高速公路通城市路段聲環境影響防治對策研究

劉 歡

（1.交通運輸部公路科學研究所，北京100088；2.國家環境保護道路交通噪聲控制工程技術中心，北京100088；3.公路交通環境保護技術交通運輸行業重點實驗室，北京100088）

隨著我國國民經濟持續高速發展，城市數量和規模不斷擴大，城市發展的區域集群化趨勢日益明顯，通城市區域交通網絡更加密集。但同時，交通基礎設施的運營對環境的影響也逐漸顯現，其中最引人關注的就是交通噪聲導致的沿線區域聲環境質量的下降。近年來人們環保意識普遍提高，對交通噪聲污染的投訴逐步占到環境訴訟事件的首位[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境保護對策，解決好關系人民群眾切身利益的實際問題，促進交通基礎設施建設運營的可持續發展。

通城市路段因其道路復合形式、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很難解決其噪聲問題，治理難度較大。陸玨等[2]針對高架復合道路周邊既有住宅建筑特性提出隔聲改造設計技術；俞悟周[3]根據不同的噪聲分布特性和地面道路，研究預測高架道路聲屏障對路面高度附近的區域降噪效果；王庭佛等[4]從工程應用角度介紹城市高架道路上全封閉聲屏障的設計及施工情況；林道錦等[5]給出半封閉聲屏障與降噪伸縮裝置結合使用的降噪方案；黃惠瑩[6]建議采取建設直立式聲屏障、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間限速、增加路面瀝青厚度、敷設吸聲材料等降噪措施，以期取得良好的降噪效果。

綜上可見，傳統的高速公路或城市道路交通噪聲防治對策并不能直接應用于通城市路段，現有研究僅從不同層面進行了初步的技術探討和研發。鑒于此，本文基于通城市路段交通噪聲特性的系統性分析，擬從土地、城市和交通規劃相結合的規劃控制，采取低噪聲路面、聲屏障、臨街建筑噪聲防護等技術控制，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域，一般而言兩側高層建筑林立，噪聲敏感點眾多。為實現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，即高架復合道路，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成高架復合道路的特點[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“復合性”，主要表現在：

（1）原有道路噪聲的貢獻量不可忽視

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，存在一定的聲影區范圍，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設有一定高度的防護欄，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，則高架橋的立體結構會對聲波傳遞形成一定的影響，對高架橋兩側的敏感目標形成了保護。

（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，會發生多次發射，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，在預測分析和噪聲控制時需要適當考慮高架橋兩側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。高架橋建設后道路兩側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，在某一高度上達到最大值后，噪聲值隨高度增加而減小。

1.3 交通噪聲監測實例

選取某城市高速公路通城市路段沿線小區作為聲環境調查對象，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條為社會機動車道，機動車道與非機動車道之間設置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行多次監測取均值。監測結果見表1和圖4。

表1 距路中心不同距離不同樓層測試結果

1.4 交通噪聲特征小結

圖4 距路中心不同距離不同樓層測試結果

由測試實例可見，高架復合道路由于雙層路面交通噪聲的疊加影響，不同區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會在某個樓層有一個低點，樓層達到一定高度后（距離地面道路約30 m左右，相當于9～13層樓），噪聲出現峰值，距離路線越遠峰值出現的樓層越高；樓層繼續升高時,噪聲值再次降低。距離路線較遠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企業、建筑施工等噪聲源不同，道路作為交通運輸基礎設施，以其快捷靈活覆蓋面廣的特點成為區域內或區域和區域之間實現全方位聯系的紐帶，在區域經濟發展中發揮著重要的作用。為了滿足居民出行和區域經濟發展需要，道路的建設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合現階段經濟技術發展條件，以滿足人民對美好生活向往的需要為出發點，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（如限期達標、停產停業）解決其污染問題，須在合理規劃的前提下，根據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。結合通城市路段交通噪聲特點，本文從規劃、管理、技術三個層面提出防治對策。

2.2 防治對策

2.2.1 規劃對策

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，應從規劃角度控制源頭：

（1）交通規劃與土地利用規劃相結合。由于城市的規模、布局、道路網形式、人口分布和密度、功能區劃、土地利用等因素對通城市高速公路（包括交通強度、流向、流量分布等）有重大影響，相應地也對其交通噪聲產生影響，應在土地利用規劃中，合理確定城市各區域的功能區劃、布局結構，解決通城市道路交通噪聲問題。

（2）交通規劃與城市發展規劃相結合。將通城市道路納入城市規劃中，合理布局通城市道路與城區道路的連接，在方便城市交通出行的同時，有效避開集中噪聲敏感區域，適時分流，減緩大型運輸車輛進入城市核心區域，同時減緩通城市道路對城市區域的交通噪聲的影響。

（3）交通規劃與敏感建筑區域規劃相結合。堅持以預防為主的原則，從長遠的可持續發展的角度，合理規劃道路交通與鄰近建筑物布局；對噪聲防治目標進行規劃，對特定區域建立噪聲治理目標制度，在現有規劃無法解決的情況下，嘗試利用科學的聲景觀設計，改善居民的聲環境體驗。建立噪聲污染防治規劃，城市建設規劃設計上與城市聲環境保護規劃同步進行。

