城市軌道交通工程施工噪聲污染管控技術(shù)研究

陳 浩，趙文文，王大鵬

（南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210014）

0 引言

近年來，在“新基建”的熱潮下，軌道交通建設(shè)項(xiàng)目成為新風(fēng)口，為各地經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)提供了新的支撐點(diǎn)。全國(guó)各大城市紛紛大力發(fā)展軌道交通建設(shè)，軌道交通施工噪聲成為影響城市環(huán)境的重要因素。過量的噪聲會(huì)影響周邊居民的工作效率，危害居民身心健康，嚴(yán)重影響他們的正常生活和工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全國(guó)噪聲污染舉報(bào)中，建設(shè)施工噪聲成為群眾關(guān)注焦點(diǎn)，舉報(bào)量占噪聲舉報(bào)的45.4%。由此可見，施工噪聲雖然時(shí)間短，污染面積小，但是已成為中國(guó)環(huán)境污染治理中的主要難點(diǎn)，嚴(yán)重干擾了居民正常生活，處理好這一問題是城鎮(zhèn)化建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。因此，城市軌道交通施工噪聲污染防治工作在軌道交通建設(shè)中尤為重要。

1 施工機(jī)械噪聲污染研究

地鐵的修建是一個(gè)漫長(zhǎng)的施工過程，需要使用各種大型工程機(jī)械長(zhǎng)期作業(yè)，施工車輛進(jìn)出場(chǎng)頻繁，產(chǎn)生的噪聲不免會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生持續(xù)的影響。高架線與車站施工所使用的施工機(jī)械主要有液壓成槽機(jī)、挖掘機(jī)、鉆孔機(jī)、裝載機(jī)、吊車、推土機(jī)、混凝攪拌機(jī)、空壓機(jī)、振搗棒、平地機(jī)等；地下線盾構(gòu)法施工使用的施工機(jī)械主要有推土機(jī)、空壓機(jī)、吊車、振搗棒、裝載車等[1]。本研究對(duì)地鐵施工的基坑開挖階段和主體結(jié)構(gòu)階段主要施工機(jī)械噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.1 施工噪聲監(jiān)測(cè)方案

本研究選取南京至句容城際軌道交通工程白水橋工區(qū)的施工場(chǎng)地進(jìn)行施工機(jī)械噪聲現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)如表1所示。

表1 施工噪聲環(huán)境排放監(jiān)測(cè)指標(biāo)Tab.1 Monitoring indexes of noise environmental emission in construction

本研究噪聲監(jiān)測(cè)采用杭州愛華AWA5688型多功能聲級(jí)計(jì)。為保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，每次測(cè)量前必須在安靜環(huán)境下對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行聲校準(zhǔn)。頻率計(jì)權(quán)選擇A計(jì)權(quán)，時(shí)間計(jì)權(quán)選擇F擋，施工機(jī)械監(jiān)測(cè)方案見表2。

表2 施工噪聲監(jiān)測(cè)方案Tab.2 Construction noise monitoring scheme

1.2 噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

表3 施工噪聲監(jiān)測(cè)樣本分布Tab.3 Distribution of construction noise monitoring samples

本研究共獲取監(jiān)測(cè)樣本75個(gè)，其中基坑開挖階段數(shù)據(jù)29個(gè)，主體結(jié)構(gòu)階段數(shù)據(jù)42個(gè)，施工場(chǎng)界監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)4個(gè)。為了增強(qiáng)樣本數(shù)據(jù)的可靠性，本研究剔除了各項(xiàng)指標(biāo)中明顯偏大和明顯偏小的監(jiān)測(cè)樣本，分析所用數(shù)據(jù)均來自處理后的有效樣本。

1.2.1 施工噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代表值如表4所示。

表4 各樣本監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代表值Tab.4 Representative value of monitoring data of each sample

結(jié)合圖表，可以得到以下結(jié)論：

（1）從噪聲排放水平（圖1）來看，圓盤鋸、切割機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)鎬4種施工機(jī)械的排放水平較高，其次是攪拌機(jī)、空壓機(jī)、長(zhǎng)臂挖機(jī)、挖土機(jī)和裝載機(jī)。

圖1 施工機(jī)械噪聲源的等效A聲級(jí)及其樣本偏差對(duì)比圖Fig.1 Comparison chart of equivalent A sound level of construction machinery noise source and its sample deviation

（2）從波動(dòng)情況（圖2）來看，風(fēng)鎬、圓盤鋸表現(xiàn)出了較大的波動(dòng)性，而大型施工機(jī)械波動(dòng)性較小，可見手持工具噪聲波動(dòng)性要普遍高于大型施工機(jī)械。波動(dòng)情況也可以從F擋峰值和F擋谷值的差值上得到驗(yàn)證。

