高速公路城區(qū)段噪聲來源與影響分布

錢曉彬,呂成林,蔡莉莉吳春穎,張 東

（1.南通繞城高速公路有限公司,江蘇 南通 226000; 2.南京寧通智能交通技術(shù)研究院有限公司,江蘇 南京 211135;3.蘇交科集團股份有限公司新型道路材料國家工程研究中心,江蘇 南京 211112; 4.南京工業(yè)大學(xué),江蘇 南京 211816）

0 引言

高速公路的交通噪聲污染問題是一個全球性的難題，需要采取有效的措施進行治理。在治理過程中，需要充分考慮高速公路與城市道路的差異，采用更加有針對性的控制策略。此外，需要加強對高速公路噪聲等級的監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)進行評估，及時發(fā)現(xiàn)問題，制定防控措施，確保高速公路的安全和舒適性。

1 高速公路城區(qū)段噪聲來源

公路噪聲主要是汽車行駛過程中由發(fā)動機運行、車輛進排氣以及輪胎與路面摩擦所產(chǎn)生的。發(fā)動機噪聲特性一般為寬頻帶，各個噪聲源輻射出的頻率不相同，主要噪聲源來自活塞撞擊、齒輪、油氣燃燒、氣孔和皮帶，噪聲頻率范圍在50~8 000 Hz，且與轉(zhuǎn)速、缸數(shù)、葉片數(shù)和齒輪數(shù)有關(guān)。低速行駛發(fā)出的噪聲主要為發(fā)動機噪聲和排氣噪聲。行駛速度超過50 km/h時輪胎噪聲為主要噪聲[1]，而高速公路車速一般高于60 km/h，所以輪胎噪聲為主要來源。

圖1 汽車噪聲圖

2 高速公路城區(qū)段噪聲影響因素

對于高速公路上的某一段，當(dāng)車輛在一定的時間里同時經(jīng)過時，所產(chǎn)生的等效聲壓級就是交通噪聲的等效聲壓級。在車流量為0或有車但所有車都停住的情況下，它的噪聲效應(yīng)可以忽略。

2.1 車流量和車型比例

車流量是公路噪聲的重要來源。車輛類型在白天和黑夜之間存在著明顯的差別，車流量也在白天和黑夜之間存在著明顯的差別。所以，要決定噪聲水平與交通流的準(zhǔn)確對應(yīng)是困難的[2]。目前，在各種流量條件下，只有通過對其進行統(tǒng)計分析，才能得到其統(tǒng)計數(shù)值的分布規(guī)律。

車輛類型與車輛類型之間的配比對車輛的噪聲有重要的影響，車輛類型與車輛類型之間的配比對噪聲的尖峰有重要的影響。隨著貨車所占比重的增大，噪聲水平也隨之增大。當(dāng)不鳴喇叭時，車輛的數(shù)目翻一番，車輛的最大噪聲值上升2~4 dB(A)。

2.2 車速

汽車在公路上行駛時，由于車速的不同，所產(chǎn)生的噪聲也不同。同一型號、不同性能的汽車，由于速度的差異，其噪聲的大小也不相同。同一車輛在不同的路面條件下，車速的不同，會產(chǎn)生不同的噪聲數(shù)值。同一輛汽車在超速車道上的車速大于在行車道上的車速。相關(guān)資料顯示：汽車在高速運動時，所發(fā)出的噪聲與車速和道路材質(zhì)的平整度之間存在一定的關(guān)系。隨著車輛速度的提高，汽車所受空氣阻力變大，車胎與道路凹凸坑之間，進排氣效果加強，噪聲隨之增大。

2.3 路面狀況

2.3.1 路面材料類型

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，小客車通過瀝青鋪裝時，其噪聲值略小于水泥混凝土鋪裝。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，同等速度下，小汽車在水泥路面上的噪聲較瀝青路面高1~2 dB(A)。在兩種道路條件下，大中型汽車在同一行駛狀態(tài)下，其噪聲值基本一致。相關(guān)研究指出，橡膠顆粒瀝青路面對于噪聲和振動等有很明顯的吸收作用。國內(nèi)外眾多學(xué)者對此進行了大量的研究，結(jié)果表明：瀝青混合料的孔隙度是影響瀝青混合料降噪效果的重要因素，且孔隙度越大，對瀝青混合料的降噪效果越好。采用含15%~25%空隙率的瀝青混合料可以有效地降低道路噪聲3~8 dB(A)。在山東濟荷高速公路，應(yīng)用SMA降噪技術(shù)對部分路段的降噪效果達到8~11 dB(A)。

