高速公路声敏感点降噪措施改善研究

高速公路声敏感点降噪措施改善研究 高速公路竣工环保验收工作一般在公路建成初期完成，在营运过程中，随着车流量的不断增加，公路交通交通噪声影响逐步增大，既有声屏障等降噪措施往往无法持续满足敏感点声环境质量达标要求。同时，随着社会经济的发展，人民对居住环境质量的要求越来越高，既有高速公路沿线敏感点降噪措施的改善工作已不容忽视。截至2019年1月，四川省高速公路通车里程已达7238km，跃居全国第二。本文以四川省某高速公路噪声超标投诉案件为例，对噪声敏感点声环境质量现状及降噪措施进行了调查分析，并开展了系统性的敏感点降噪措施改善研究，可供类似项目参考借鉴。 一、敏感点概况 四川省某高速公路(以下称M高速公路)，为成都市重要出城通道，其设计速度为100km/h、路基宽度24.5m、双向四车道，项目已于2018年1月通过环保验收并正常通车运行。2018年底中央第五生态环境督查组进驻四川省开展“回头看”工作期间，收到了群众反应M高速公路存在噪声超标扰民问题，群众反映:“M高速公路沿线的X居民点处已建声屏障作用不大，要求采取有效降噪措施解决噪声超标扰民问题”。 X居民点位于M高速公路填方路基右侧，约10余户，居民房屋主要为1～2F砖混结构，公路靠近敏感点一侧路肩处已安装3m高轻型声屏障，全长490m，根据M高速公路环评报告，X居民点执行《声环境质量标准》(GB3096－2008)2类区标准。本次研究选取X居民点中首排敏感建筑物中反映噪声扰民现象较为突出的A居民楼(投诉居民具有居住功能的敏感建筑)和距路最近的B居民楼作为研究对象，X居民点与高速公路位置关系详见下图： 二、敏感点现状监测与分析 （一）现状监测布点 声环境现状监测主要目的在于掌握敏感点声环境质量现状，并通过间接法计算已建声屏障降噪效果，同时可根据监测数据校核预测模型，以助后续降噪措施效果预测分析。根据《声环境质量标准》(GB3096－2008)和《声屏障声学设计和测量规范》(HJ/T90－2004)，并结合现场情况，制定了监测方案，见表1。 表1 X居民点声环境监测布点 （二）监测数据分析 （1）基于监测数据的敏感点噪声超标情况分析 A居民点2F测点为声环境质量现状监测点，其现状监测结果见表2。 表2 A居民楼噪声监测及超标情况(dB(A)) 根据表2可以看出，敏感点昼间噪声监测值满足《声环境质量标准》(GB3096-2008)中2类标准值要求，夜间噪声监测值出现超标，超标量为0.7～2.3dB。敏感点所在区域为农村环境，周边无工业、商业等噪声源分布，其噪声监测值超标的主要原因是受高速公路交通噪声的影响。因此，通过监测数据可以看出，群众反映的X居民点受高速公路交通噪声影响超标情况属实。 （2）基于监测数据的声屏障降噪效果分析 声屏障降噪效果监测数据、监测期间交通量、噪声数据修正量及插入损失计算结果见表3。 表3 声屏障插入损失计算结果(dB(A)) 根据表3可以看出，由间接法计算出声屏障插入损失值为3.6～7.7dB。综合表2及表3数据分析表明:X居民点处已建声屏障具有一定降噪效果，但仍不满足敏感点声环境质量达标要求，需采取进一步的降噪措施。 三、声学建模与计算分析 （一）声学模型建立及验证 本次研究采用基于RLS90模式的德国Cadna/A噪声预测软件，输入项目区域道路、敏感点基本参数建立了项目区空间声场模型。为避免背景值对模型验证结果的干扰，特选取路肩处参考点和等效参考点作为计算点，并以现状监测时车流量数据换算成小时车流量输入模型，模型计算值与现状监测值详见表4。 表4 模型计算值与监测值对比情况(dB(A)) 根据表4可以看出，模型计算值和监测值误差为仅为0.2～0.9dB，模型计算结果误差较小，在可接受范围。 （二）基于模型计算的敏感点噪声超标及影响分析 通过资料收集分析发现，目前M高速公路X居民点处近期交通量已基本达到环评预测的远期交通量，随着区域路网的完善，未来高速公路交通量变化幅度较小。