圖2 施工機(jī)械噪聲源的F檔峰值和F檔谷值對(duì)比圖Fig.2 Comparison chart of peak value and valley value of F-gear of construction machinery noise source

2 施工噪聲傳播特征研究

2.1 衰減規(guī)律

由于施工現(xiàn)場(chǎng)有多個(gè)施工機(jī)械發(fā)出的噪聲源，因此預(yù)測(cè)點(diǎn)可能同時(shí)受到各噪聲源帶來的噪聲影響，可按照以下公式，計(jì)算多個(gè)噪聲源對(duì)預(yù)測(cè)點(diǎn)的疊加影響：

式中：LpT為n個(gè)噪聲源的噪聲在預(yù)測(cè)點(diǎn)疊加后的總的噪聲級(jí)；Lpi為第i個(gè)噪聲源單獨(dú)在預(yù)測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)。

施工現(xiàn)場(chǎng)的噪聲衰減主要為幾何發(fā)散引起的衰減。

施工機(jī)械的噪聲可近似視為點(diǎn)聲源處理，可按照以下公式，計(jì)算距離聲源不同距離處的噪聲值：

式中：Lp為距聲源r米處的施工噪聲預(yù)測(cè)值，dB（A）；Lp0為距聲源r0米處的噪聲參考值，dB（A）；

施工機(jī)械噪聲級(jí)L與距離r的變化關(guān)系如表5所示，由結(jié)果可知，施工機(jī)械的噪聲級(jí)隨著距離的增大而減小。

表5 施工機(jī)械噪聲距離衰減分析結(jié)果Tab.5 Analysis result of distance attenuation of mechanical noise in construction

2.2 達(dá)標(biāo)距離

根據(jù)《建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12523—2011），晝間限值70 dB，夜間限值55 dB。

表6 施工機(jī)械噪聲達(dá)標(biāo)距離Tab.6 Construction machinery noise standard distance

土石方階段的施工機(jī)械晝間達(dá)標(biāo)距離為9～51 m，達(dá)標(biāo)距離最大的是風(fēng)鎬，為51 m。挖土機(jī)、裝載機(jī)、長(zhǎng)臂挖機(jī)和空壓機(jī)的達(dá)標(biāo)距離在20 m以內(nèi)。因此土石方階段施工時(shí)，除風(fēng)鎬外的上述施工機(jī)械設(shè)備至少距離場(chǎng)界20 m以上施工，場(chǎng)界噪聲晝間才可能達(dá)標(biāo)。風(fēng)鎬施工應(yīng)距離場(chǎng)界至少51 m以上，并考慮采取降噪措施。

結(jié)構(gòu)階段的晝間達(dá)標(biāo)距離為62～93 m，施工設(shè)備在距離場(chǎng)界至少93 m以上，場(chǎng)界噪聲晝間有可能達(dá)標(biāo)。

2.3 噪聲預(yù)測(cè)模型

圖3 施工機(jī)械不同階段噪聲距離衰減規(guī)律Fig.3 Attenuation law of construction noise distance at different stages：earthwork stage（a）；structural stage（b）

根據(jù)上節(jié)提出的噪聲預(yù)測(cè)模式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，以白水橋站工區(qū)為例，采用Cadna/A預(yù)測(cè)軟件對(duì)施工噪聲影響進(jìn)行模型預(yù)測(cè)，該軟件主要計(jì)算依據(jù)包括HJ2.4—2009、RLS90 JIS09613等標(biāo)準(zhǔn)，并采用專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)認(rèn)可的方法進(jìn)行修正[2]，并已通過生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評(píng)估中心評(píng)審認(rèn)證，軟件可以三維模擬區(qū)域聲級(jí)分布[3]。

本研究進(jìn)行施工噪聲環(huán)境排放模擬的基本思路是：將施工場(chǎng)界假定為平面，各施工機(jī)械的噪聲源強(qiáng)均來自實(shí)測(cè)，對(duì)晝夜施工工況分別進(jìn)行模擬，晝間包含各類施工機(jī)械同時(shí)施工，夜間禁止使用大型高噪聲設(shè)備，如空壓機(jī)、挖土機(jī)和長(zhǎng)臂挖機(jī)，各施工機(jī)械實(shí)測(cè)噪聲源強(qiáng)見表7。晝夜間施工噪聲排放水平模擬結(jié)果見圖4。

圖4 晝間夜間噪聲排放模擬對(duì)比圖Fig.4 Comparison chart of daytime and nighttime noise emission simulation

