(jié)果見表2。

表2 聲屏障降噪效果測試結(jié)果（單位：dB）

由測試結(jié)果可見，全封閉聲屏障降噪效果較好，全封閉聲屏障中斷在距路肩40 m 處降噪效果可達(dá)到20 dB。不同的屏體材料，全封閉式聲屏障的降噪效果會有差異，但總體而已，全封閉聲屏障可大大減少直達(dá)聲對高層敏感目標(biāo)的影響。

全封閉聲屏障設(shè)計中需要重點考慮的問題：

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颍ㄌ貏e是風(fēng)）特點，在確保交通安全基礎(chǔ)上，選擇合理的聲屏障結(jié)構(gòu)型式和材料，在滿足聲學(xué)要求的同時，確保主體工程、附屬工程和聲屏障工程的安全可靠?？紤]風(fēng)載、地震荷載、自重彎矩等荷載對結(jié)構(gòu)的要求，應(yīng)選取與荷載相適應(yīng)并具一定保守系數(shù)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和連接強(qiáng)度。主要設(shè)計依據(jù)為：基本設(shè)計風(fēng)速、地震基本烈度、整體跨度。聲屏障工程若處于大橋的主橋和輔橋位置，應(yīng)考慮主橋和輔橋交接處的構(gòu)造過渡處理，不可留有縫隙存在漏聲。

聲屏障結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)確保全封閉聲屏障內(nèi)合理的凈空高度，確保聲屏障內(nèi)的行車安全，同時為了防止超高車輛撞擊聲屏障，在聲屏障的兩端外側(cè)10 m外應(yīng)設(shè)置防撞裝置，并在聲屏障前50 m處設(shè)置顯著的限高警示牌。一般聲屏障凈空高度為橋梁護(hù)欄底座以上5.0 m，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)抗風(fēng)載能力整體穩(wěn)定性要求，同時也充分考慮抗車撞擊偶然荷載的影響，確保屏體自身結(jié)構(gòu)安全和主體結(jié)構(gòu)的安全。

(2)聲學(xué)設(shè)計

根據(jù)周圍敏感目標(biāo)降噪要求，全封閉聲屏障聲學(xué)設(shè)計要重點考慮全封閉聲屏障屏體的隔聲量，同時注重端口繞射和喇叭口效應(yīng)。一般聲屏障屏體自身的隔聲量比其設(shè)計降噪量至少大10 dB，全封閉聲屏障端口延伸長度滿足繞射聲和喇叭口效應(yīng)不影響周邊敏感點。

考慮到內(nèi)部混響聲場和光線對司乘人員的影響，全封閉聲屏障還應(yīng)考慮全封閉聲屏障在材料布置上，要求其吸聲面積、透光面積達(dá)到合適的比例，采用吸聲板和采光板，同時為滿足吸聲板和采光板的隔聲性能都應(yīng)滿足：平均隔聲量≥30 dB（1/3 倍頻程，125 Hz～4 000 Hz）。吸聲板應(yīng)滿足平均吸聲系數(shù)≥0.70（1/3倍頻程，125 Hz～4 000 Hz）。在聲屏障頂部兩側(cè)橫向一定區(qū)域內(nèi)采用透光材料，透光率≥0.85，能夠達(dá)到一定的采光效果。

(3)通風(fēng)設(shè)計

全封閉聲屏障長度較長時，形同“隧道”，應(yīng)考慮CO 污染及煙霧的影響進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計，達(dá)到《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》（JTJ026.1－1999）的相關(guān)要求。該聲屏障的標(biāo)準(zhǔn)斷面可按類似“交通流隧道”形式進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計與計算。合理布置通風(fēng)系統(tǒng)，確定通風(fēng)形式。并考慮通風(fēng)設(shè)施的漏聲問題。

(4)景觀要素

通城市路段高速公路聲屏障設(shè)計中要特別重視景觀要素，防止廊道效應(yīng)、防止眩光、減少對司機(jī)的視線和線形判斷的影響。聲屏障對近道路建筑物低層處有視野阻擋，使人產(chǎn)生壓抑感。通過在聲屏障與建筑物之間種植林木和灌木，或結(jié)合透明型（或半透明）聲屏障，可以起到緩和作用。通過外觀造型設(shè)計、選用合適顏色、材料質(zhì)感和采取綠化等措施來彌補(bǔ)對原有環(huán)境造成的不協(xié)調(diào)。如：墻體在高度過渡處，避免突變，聲屏障的表面顏色，建議采用由下往上顏色變淺或有流暢圖案，且墻的色彩應(yīng)不引人注目，城區(qū)路段多使用輕盈并透明的屏體材料等。

