高速公路聲敏感點降噪措施改善研究

何 洋，陳 戈，陳智寅

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，成都 610041)

引 言

高速公路竣工環(huán)保驗收工作一般在公路建成初期完成，在營運過程中，隨著車流量的不斷增加，公路交通交通噪聲影響逐步增大，既有聲屏障等降噪措施往往無法持續(xù)滿足敏感點聲環(huán)境質(zhì)量達標要求。同時，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人民對居住環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，既有高速公路沿線敏感點降噪措施的改善工作已不容忽視。截至2019年1月，四川省高速公路通車里程已達7 238km，躍居全國第二[1]。本文以四川省某高速公路噪聲超標投訴案件為例，對噪聲敏感點聲環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及降噪措施進行了調(diào)查分析，并開展了系統(tǒng)性的敏感點降噪措施改善研究，可供類似項目參考借鑒。

1 敏感點概況

四川省某高速公路(以下稱M高速公路)，為成都市重要出城通道，其設(shè)計速度為100km/h、路基寬度24.5m、雙向四車道，項目已于2018年1月通過環(huán)保驗收并正常通車運行。2018年底中央第五生態(tài)環(huán)境督查組進駐四川省開展“回頭看”工作期間，收到了群眾反應(yīng)M高速公路存在噪聲超標擾民問題，群眾反映：“M高速公路沿線的X居民點處已建聲屏障作用不大，要求采取有效降噪措施解決噪聲超標擾民問題”。

X居民點位于M高速公路填方路基右側(cè)，約10余戶，居民房屋主要為1～2F磚混結(jié)構(gòu)，公路靠近敏感點一側(cè)路肩處已安裝3m高輕型聲屏障，全長490m，根據(jù)M高速公路環(huán)評報告，X居民點執(zhí)行《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096-2008)2類區(qū)標準。本次研究選取X居民點中首排敏感建筑物中反映噪聲擾民現(xiàn)象較為突出的A居民樓(投訴居民具有居住功能的敏感建筑)和距路最近的B居民樓作為研究對象，X居民點與高速公路位置關(guān)系詳見下圖。

圖 X居民點與高速公路位置關(guān)系示意圖

2 敏感點現(xiàn)狀監(jiān)測與分析

2.1 現(xiàn)狀監(jiān)測布點

聲環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測主要目的在于掌握敏感點聲環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，并通過間接法計算已建聲屏障降噪效果，同時可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)校核預(yù)測模型，以助后續(xù)降噪措施效果預(yù)測分析。根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096-2008)和《聲屏障聲學(xué)設(shè)計和測量規(guī)范》(HJ/T90-2004)，并結(jié)合現(xiàn)場情況，制定了監(jiān)測方案，見表1。

表1 X居民點聲環(huán)境監(jiān)測布點

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.2.1 基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的敏感點噪聲超標情況分析

A居民點2F測點為聲環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測點，其現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 A居民樓噪聲監(jiān)測及超標情況

根據(jù)表2可以看出，敏感點晝間噪聲監(jiān)測值滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096-2008)中2類標準值要求，夜間噪聲監(jiān)測值出現(xiàn)超標，超標量為0.7～2.3dB。敏感點所在區(qū)域為農(nóng)村環(huán)境，周邊無工業(yè)、商業(yè)等噪聲源分布，其噪聲監(jiān)測值超標的主要原因是受高速公路交通噪聲的影響。因此，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，群眾反映的X居民點受高速公路交通噪聲影響超標情況屬實。

2.2.2 基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的聲屏障降噪效果分析

聲屏障降噪效果監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測期間交通量、噪聲數(shù)據(jù)修正量及插入損失計算結(jié)果見表3。

表3 聲屏障插入損失計算結(jié)果

根據(jù)表3可以看出，由間接法計算出聲屏障插入損失值為3.6～7.7dB。綜合表2及表3數(shù)據(jù)分析表明：X居民點處已建聲屏障具有一定降噪效果，但仍不滿足敏感點聲環(huán)境質(zhì)量達標要求，需采取進一步的降噪措施。