根據(jù)噪聲模擬計(jì)算結(jié)果，施工場(chǎng)界噪聲排放值見表8。

表8 施工場(chǎng)界噪聲排放值Tab.8 Noise emission value at construction site boundary

由結(jié)果可知，場(chǎng)界噪聲晝夜間最大為79.7 dB（A），最小為67.5 dB（A）。均超出建筑施工場(chǎng)界噪聲標(biāo)準(zhǔn)（GB12523—2011）規(guī)定的排放限值。需采取相應(yīng)的降噪措施，減少施工噪聲對(duì)周邊聲環(huán)境敏感點(diǎn)的影響。

3 施工期噪聲控制措施

3.1 源頭控制

施工場(chǎng)地應(yīng)采用低噪聲施工機(jī)械進(jìn)行施工，專門安排人員定期對(duì)機(jī)械進(jìn)行妥善保養(yǎng)和零件維護(hù)，及時(shí)更換損壞的常用零件，減少使用過程中的摩擦噪聲。對(duì)于體積不大，形狀固定的強(qiáng)噪聲源可考慮加裝隔聲罩，將聲源封閉在隔聲罩內(nèi)，可從源頭處有效減少施工機(jī)械噪聲，施工結(jié)束后及時(shí)關(guān)閉設(shè)備，從源頭上切斷噪聲影響。

3.2 傳播途徑控制

作為城市軌道交通工程，為方便城市居民出行，路線不可避免地穿越城市建成區(qū)。對(duì)于周邊分布有居住區(qū)的施工場(chǎng)地，施工單位在施工設(shè)備與敏感目標(biāo)之間設(shè)置移動(dòng)式聲屏障，阻擋直達(dá)聲的傳播，大大減少對(duì)施工場(chǎng)地周邊居民的噪聲影響。

3.3 接受者的防護(hù)

施工場(chǎng)地周邊敏感目標(biāo)室內(nèi)噪聲主要是由窗戶傳進(jìn)來的，當(dāng)室外施工噪聲大到一定程度時(shí)，會(huì)對(duì)室內(nèi)居民正常生活產(chǎn)生干擾，可以通過給周圍住戶安裝隔聲窗的方式減少傳進(jìn)房間的施工噪聲。由于施工現(xiàn)場(chǎng)周邊敏感點(diǎn)為既有建筑，本身無隔聲窗措施，因此，需要針對(duì)既有建筑進(jìn)行外窗的隔聲改造，首先對(duì)施工場(chǎng)地周邊敏感點(diǎn)室外聲環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后依據(jù)《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50118—2010）的要求計(jì)算能夠確保敏感點(diǎn)室內(nèi)能夠達(dá)標(biāo)的外窗隔聲量，選取合適的隔聲窗，典型窗戶的空氣聲隔聲量[4]見表9。從表中可以發(fā)現(xiàn)，門窗的隔聲量取決于其窗框型材和玻璃構(gòu)造，因此可以通過優(yōu)化這兩點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行隔聲窗設(shè)計(jì)。

表9 窗戶的空氣聲隔聲量[單位：dB（A）]Tab.9 Air sound insulation of windows [unit：dB（A）]

圖5 加工棚Fig.5 Processing shed

圖6 移動(dòng)式聲屏障Fig.6 Mobile sound barrier

圖7 移動(dòng)式設(shè)備隔聲罩Fig.7 Movable sound insulation cover for equipment

圖8 攪拌機(jī)防護(hù)棚Fig.8 Protective shed of mixer

3.4 合理安排施工時(shí)間

可通過合理安排施工程序，避免設(shè)備同時(shí)施工等措施降低施工噪聲對(duì)周圍敏感點(diǎn)造成的影響。針對(duì)不同功能的敏感點(diǎn)選擇合適的施工時(shí)間，學(xué)校敏感點(diǎn)應(yīng)盡量選取在休息日學(xué)校無人的時(shí)間段開工，居住敏感點(diǎn)應(yīng)盡量選取在工作日晝間進(jìn)行施工。夜間施工更容易對(duì)兩側(cè)敏感點(diǎn)處的聲環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響（＞5dB（A）），特別是對(duì)夜間睡眠的影響較大。因此，施工期間應(yīng)禁止夜間（22：00—6：00）施工，避免夜間施工噪聲污染，以減輕施工對(duì)周邊居民生活的不利影響。如需夜間施工，需要向當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境局提出夜間施工申請(qǐng)。在獲得夜間施工許可后，方可在規(guī)定時(shí)間和區(qū)域內(nèi)進(jìn)行夜間施工作業(yè)，并在施工前向附近居民公告施工時(shí)間。