(5)聲屏障實際降噪效果的影響因素分析

在聲屏障設(shè)計與施工過程中有很多工況條件達(dá)不到理想狀態(tài)，影響聲屏障的實際降噪效果。為了取得最佳的降噪效果，應(yīng)注意在以下幾個方面做好降噪措施的處理：通風(fēng)設(shè)施的漏聲；橋梁振動引起箱梁共振及鋼結(jié)構(gòu)振動的輻射噪聲；聲屏障端口噪聲繞射；聲屏障材料性能及施工質(zhì)量。

(6)屏體緊急疏散出口

由于全封閉聲屏障整體上處于封閉狀態(tài)，屏障內(nèi)車輛及人員一旦出現(xiàn)危急情況，由于屏障體整體連續(xù)長度較長，后果將不堪設(shè)想。因此在滿足主體工程養(yǎng)護(hù)和聲屏障養(yǎng)護(hù)的要求的同時，從風(fēng)險角度論證是否考慮設(shè)置屏體緊急疏散出口，并設(shè)計明顯標(biāo)志引導(dǎo)。

3）臨街建筑噪聲防護(hù)

采用隔聲量大于30 dB 以上的高效隔聲門窗，是臨街建筑噪聲防護(hù)的重要措施。根據(jù)不同的使用環(huán)境選用固定式隔聲窗、平開式隔聲窗、推拉式隔聲窗、消聲通風(fēng)窗等。

2.2.3 管理對策

利用交通管理手段，合理控制交通參數(shù)，可以降低敏感路段的交通噪聲。

（1）通過對通城市路段高速公路接近城市區(qū)域的物流樞紐至路段進(jìn)行適當(dāng)分流，減小集中進(jìn)入城市的的大型車比例，同時進(jìn)行限速管理，可以達(dá)到減少單車輻射聲級，進(jìn)而減少交通噪聲對沿線敏感目標(biāo)影響的目的。

（2）在通城市高速路段，經(jīng)過噪聲敏感區(qū)域，設(shè)禁鳴標(biāo)志，嚴(yán)格限制機(jī)動車鳴笛。統(tǒng)計顯示，鳴笛噪聲能量占交通噪聲能量的20%～40%，在采取禁鳴措施后，平均噪聲可降低1 dB～3 dB，交通噪聲污染可得到明顯改善。

（3）全面實施機(jī)動車輛噪聲限制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國的機(jī)動車輛噪聲限制標(biāo)準(zhǔn)體系，對于新上路車輛和在用車輛，分別采取加速行駛噪聲限制標(biāo)準(zhǔn)和定制噪聲限制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格檢測，逐步采取年檢和準(zhǔn)入機(jī)制，從源頭降低交通噪聲的影響。

3 聲環(huán)境影響防治實例

諸永高速公路溫州段延伸工程（溫州甌江過江通道）屬于典型的通城市高速公路高架復(fù)合道路，為保護(hù)沿線聲環(huán)境，項目采取了綜合控制對策：

（1）從管理角度，根據(jù)公路運(yùn)行后實際情況，采取了對交通量進(jìn)行限流與分流等措施。同時，采用禁鳴、快慢車道隔離、設(shè)置限速、禁鳴標(biāo)志等，限制車輛速度及鳴笛，以減小噪聲影響。

（2）從控制技術(shù)方面，結(jié)合區(qū)域氣候特點采取了路面噪聲較低的低噪聲路面，敏感路段設(shè)置全封閉聲屏障以解決噪聲污染問題，并在采光、通風(fēng)、吸聲等角度進(jìn)行綜合設(shè)計。項目綜合控制措施的實施取得良好的環(huán)境效益。

4 結(jié)論與展望

本文通過對高速公路通城市路段交通噪聲特性的研究，分析了高速公路通城市路段交通噪聲的特性、交通噪聲的影響特點。針對其噪聲空間分布和治理難的特點，從規(guī)劃、管理、技術(shù)等多角度系統(tǒng)總結(jié)了高速公路通城市路段交通噪聲控制的綜合對策，提出了適合高速公路通城市路段周邊高層建筑噪聲控制的低噪聲路面和全封閉聲屏障設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)要點，可為今后通城市路段高速公路交通噪聲控制提供參考。