因此，本次研究以高速公路营运单位提供的近期交通量统计数据作为参数，通过软件计算X居民点处噪声现状值，并以此作为后续降噪措施改善研究的依据，较现状值更具代表性。 将X居民点处M高速公路近期交通量统计平均车流量、车速等参数输入模型后计算结果见表5。 表5 X居民点代表性点位噪声计算值及达标情况(dB(A)) 根据表5数据分析得出，在M高速公路运营期正常交通量条件下，A居民楼、B居民楼噪声计算值存在超标现象，尤其是2F夜间；要满足A居民楼噪声计算值达标，需将交通噪声贡献值降低至少3.1dB；要满足B居民楼噪声计算值达标，需将交通噪声贡献值降低至少4.7dB。 （三）基于模型计算的声屏障降噪效果分析 本次研究通过模型计算了声屏障的插入损失值，详见表6。 表6 基于模型计算声屏障插入损失值(dB(A)) 根据表6可以看出，X居民点处声屏障插入损失值可达到7.5～8.2dB，相较于间接法计算值结果的误差为0.5～4.6dB，敏感点处声屏障实际降噪效果优于间接法计算结果。经综合分析，造成此误差的是受本次研究选取的背景值与实际背景值存在一定的误差，同时选取的等效监测点位监测条件与理论情况存在一定差异。 四、敏感点降噪措施改善研究 参考原环境保护部颁布的《地面交通噪声污染防治技术政策》，针对M高速公路X居民点的降噪措施改善研究主要从噪声源、噪声传播途径、敏感建筑物这三个层次进行分析。 （一）噪声源降噪措施分析 交通噪声源强主要与车辆源强、交通量、行驶车速、路面条件等相关。目前较为常用的噪声源控制措施为改善路面条件及管控行驶车速。 （1）改善路面条件 改善路面条件降低噪声源主要是采用降噪路面降低轮胎与路面接触噪声，从而达到敏感点降噪的目的。M高速公路现状路面为AC沥青砼路面，属于普通沥青路面。降噪沥青路面从路面结构上总体可以分为多孔性和密实性沥青路面两大类，综合调研国内外文献研究成果，对降噪沥青路面的降噪原理、降噪效果及其主要特点进行研究，主要研究成果详见表7。 表7 降噪路面原理、效果及主要特点 因其良好的耐久性等优点，目前SMA改性沥青路面在国内运用最为广泛，但尚不满足X居民点的降噪需求，而其他几种降噪路面在通过合理设计路面材料比例，可达到较好的降噪效果，但实际运用较少，尚待进一步的研究确认。 （2）管控行驶车速 根据现状调查，研究路段小车平均车速约为110km/h，重车平均车速约为80km/h。本次研究通过模型对不同车速情况下交通噪声源强削减效果进行了模拟预测。根据表8可以看出，小幅度的降低车速对交通噪声源强的削减有限，不能满足敏感点噪声达标要求。 表8 不同车速交通噪声贡献值预测(dB(A)) （二）噪声传播途径降噪措施分析 根据《公路交通噪声防治措施分类及技术要求》(JT/T1198-2018)传播途径噪声控制措施主要为:路堑和隧道、土堤、声屏障、绿化林带等措施。X居民点所在路段为填方路基段且高速公路已建成营运，路堑、隧道及土堤的降噪措施不具备实施条件。因此，本次研究要从绿化树林带及声屏障进行分析。 （1）绿化林带降噪 彭海燕（2010）运用室外试验与室内分析相结合、现场实时测定与模拟试验相结合的方法，研究发现绿化临到降噪效果随能见度增大而降低、随其宽度增加而增大。结合X居民点与公路之间的地形条件，为获得较大的降噪效果，本次研究假定在敏感点与公路之间设置长200m（以A居民楼与高速公路垂线为中心前后各延伸100m）、宽40m的绿化林带，并采用软件建模对不同高度林带的降噪效果进行模拟分析。根据表9的结果可以看出，在X居民点处设置200m长、宽40m绿化林带时，株高8m较宜，其对交通噪声的衰减量可达到2.4dB。但X居民点与公路之间用地主要基本农田，种植绿化林带将改变土地利用性质，征地手续办理困难。 表9 不同高度绿化林带降噪值对比表(dB(A)) （2）声屏障降噪 声屏障降噪效果主要与声屏障材质、结构形式和空间尺寸等因素有关。