高速公路噪聲預(yù)測(cè)及聲屏障降噪效果分析

曾國(guó)平，陳志敏，劉威杰，文 奎

(中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048)

1 引言

隨著我國(guó)高速公路交通網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，高速公路交通新格局正在形成，而噪聲污染問(wèn)題逐漸成為制約公路交通的主要環(huán)境問(wèn)題之一，其具有影響強(qiáng)度高、范圍大等特點(diǎn)，也是整體環(huán)境噪聲控制中的重難點(diǎn)。噪聲實(shí)測(cè)分析[1]可獲得準(zhǔn)確噪聲數(shù)據(jù)，對(duì)于建成后的高速公路噪聲超限問(wèn)題可進(jìn)行有效評(píng)估，但對(duì)于規(guī)劃設(shè)計(jì)及在建高速公路卻無(wú)法做出有效評(píng)價(jià)，因此高速公路噪聲預(yù)測(cè)成為高速公路規(guī)劃建設(shè)與環(huán)境評(píng)價(jià)中需要解決的問(wèn)題。針對(duì)目前應(yīng)用廣泛的FHWA交通噪聲預(yù)測(cè)模型[2]、RLS90模型及延伸出來(lái)的Cadna-A噪聲控制軟件[3，4]，我國(guó)學(xué)者對(duì)此做了諸多研究。比如，結(jié)合我國(guó)實(shí)際地形概況及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，主要采用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-聲環(huán)境》(HJ2.4-2009)[5]推薦的噪聲預(yù)測(cè)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)；針對(duì)聲環(huán)境導(dǎo)則噪聲預(yù)測(cè)公式，郭雨華[6]就高速公路聲影區(qū)判別及噪聲預(yù)測(cè)值修正進(jìn)行探討；吳瓊等[7]對(duì)交通流各參數(shù)包含車流量、車速、車型、交通方向系數(shù)、交通飽和度因子的多因子相互作用與交通噪聲的關(guān)系進(jìn)行探討；而范紅兵等[8]針對(duì)導(dǎo)則內(nèi)的噪聲預(yù)測(cè)模型進(jìn)行深入的核心內(nèi)容推導(dǎo)及問(wèn)題分析。因此，本文以廣東某高速公路相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)高速公路兩側(cè)噪聲影響范圍及大小進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，而后在噪聲預(yù)測(cè)模型中加入聲屏障降噪因素，驗(yàn)證分析其降噪效果，進(jìn)而提出相應(yīng)公路側(cè)區(qū)域規(guī)劃建議及后續(xù)噪聲處理措施，為環(huán)評(píng)工作者評(píng)價(jià)其他同類項(xiàng)目及其他公路工程建設(shè)中的噪聲影響提供參考。

2 噪聲預(yù)測(cè)模型

2.1 項(xiàng)目概況

廣東某高速公路全長(zhǎng)約86 km，設(shè)計(jì)速度120 km/h，雙向六車道，路基寬度34.5 m，公路沿線某段一側(cè)靠近居民聚集區(qū)，距公路邊線最近距離為800 m，為避免項(xiàng)目通車后噪聲過(guò)大影響周邊居民生活環(huán)境質(zhì)量，取項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速公路噪聲分析，分析其影響范圍大小及相應(yīng)處理措施效果。

2.2 預(yù)測(cè)模型取值

高速公路汽車不同運(yùn)行工況(啟動(dòng)、加速、剎車)下噪聲有所差異，可將其簡(jiǎn)化為沿路線整體均勻勻速前行的線聲源進(jìn)行預(yù)測(cè)，并充分考慮噪聲傳遞過(guò)程中地面材料、坡度修正、空氣吸聲、地面吸聲、聲屏障縮減等因素影響。選取相關(guān)預(yù)測(cè)車流量、車型比數(shù)值為噪聲預(yù)測(cè)基本數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，如表1所示。

表1 各車型晝夜車流量預(yù)測(cè)值 pcu/h

高速公路設(shè)計(jì)車輛速度為120 km/h，中車、大車速度作一定衰減。夜間行車受安全、視線范圍等因素影響，車速取晝間80%，晝夜車速取值如表2所示。

表2 各車型速度取值 km/h

2.3 預(yù)測(cè)模型

2.3.1 預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

高速公路兩側(cè)評(píng)價(jià)范圍執(zhí)行《GB3096-2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》條例，公路邊線兩側(cè)35 m±5 m以內(nèi)區(qū)域執(zhí)行4 a類標(biāo)準(zhǔn)，范圍以外區(qū)域根據(jù)其使用功能及環(huán)境要求執(zhí)行相對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

表3 聲環(huán)境功能區(qū)噪聲限值 dB

2.3.2 預(yù)測(cè)計(jì)算公式

根據(jù)實(shí)際工程特點(diǎn)及環(huán)境，選用適合于中國(guó)公路情況的《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—聲環(huán)境》(HJ2.4-2009)噪聲預(yù)測(cè)公式進(jìn)行計(jì)算。

(1)

LOEL=12.6+34.73lgVL

(2)

LOEM=8.8+40.48lgVM

(3)

LOEH=22.0+36.32lgVH

(4)

式(2)～(4)中：VL、VM、VH為各車型車輛運(yùn)行速度，見(jiàn)表2取值。由此，即可通過(guò)公路運(yùn)營(yíng)預(yù)測(cè)車輛數(shù)據(jù)以及周邊實(shí)際情況預(yù)測(cè)公路噪聲值，以提供可靠預(yù)測(cè)數(shù)值為相關(guān)部門(mén)采取對(duì)應(yīng)降噪措施提供參考。

