城市高架道路交通噪聲空間分布規律的實測研究

2023-03-12 02:59:52羅干生趙靜姜明星李鑫港項葉彬丁勇

工程建設與設計 2023年3期

羅干生，趙靜，姜明星，李鑫港，項葉彬，丁勇

（1.寧波市城市基礎設施建設發展中心，浙江寧波 315040；2.寧波大學土木工程系，浙江寧波 315211）

1 引言

城市高架橋梁作為城市基礎設施的重要組成部分，提高了城市中長距離交通效率，方便了居民出行與生活。然而大量監測資料表明，高架復合道路通行能力強、行車速度高、車輛行駛狀態復雜，交通噪聲污染較為突出[1-3]，在部分高架橋密集的城市，甚至有超過一半的人口暴露在超過環保標準的道路噪聲中[4]，這使噪聲污染成為包括大氣污染、水污染和固廢污染在內的4大城市公害之一。噪聲污染帶來的危害是多方面的、巨大的[5-8]。因此，如何科學地評估高架復合道路的交通噪聲影響，提出相應的污染防治對策，是環境聲學領域中廣為關注的課題[9-10]。

影響高架橋梁噪聲污染大小的因素有很多，不同因素的影響大小各不相同。目前，已有不少學者通過對城市高架道路采用實測法，在不同時間段對代表性點位進行測試記錄，并同步監測車流量及車型等數據，以研究噪聲影響因素[11-13]。但是，對高架道路旁不同位置的噪聲分布情況的研究還很少，高架橋兩側交通噪聲的空間分布規律尚未掌握。因此，為了對高架線路造成的交通噪聲進行針對性的預防和治理，有必要對高架橋噪聲的空間分布規律進行相關的實測或理論研究。

本文選取寧波市典型性的高架道路——機場高架和北環高架作為研究對象，通過對代表性位置的噪聲污染進行實地測試，研究交通噪聲在高架橋旁的分布特征，建立噪聲分布的擬合模型，由此確定噪聲污染的影響范圍與嚴重程度，為城市高架道路的噪聲防治提供科學依據。

2 高架道路噪聲測試方法

2.1 測試儀器與方法

根據《交通干線環境噪聲排放標準》（征求意見稿）[14]和GB 3096—2008《聲環境質量標準》[15]中推薦的測試方法，采用AWA6228型多功能聲級計進行等效連續聲級測試，主要是晝間等效連續聲壓級Ld、夜間等效連續聲壓級Ln、小時等效連續聲級Leq這3種。

根據《交通干線環境噪聲排放標準》（征求意見稿），高架線邊界控制測點應選在交通干線邊界外1 m、高度距地面1.2 m以上、對鄰近噪聲敏感建筑物可能產生最大影響的位置。但是在實際噪聲測試中，交通干線邊界有的包括兩側綠化帶，有的則不含綠化帶。因此，考慮到測試標準的統一性和可操作性，以高架線地面道路的人行道邊緣作為邊界，該邊界以外約1 m處作為基準測點位置，如圖1所示，這個點位接近現行道路交通噪聲監測點。

圖1 聲壓測點位置

此外，為了研究高架線橫橋向、順橋下、高度方向的噪聲分布規律，還需在高架線外的不同方位、不同距離布置聲壓測點，由此提出了以下的測點布置方案。

2.2 測點布置方案

1）為研究交通噪聲與其到高架線垂直距離的關系，在垂直于高架線方向布置多個測點。第1個測點選擇為地面道路邊界旁約1 m處，地面道路邊界則統一定義為人行道邊緣。在邊界線的垂直方向選取不同距離的4個測點，以研究噪聲沿著高架線垂直方向的衰減規律，測點分別距離地面道路邊界線1 m、11 m、21 m、31 m，如圖2所示。