X居民点处已安装高3m、长490m的直立式轻型声屏障，声屏障设计降噪系数＞0.6、隔声量＞26dB，在满足设计要求的隔声量基础上，透射声对敏感点声环境质量的贡献较低，要进一步改善声屏障降噪效果，应从降低声屏障的绕射声着手。 经软件模拟，在高度不变的情况下，将已建声屏障两端继续延长，其降噪效果变化不大。同时，根据《公路环境保护设计规范》(JTGB04－2010)，声屏障高度不宜超过5m，但噪声衰减需要超过5m时，可将声屏障的上部做成弧形，将顶端伸向公路，以增大有效高度。本次研究通过软件对声屏障从3m加高至4m、5m的降噪效果进行模拟预测，根据表10可以看出，随着声屏障高度的增加，敏感点处将获得更好的降噪效果；折臂式声屏障相较于直立式声屏障降噪效果不明显。将现有3m高声屏障加高至5m时，降噪量为2.9～3.1dB，仍然不满足居民楼的最低降噪要求。此外，加高声屏障方案需拆除现有声屏障，施工对填方路基稳定性存在影响，具有一定的交通安全风险。 表10 不同高度声屏障方案降噪效果 （三）敏感建筑噪声控制措施分析 敏感建筑噪声控制措施主要是指建筑隔声措施。在已采取措施但环境噪声仍然无法达到治理要求或采取室外达标的技术手段不可行的情况下，考虑对噪声敏感建筑采取被动防护措施，确保建筑物室内声环境质量达到相关标准要求。目前，常用的建筑物隔声措施有密闭型隔声窗和通风式隔声窗两种，密闭型隔声窗降噪量一般在30dB(A)以上，而通风式隔声窗降噪量约为20～25dB。通风式隔声窗兼具换气和隔声功能，易被居民所接受。根据室内标准采用GB50118－2010《民用建筑隔声设计规范》中对于住宅建筑的室内噪声级要求，卧室允许值为昼间≤45dB(A)，夜间≤37dB(A)。X居民点处A居民楼夜间噪声值为52.5dB、B居民楼噪声夜间噪声值为53.9dB。经计算，在仅采取建筑物隔声措施时，隔声窗措施能满足敏感点室内达标要求，且还有一定富余量。 （四）降噪措施技术经济综合分析 综合上述分析，并结合目前市场调查，对噪声源、传播途径、敏感点建筑三个层次的噪声控制措施进行了技术经济对比分析，见表11。 表11 敏感点进一步降噪措施技术经济分析 通过表11可以看出，各项主动降噪措施单独实施均不能满足X居居民点噪声达标的要求；需采取两项甚至三项措施综合后，才能解决敏感点噪声超标问题。综合各项措施优缺点来看，管控车速和建设绿化林带在高速公路降噪措施方面运用较少，且降噪效果相对较低；实施降噪路面+声屏障措施后，敏感点降噪可达到6dB以上，满足敏感点降噪需求，并且具有一定的富余量，从技术角度可行，但投资较高，并且需对现有路面及声屏障进行拆除重建，施工期有一定的交通干扰和安全隐患。 考虑到X居民点处已实施过声屏障降噪措施，但敏感点噪声仍然超标，若采取对首排居民房屋安装通风式隔声窗进作为一步降噪措施，可以满足居民敏感建筑物室内达标的要求，且投资较低，不会对高速公路行车安全造成影响，但需要征得居民同意。 五、结论及建议 （一）结论 受M高速公路交通噪声的影响，X居民点存在噪声超标扰民现象，最大超标量达到3.9dB；已建3m高声屏障具有较好的降噪效果，但仍然不能满足敏感点噪声达标的降噪需求，需采取进一步降噪措施。研究结果表明，仅采取降低车速、实施SMA降噪路面、建设绿化林带、加高声屏障至5m等单项主动噪声控制措施的降噪量均不能满足X居民点噪声达标需求。考虑到居民点处已实施了声屏障措施且已达到了一定的降噪效果，从高速公路营运安全及节约投资方面考虑，建议高速公路营运单位在做好与居民沟通协调工作的基础上，通过采取安装通风式隔声窗确保X居民点各敏感建筑室内达标。 （二）建议 通过本次研究过程可以看出，通过间接法计算声屏障插入损失值时，等效监测点位的选取和监测点位背景值的取值对计算结果影响较大，在实际运用过程中，应结合现场实际情况，合理选择等效监测点位；