2.2.2 控制技術對策

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構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、吸聲系數以及不同的孔隙率，從而影響路面的聲學性能[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，同時部分地區也開始采用薄層路面。通過監測表明，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范圍內的噪聲峰值進行噪聲防治設計。當單層多孔降噪路面無法滿足同時對兩個頻帶噪聲進行吸收以達到降噪設計的要求時，一般需要考慮設置雙層多孔降噪路面。

在高速公路通城市道路改擴建路段，低噪聲路面的結構設計及改造方式需要根據舊路面進行綜合評價，結合縱、橫斷面調坡設計，路面磨損程度及路面結構承載能力等因素，滿足路面標高和厚度控制要求，并充分考慮橋涵銜接和路線順接進行設計，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，成為交通環境保護中的一項重要手段。特別是在高速公路，或城市道路規劃已無法更改的住宅區建筑已形成，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的高層建筑物，由于其大部分樓層主要受到直達聲的影響，從噪聲治理的技術角度分析，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]，得到了居民的認可。近年來，全國范圍內全封閉聲屏障的建設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行降噪效果驗證。榆樹館橋為雙向四車道，設計車速80 km/h，小時交通量約為2 300輛，測試結果見表2。

表2 聲屏障降噪效果測試結果（單位：dB）

由測試結果可見，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聲對高層敏感目標的影響。

全封閉聲屏障設計中需要重點考慮的問題：

(1)結構設計

結合當地氣候（特別是風）特點，在確保交通安全基礎上，選擇合理的聲屏障結構型式和材料，在滿足聲學要求的同時，確保主體工程、附屬工程和聲屏障工程的安全可靠。考慮風載、地震荷載、自重彎矩等荷載對結構的要求，應選取與荷載相適應并具一定保守系數的基礎結構和連接強度。主要設計依據為：基本設計風速、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，應考慮主橋和輔橋交接處的構造過渡處理，不可留有縫隙存在漏聲。

聲屏障結構設計中應確保全封閉聲屏障內合理的凈空高度，確保聲屏障內的行車安全，同時為了防止超高車輛撞擊聲屏障，在聲屏障的兩端外側10 m外應設置防撞裝置，并在聲屏障前50 m處設置顯著的限高警示牌。一般聲屏障凈空高度為橋梁護欄底座以上5.0 m，根據上部結構抗風載能力整體穩定性要求，同時也充分考慮抗車撞擊偶然荷載的影響，確保屏體自身結構安全和主體結構的安全。

(2)聲學設計

根據周圍敏感目標降噪要求，全封閉聲屏障聲學設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。一般聲屏障屏體自身的隔聲量比其設計降噪量至少大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不影響周邊敏感點。

考慮到內部混響聲場和光線對司乘人員的影響，全封閉聲屏障還應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滿足：平均隔聲量≥30 dB（1/3 倍頻程，125 Hz～4 000 Hz）。吸聲板應滿足平均吸聲系數≥0.70（1/3倍頻程，125 Hz～4 000 Hz）。在聲屏障頂部兩側橫向一定區域內采用透光材料，透光率≥0.85，能夠達到一定的采光效果。

(3)通風設計

全封閉聲屏障長度較長時，形同“隧道”，應考慮CO 污染及煙霧的影響進行通風設計，達到《公路隧道通風照明設計規范》（JTJ026.1－1999）的相關要求。該聲屏障的標準斷面可按類似“交通流隧道”形式進行通風設計與計算。合理布置通風系統，確定通風形式。并考慮通風設施的漏聲問題。

(4)景觀要素

通城市路段高速公路聲屏障設計中要特別重視景觀要素，防止廊道效應、防止眩光、減少對司機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。通過外觀造型設計、選用合適顏色、材料質感和采取綠化等措施來彌補對原有環境造成的不協調。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，且墻的色彩應不引人注目，城區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

在聲屏障設計與施工過程中有很多工況條件達不到理想狀態，影響聲屏障的實際降噪效果。為了取得最佳的降噪效果，應注意在以下幾個方面做好降噪措施的處理：通風設施的漏聲；橋梁振動引起箱梁共振及鋼結構振動的輻射噪聲；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，屏障內車輛及人員一旦出現危急情況，由于屏障體整體連續長度較長，后果將不堪設想。因此在滿足主體工程養護和聲屏障養護的要求的同時，從風險角度論證是否考慮設置屏體緊急疏散出口，并設計明顯標志引導。

3）臨街建筑噪聲防護

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的重要措施。根據不同的使用環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，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域的物流樞紐至路段進行適當分流，減小集中進入城市的的大型車比例，同時進行限速管理，可以達到減少單車輻射聲級，進而減少交通噪聲對沿線敏感目標影響的目的。

（2）在通城市高速路段，經過噪聲敏感區域，設禁鳴標志，嚴格限制機動車鳴笛。統計顯示，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）全面實施機動車輛噪聲限制標準。根據我國的機動車輛噪聲限制標準體系，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準和定制噪聲限制標準進行嚴格檢測，逐步采取年檢和準入機制，從源頭降低交通噪聲的影響。

3 聲環境影響防治實例

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合道路，為保護沿線聲環境，項目采取了綜合控制對策：

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

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

4 結論與展望

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，從規劃、管理、技術等多角度系統總結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計關鍵技術要點，可為今后通城市路段高速公路交通噪聲控制提供參考。