3 聲學(xué)建模與計算分析

3.1 聲學(xué)模型建立及驗證

本次研究采用基于RLS90模式的德國Cadna/A噪聲預(yù)測軟件，輸入項目區(qū)域道路、敏感點基本參數(shù)建立了項目區(qū)空間聲場模型。為避免背景值對模型驗證結(jié)果的干擾，特選取路肩處參考點和等效參考點作為計算點，并以現(xiàn)狀監(jiān)測時車流量數(shù)據(jù)換算成小時車流量輸入模型，模型計算值與現(xiàn)狀監(jiān)測值詳見表4。

表4 模型計算值與監(jiān)測值對比情況

根據(jù)表4可以看出，模型計算值和監(jiān)測值誤差為僅為0.2～0.9dB，模型計算結(jié)果誤差較小，在可接受范圍。

3.2 基于模型計算的敏感點噪聲超標及影響分析

通過資料收集分析發(fā)現(xiàn)，目前M高速公路X居民點處近期交通量已基本達到環(huán)評預(yù)測的遠期交通量，隨著區(qū)域路網(wǎng)的完善，未來高速公路交通量變化幅度較小。因此，本次研究以高速公路營運單位提供的近期交通量統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為參數(shù)，通過軟件計算X居民點處噪聲現(xiàn)狀值，并以此作為后續(xù)降噪措施改善研究的依據(jù)，較現(xiàn)狀值更具代表性。

將X居民點處M高速公路近期交通量統(tǒng)計平均車流量、車速等參數(shù)輸入模型后計算結(jié)果見表5。

表5 X居民點代表性點位噪聲計算值及達標情況

根據(jù)表5數(shù)據(jù)分析得出，在M高速公路運營期正常交通量條件下，A居民樓、B居民樓噪聲計算值存在超標現(xiàn)象，尤其是2F夜間；要滿足A居民樓噪聲計算值達標，需將交通噪聲貢獻值降低至少3.1dB；要滿足B居民樓噪聲計算值達標，需將交通噪聲貢獻值降低至少4.7dB。

3.3 基于模型計算的聲屏障降噪效果分析

本次研究通過模型計算了聲屏障的插入損失值，詳見表6。

表6 基于模型計算聲屏障插入損失值

根據(jù)表6可以看出，X居民點處聲屏障插入損失值可達到7.5～8.2dB，相較于間接法計算值結(jié)果的誤差為0.5～4.6dB，敏感點處聲屏障實際降噪效果優(yōu)于間接法計算結(jié)果。經(jīng)綜合分析，造成此誤差的是受本次研究選取的背景值與實際背景值存在一定的誤差，同時選取的等效監(jiān)測點位監(jiān)測條件與理論情況存在一定差異。

4 敏感點降噪措施改善研究

參考原環(huán)境保護部頒布的《地面交通噪聲污染防治技術(shù)政策》[2]，針對M高速公路X居民點的降噪措施改善研究主要從噪聲源、噪聲傳播途徑、敏感建筑物這三個層次進行分析。

4.1 噪聲源降噪措施分析

交通噪聲源強主要與車輛源強、交通量、行駛車速、路面條件等相關(guān)。目前較為常用的噪聲源控制措施為改善路面條件及管控行駛車速。

4.1.1 改善路面條件

改善路面條件降低噪聲源主要是采用降噪路面降低輪胎與路面接觸噪聲，從而達到敏感點降噪的目的。M高速公路現(xiàn)狀路面為AC瀝青砼路面，屬于普通瀝青路面。降噪瀝青路面從路面結(jié)構(gòu)上總體可以分為多孔性和密實性瀝青路面兩大類，曹衛(wèi)東[3～7]等綜合調(diào)研國內(nèi)外文獻研究成果，對降噪瀝青路面的降噪原理、降噪效果及其主要特點進行研究，主要研究成果詳見表7。

表7 降噪路面原理、效果及主要特點

因其良好的耐久性等優(yōu)點，目前SMA改性瀝青路面在國內(nèi)運用最為廣泛，但尚不滿足X居民點的降噪需求，而其他幾種降噪路面在通過合理設(shè)計路面材料比例，可達到較好的降噪效果，但實際運用較少，尚待進一步的研究確認。