2.4 噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果及分析

由圖1可知，離高速公路邊線35 m處晝間噪聲76.8 dB，夜間噪聲66.7 dB，超過(guò)4a類區(qū)域噪聲限值；而周邊居民生活敏感區(qū)域距離高速公路邊線最近僅為650 m，該處晝間噪聲62.5 dB，夜間噪聲52.4 dB，高于2類聲環(huán)境區(qū)域噪聲限值；距高速公路邊線950 m處晝夜噪聲值滿足2類聲環(huán)境區(qū)域噪聲限值要求，從距道路邊線650 m-距道路邊線950 m間300 m范圍內(nèi)敏感區(qū)域噪聲超限。且隨城市發(fā)展，高速公路沿線大片區(qū)域無(wú)法有效利用，因此應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行降噪處理，避免高速公路噪聲對(duì)兩側(cè)產(chǎn)生不良影響。

圖1 未加聲屏障噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

3 降噪措施研究及結(jié)果分析

3.1 降噪措施研究

噪聲完整的傳播過(guò)程包含三部分：聲源、傳播途徑和接收點(diǎn)。從聲源角度進(jìn)行防治，可選擇采用低噪材料路面、交通管制的方式，但低噪材料路面運(yùn)營(yíng)一定時(shí)間后降噪效果降低且增大高速公路造價(jià)。而進(jìn)行交通管制能夠最大限度降低噪聲，但局部限速等措施將會(huì)影響整體路線通行能力，需謹(jǐn)慎采用。

而從傳播途徑方面來(lái)看，綠化降噪林、聲屏障等方案可對(duì)噪聲傳播進(jìn)行衰減，但降噪林方案需要時(shí)間供林木生長(zhǎng)形成規(guī)模林帶，才能產(chǎn)生一定降噪效果，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形地貌及公路相關(guān)景觀美化需求使用。而聲屏障建成后可穩(wěn)定有效降低高速公路噪聲傳播，抗干擾能力較強(qiáng)。

在接收點(diǎn)附近進(jìn)行降噪處理，更多由于相關(guān)點(diǎn)位室外噪聲超標(biāo)，可通過(guò)采取隔聲窗降低室內(nèi)噪聲大小，滿足居民居住需要，但將一定程度上影響室內(nèi)空氣流通，造成干擾。

3.2 聲屏障處理效果分析

根據(jù)相關(guān)降噪措施研究，在高速公路建設(shè)階段選擇聲屏障方案對(duì)高速公路兩側(cè)噪聲超限區(qū)域進(jìn)行處理，在對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)公式內(nèi)部加入聲屏障衰減項(xiàng)，預(yù)測(cè)處理后噪聲值，結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

圖2 加設(shè)聲屏障噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果圖

高速公路兩側(cè)加設(shè)聲屏障后，見(jiàn)距高速公路邊線35 m處晝間噪聲低于65 dB，夜間噪聲低于55 dB，滿足4 a類聲功能區(qū)噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求。而距高速公路邊線650 m處，晝間噪聲58.7 dB，夜間噪聲48.6 dB，滿足2類聲環(huán)境區(qū)噪聲限值要求。而距高速公路邊線最近350 m處區(qū)域即可達(dá)到2類區(qū)域要求，不僅滿足周圍居民聚集區(qū)噪聲要求，同時(shí)增大高速公路兩側(cè)可利用土地面積，有利于城市長(zhǎng)期規(guī)劃發(fā)展。

3.3 區(qū)域規(guī)劃及降噪處理建議

高速公路兩側(cè)加設(shè)聲屏障后，可滿足現(xiàn)階段居民生活噪聲限值需求，但隨城市未來(lái)發(fā)展，兩側(cè)大面積區(qū)域應(yīng)進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)利用，同時(shí)隨高速公路運(yùn)營(yíng)發(fā)展，高速公路車流量將逐步增大，噪聲量也將不斷增大。為避免后續(xù)高速公路兩側(cè)噪聲超限，在兩側(cè)區(qū)域合理開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，貼近于高速公路側(cè)建設(shè)降噪綠化林帶，或停車場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等非噪聲敏感性設(shè)施。而高速公路沿線相關(guān)的住宅房屋，應(yīng)注意房屋、設(shè)計(jì)調(diào)整，將電梯間、廁所、廚房等功能區(qū)面向高速公路側(cè)，臥室等噪聲敏感區(qū)域處于背向噪聲源側(cè)。同時(shí)需確定噪聲負(fù)責(zé)方義務(wù)，未來(lái)如果噪聲超過(guò)限值標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)負(fù)責(zé)加裝隔聲窗等措施進(jìn)行降噪處理。

4 結(jié)論

噪聲污染問(wèn)題逐漸成為制約高速公路發(fā)展的主要環(huán)境問(wèn)題之一，本文以廣東省某高速公路相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用聲環(huán)境導(dǎo)則噪聲預(yù)測(cè)公式對(duì)高速公路沿線兩側(cè)噪聲影響范圍及程度進(jìn)行計(jì)算，分析路線臨近敏感居民點(diǎn)噪聲超限問(wèn)題，主要結(jié)論如下：

(1)距高速公路邊線950 m處噪聲方可滿足2類聲功能區(qū)限值要求，對(duì)距高速公路邊線650～950 m范圍內(nèi)居民生活區(qū)域造成一定影響。

(2)選用并驗(yàn)證了聲屏障降噪處理效果，分析結(jié)果表明采用聲屏障可有效降低噪聲數(shù)值，且距高速公路邊線350 m范圍之外區(qū)域均可滿足噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)。

(3)提出了相應(yīng)高速公路側(cè)區(qū)域規(guī)劃建議及后續(xù)噪聲處理措施，可為其他高速公路項(xiàng)目及類似公路工程建設(shè)中噪音分析與評(píng)價(jià)提供參考。