圖2 研究高架線橫橋向噪聲分布規律的測點方案

2）為研究交通噪聲在與高架線平行方向的分布規律，以及高架線一般路段與十字路口的噪聲差別，在平行于高架線方向布置多個測點。經過實地考察，選擇寧波市環城南路“寧南北路與環城南路交叉口”與“環城西路與環城南路交叉口”之間進行實測，4個測點均布置在“環城南路”人行道邊界外1 m處。測點1布置在距離“寧南北路”人行道外側10 m處；測點2布置在距離“寧南北路”人行道外側50 m處；測點3布置在距離“寧南北路”人行道外側100 m處，測點4布置在距離“寧南北路”人行道外側150 m處，測點布置如圖3所示。

圖3 研究高架線順橋向噪聲分布規律的測點方案

3）為研究交通噪聲在與高架橋兩側高度方向的分布規律，在高架線旁高層建筑的不同樓層布置多個測點。經過實地考察，選擇寧波市高架線旁的3處測點進行實測，分別為北環高架旁3個小區A、B、C的高層住宅，測點布置如圖4所示。

圖4 高架旁住宅小區及測點布置

3 高架道路噪聲測試結果與分析

通過在垂直于高架線方向的不同距離設置測點，研究橫橋向的噪聲分布規律。通過在平行于高架線方向的不同位置設置測點，研究順橋向的噪聲分布規律。通過在不同高度設置測點，研究高度方向的噪聲分布規律。結果表明：（1）橫橋向的噪聲，隨著測點與高架橋垂直距離的增大，呈對數曲線遞減，虛擬聲源在地面道路機動車道外1.5 m處；（2）順橋向的噪聲，隨著測點與十字路口垂直距離的增大，呈對數曲線遞減，虛擬聲源在十字路口邊界；（3）高架方向的噪聲先隨著樓層的升高而增大，10~12層達到最大值，12~20層的聲壓基本穩定，波動較小。

3.1 高架線橫橋向噪聲分布

在高架線的橫橋向，噪聲分布與測點到高架線的垂直距離有關。以往的分析往往把高架線視為一個線聲源，按照聲學理論，線聲源的聲壓級衰減規律呈對數曲線形式，即：

式中，L（r）為距線聲源距離為r處的測點聲壓；Lw為線聲源聲壓；r為測點距聲源的距離。

但是，實際高架線路具有一定的寬度和高度，簡化為線聲源會帶來誤差。故對此進行了改進，仍然假設道路一側的噪聲是由線聲源產生的，但是線聲源的位置并不在道路中心線，擬合點如圖5所示，假設待定的線聲源到測點的距離為r1，用對數曲線對聲壓測試結果進行曲線擬合，結果如圖5所示。

圖5 高架線橫橋向聲壓擬合點圖示

根據圖6的擬合曲線，發現將機動車道外側1.5 m處視為線聲源位置時，測點聲壓級的分布規律與聲壓級衰減公式最符合，因此，將線聲源聲壓衰減式（1）進行修正，得到式（2）所示的高架線橫橋向噪聲分布公式。

式中，r1為聲壓測點到高架橋下機動車道外邊緣的距離，m；Lw1為距高架橋下機動車道邊緣1.5 m處的聲壓級；L（r1）為r1點處的聲壓級，dB。

由圖6還可以知道，橫橋向測點的晝間聲壓值為63.6~70.4 dB，夜間聲壓值為57.9~65.4 dB，晝間和夜間的聲壓變化規律一致。隨著到高架線距離的增大，聲壓基本按照對數曲線規律衰減。

圖6 高架線橫橋向噪聲分布規律的曲線擬合

3.2 高架線順橋向噪聲分布

在高架線的順橋向，聲壓的變化與高架線與普通道路（或其他高架線）的交叉口有關，因此，可以假設高架線旁的聲壓由高架線噪聲和與之相交的普通道路噪聲疊加而成。高架線噪聲可以用式（2）表示，與之相交的普通道路也可以類似假設為按照對數曲線形式衰減，但是到交叉口的距離遠到一定程度時（如100 m），可以認為聲壓基本保持不變。與高架線相交的普通道路造成的聲壓計算見圖7。因此，普通道路造成的聲壓變化公式為：

式中，r2為聲壓測點到與高架線相交的普通道路車道邊緣的距離，m；Lw2為距普通道路機動車道邊緣1.5 m處的聲壓級；L（r2）為r2處的聲壓級，dB。