4.1.2 管控行駛車速

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，研究路段小車平均車速約為110km/h，重車平均車速約為80km/h。本次研究通過模型對不同車速情況下交通噪聲源強削減效果進行了模擬預(yù)測。根據(jù)表8可以看出，小幅度的降低車速對交通噪聲源強的削減有限，不能滿足敏感點噪聲達標要求。

表8 不同車速交通噪聲貢獻值預(yù)測

4.2 噪聲傳播途徑降噪措施分析

根據(jù)《公路交通噪聲防治措施分類及技術(shù)要求》(JT/T 1198-2018)傳播途徑噪聲控制措施主要為：路塹和隧道、土堤、聲屏障、綠化林帶等措施。X居民點所在路段為填方路基段且高速公路已建成營運，路塹、隧道及土堤的降噪措施不具備實施條件。因此，本次研究要從綠化樹林帶及聲屏障進行分析。

4.2.1 綠化林帶降噪

彭海燕[8]運用室外試驗與室內(nèi)分析相結(jié)合、現(xiàn)場實時測定與模擬試驗相結(jié)合的方法，研究發(fā)現(xiàn)綠化臨到降噪效果隨能見度增大而降低、隨其寬度增加而增大。結(jié)合X居民點與公路之間的地形條件，為獲得較大的降噪效果，本次研究假定在敏感點與公路之間設(shè)置長200m(以A居民樓與高速公路垂線為中心前后各延伸100m)、寬40m的綠化林帶，并采用軟件建模對不同高度林帶的降噪效果進行模擬分析。根據(jù)表9的結(jié)果可以看出，在X居民點處設(shè)置200m長、寬40m綠化林帶時，株高8m較宜，其對交通噪聲的衰減量可達到2.4dB。但X居民點與公路之間用地主要基本農(nóng)田，種植綠化林帶將改變土地利用性質(zhì)，征地手續(xù)辦理困難。

表9 不同高度綠化林帶降噪值對比表

4.2.2 聲屏障降噪

聲屏障降噪效果主要與聲屏障材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式和空間尺寸等因素有關(guān)。X居民點處已安裝高3m、長490m的直立式輕型聲屏障，聲屏障設(shè)計降噪系數(shù)>0.6、隔聲量>26dB，在滿足設(shè)計要求的隔聲量基礎(chǔ)上，透射聲對敏感點聲環(huán)境質(zhì)量的貢獻較低，要進一步改善聲屏障降噪效果，應(yīng)從降低聲屏障的繞射聲著手。

經(jīng)軟件模擬，在高度不變的情況下，將已建聲屏障兩端繼續(xù)延長，其降噪效果變化不大。同時，根據(jù)《公路環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范》(JTG B04-2010)，聲屏障高度不宜超過5m，但噪聲衰減需要超過5m時，可將聲屏障的上部做成弧形，將頂端伸向公路，以增大有效高度。本次研究通過軟件對聲屏障從3m加高至4m、5m的降噪效果進行模擬預(yù)測，根據(jù)表10可以看出，隨著聲屏障高度的增加，敏感點處將獲得更好的降噪效果；折臂式聲屏障相較于直立式聲屏障降噪效果不明顯。將現(xiàn)有3m高聲屏障加高至5m時，降噪量為2.9～3.1dB，仍然不滿足居民樓的最低降噪要求。此外，加高聲屏障方案需拆除現(xiàn)有聲屏障，施工對填方路基穩(wěn)定性存在影響，具有一定的交通安全風(fēng)險。

表10 不同高度聲屏障方案降噪效果

4.3 敏感建筑噪聲控制措施分析

敏感建筑噪聲控制措施主要是指建筑隔聲措施。在已采取措施但環(huán)境噪聲仍然無法達到治理要求或采取室外達標的技術(shù)手段不可行的情況下，考慮對噪聲敏感建筑采取被動防護措施，確保建筑物室內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量達到相關(guān)標準要求。目前常用的建筑物隔聲措施有密閉型隔聲窗和通風(fēng)式隔聲窗兩種，密閉型隔聲窗降噪量一般在30dB(A)以上，而通風(fēng)式隔聲窗降噪量約為20～25dB[9]。通風(fēng)式隔聲窗兼具換氣和隔聲功能，易被居民所接受。