3.5 規(guī)范工人施工行為

工人在施工過程中，可能會(huì)由于施工不規(guī)范而造成施工噪聲，主要有：

（1）施工工人的呼喊聲

由于施工場(chǎng)地的施工設(shè)備多，面積大，施工人員的呼喊聲也是施工噪聲來源之一，施工人員有時(shí)還會(huì)利用喇叭來指揮施工。為了減少這類噪聲，施工單位應(yīng)定期開展施工教育，宣傳文明施工理念，提高施工人員的素質(zhì)，強(qiáng)化施工管理者和工人防止噪聲擾民的意識(shí)。

（2）車輛鳴笛聲

運(yùn)輸車輛進(jìn)出施工場(chǎng)地發(fā)出的交通噪聲和鳴笛噪聲會(huì)對(duì)周邊居民的正常生活產(chǎn)生干擾。應(yīng)要求施工車輛在進(jìn)出施工場(chǎng)地時(shí)做到減速慢行、禁止鳴笛。

（3）材料的碰撞聲

施工時(shí)產(chǎn)生的材料碰撞聲也是施工噪聲的主要來源之一，例如鋼筋的碰撞聲就極其尖銳，聲強(qiáng)和音調(diào)都較高，影響較為嚴(yán)重。針對(duì)此類噪聲，可以在材料堆放處設(shè)置標(biāo)語，提醒工人在進(jìn)行材料裝卸和搬運(yùn)時(shí)，應(yīng)該注意輕拿輕放，避免裝卸和搬運(yùn)過程中產(chǎn)生刺耳的碰撞聲。

3.6 在線監(jiān)控系統(tǒng)

可參考南京至句容城際軌道交通工程的做法，在所有施工場(chǎng)地采用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)施工期間的環(huán)境噪聲進(jìn)行24 h實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量。該系統(tǒng)對(duì)施工噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和處理，并將結(jié)果每分鐘上傳一次。一旦監(jiān)控到場(chǎng)界噪聲超出《建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12523—2011）規(guī)定的相應(yīng)限制，管理者可立即采取有效措施，通過查看實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效切斷噪聲污染源。

總結(jié)上述施工期噪聲防護(hù)措施，針對(duì)各個(gè)階段的不同噪聲源可采取適宜、科學(xué)有效、經(jīng)濟(jì)合理的降噪措施，具體策略總結(jié)見表10。

圖9 南京至句容城際軌道交通工程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Fig.9 On-line Monitoring System of Nanjing-Jurong Intercity Rail Transit Project

4 結(jié)語

城市軌道交通施工噪聲主要來源于施工機(jī)械噪聲、施工人員呼喊聲和材料轉(zhuǎn)移碰撞聲。本研究基于施工機(jī)械實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分不同時(shí)段對(duì)基坑開挖和主體結(jié)構(gòu)的噪聲環(huán)境排放情況進(jìn)行了模擬分析，從不同側(cè)面反映了地鐵施工噪聲的特點(diǎn)。

（1）圓盤鋸、切割機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)鎬4種施工機(jī)械的噪聲排放水平較高，其次是攪拌機(jī)、空壓機(jī)、挖土機(jī)、長(zhǎng)臂挖機(jī)和裝載機(jī)。

（2）風(fēng)鎬、圓盤鋸表現(xiàn)出了較大的波動(dòng)性，而大型施工機(jī)械波動(dòng)性較小，手持工具噪聲波動(dòng)性要普遍高于大型施工機(jī)械。

（3）基于環(huán)境排放類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本研究分不同時(shí)段對(duì)基坑開挖和主體結(jié)構(gòu)的噪聲環(huán)境排放情況進(jìn)行了模擬分析，從不同層面反映了地鐵施工噪聲的特點(diǎn)。由結(jié)果可知，場(chǎng)界噪聲晝夜間最高為79.7 dB（A），最低為64.9 dB（A）。均超出《建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12523—2011）規(guī)定的排放限值?？梢酝ㄟ^合理擺放施工機(jī)械、設(shè)置臨時(shí)聲屏障、合理安排施工時(shí)間等措施，減少施工噪聲對(duì)周邊聲環(huán)境敏感點(diǎn)的影響。

（4）對(duì)地鐵施工噪聲控制進(jìn)行了研究。從噪聲源處理、傳播途徑的控制以及接受者防護(hù)三個(gè)方面對(duì)施工噪聲提出了一般性的防治方法。

本研究總結(jié)城市軌道交通工程施工過程中采取的一系列噪聲控制措施，包含管理措施和技術(shù)措施，為國(guó)內(nèi)同類型軌道建設(shè)項(xiàng)目的噪聲控制提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。