根據(jù)室內(nèi)標準采用GB50118-2010《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》中對于住宅建筑的室內(nèi)噪聲級要求，臥室允許值為晝間≤45 dB(A)，夜間≤37dB(A)。X居民點處A居民樓夜間噪聲值為52.5dB、B居民樓噪聲夜間噪聲值為53.9dB。經(jīng)計算，在僅采取建筑物隔聲措施時，隔聲窗措施能滿足敏感點室內(nèi)達標要求，且還有一定富余量。

4.4 降噪措施技術(shù)經(jīng)濟綜合分析

綜合上述分析，并結(jié)合目前市場調(diào)查，對噪聲源、傳播途徑、敏感點建筑三個層次的噪聲控制措施進行了技術(shù)經(jīng)濟對比分析，見表11。

表11 敏感點進一步降噪措施技術(shù)經(jīng)濟分析

通過表11可以看出，各項主動降噪措施單獨實施均不能滿足X居居民點噪聲達標的要求；需采取兩項甚至三項措施綜合后，才能解決敏感點噪聲超標問題。綜合各項措施優(yōu)缺點來看，管控車速和建設(shè)綠化林帶在高速公路降噪措施方面運用較少，且降噪效果相對較低；實施降噪路面+聲屏障措施后，敏感點降噪可達到6dB以上，滿足敏感點降噪需求，并且具有一定的富余量，從技術(shù)角度可行，但投資較高，并且需對現(xiàn)有路面及聲屏障進行拆除重建，施工期有一定的交通干擾和安全隱患。

考慮到X居民點處已實施過聲屏障降噪措施，但敏感點噪聲仍然超標，若采取對首排居民房屋安裝通風(fēng)式隔聲窗進作為一步降噪措施，可以滿足居民敏感建筑物室內(nèi)達標的要求，且投資較低，不會對高速公路行車安全造成影響，但需要征得居民同意。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

受M高速公路交通噪聲的影響，X居民點存在噪聲超標擾民現(xiàn)象，最大超標量達到3.9dB；已建3m高聲屏障具有較好的降噪效果，但仍然不能滿足敏感點噪聲達標的降噪需求，需采取進一步降噪措施。研究結(jié)果表明，僅采取降低車速、實施SMA降噪路面、建設(shè)綠化林帶、加高聲屏障至5m等單項主動噪聲控制措施的降噪量均不能滿足X居民點噪聲達標需求?？紤]到居民點處已實施了聲屏障措施且已達到了一定的降噪效果，從高速公路營運安全及節(jié)約投資方面考慮，建議高速公路營運單位在做好與居民溝通協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)上，通過采取安裝通風(fēng)式隔聲窗確保X居民點各敏感建筑室內(nèi)達標。

5.2 建議

通過本次研究過程可以看出，通過間接法計算聲屏障插入損失值時，等效監(jiān)測點位的選取和監(jiān)測點位背景值的取值對計算結(jié)果影響較大，在實際運用過程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況，合理選擇等效監(jiān)測點位；必要時通過現(xiàn)狀監(jiān)測等方法，確定合理的背景值用于監(jiān)測結(jié)果的修正。

高速公路項目建成并通過環(huán)保驗收后，既有噪聲治理措施是否持續(xù)有效，一般是通過噪聲擾民投訴案件得以反饋，我國目前尚無有效的跟蹤監(jiān)管機制。隨著高速公路交通噪聲影響的增加和居民環(huán)保維權(quán)意識的逐步加強，高速公路噪聲擾民投訴案件預(yù)計將會持續(xù)出現(xiàn)，建議相關(guān)部門盡快出臺政策，推動高速公路營運期環(huán)境影響跟蹤評估及措施改善工作，切實保障高速公路沿線居民的生活環(huán)境質(zhì)量。