2.3.2 路面平整度

道路的平坦度直接影響到車輛的行駛噪聲和輪胎噪聲。隨著道路不平度的增大，行車時的振動更為顯著，噪聲的強度也相應(yīng)增大。結(jié)果表明：隨著車輛速度的提高，道路平坦程度對道路噪聲有顯著的影響。

2.3.3 路面粗糙程度

道路凹凸不平，對于車輛的輻射聲強度會變大，尤其是小客車會更為明顯，會引起劇烈的輪胎噪聲。在0.4~0.7 mm范圍內(nèi)，當(dāng)路面粗糙度增大或減小0.3 mm時，小客車運行時所發(fā)出的噪聲聲級增大或減小約2 dB(A)。

2.4 道路縱坡

在各種工況下，汽車的噪聲是不一樣的，平緩路面與上坡路的噪聲差別很大。當(dāng)車輛在坡道上行駛時，由于引擎的轉(zhuǎn)速升高，廢氣的噪聲增大，其噪聲的輻射強度也隨之增大。所以在平緩路面下剎車，噪聲會比坡道上小很多[3]。

從圖2監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，上述幾類車輛在特殊的行駛狀況下，產(chǎn)生的噪聲值都比較高。噪聲大小也與載重量有關(guān)，小轎車與客貨車相比，前者產(chǎn)生噪聲較低，后者相對較高。因此，在防控交通噪聲時，可以控制重型客貨車的數(shù)量，降低車輛在特殊行駛下的噪聲。

圖2 不同車型不同運行狀態(tài)下的噪聲圖

3 高速公路城區(qū)段聲場分布特性

公路噪聲的頻譜由交通組成、行駛速度和路面特性三個方面確定，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，城市道路以小汽車為主，而高速公路大、中型車輛占比很大。3種車輛的噪聲頻率分布如表1所示。小型車輛噪聲以中高頻聲為主，中大型車輛以中低頻聲為主[4]，水泥路面噪聲頻率高于瀝青路面。我國的公路交通噪聲頻率范圍是60~8 000 Hz，如圖3所示，主要頻率范圍在250~2 000 Hz[5]。

表1 車輛噪聲頻率分布

圖3 我國高等級公路交通噪聲倍頻程譜圖

高速公路城區(qū)段路側(cè)噪聲分布敏感點，在高速公路城區(qū)段的距離、是否有遮擋物存在、與地面相對高度、朝向等因素不同時，噪聲分布明顯不同。通過實測數(shù)據(jù)研究城區(qū)段高速公路兩側(cè)的噪聲分布規(guī)律，從而得出噪聲在空間維度與時間維度上的分布特性，為高速公路城區(qū)段噪聲的可視化提供依據(jù)。從垂直方向，分析敏感點地面不同樓層接收到的交通噪聲，交通噪聲在6層（18 m）以下噪聲值隨著樓層的增加逐漸增大，在第六層達到最大值[6]，之后噪聲值隨著樓層的增加而減少，噪聲值在13層已趨于穩(wěn)定值[7]。從水平方向，分析敏感點地面沿線交通噪聲的聲場特性，公路交通噪聲在水平方向呈現(xiàn)出對數(shù)衰減的形式。距離公路的中心線20~40 m和80~120 m范圍內(nèi)衰減速度較快，40~80 m范圍中衰減相對較緩，隨著距離的增加，衰減速度顯現(xiàn)出快慢快的趨向。從時間維度上分析，交通噪聲具有較強的不確定性，主要由車流量時間變化特性決定。

4 高速公路城區(qū)段噪聲預(yù)測評價

高速公路投入使用后，對公路兩側(cè)一定距離范圍內(nèi)會產(chǎn)生噪聲污染，為了保護環(huán)境和維護居民的日常生活，相關(guān)部門應(yīng)做好聲環(huán)境影響預(yù)測評價工作。目前常用的模型有德國RLS–90模型、《公路建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTG B03—2006）模型（簡稱，06規(guī)范模型）和《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則－聲環(huán)境》（HJ 2.4—2009）模型（簡稱，2009年聲導(dǎo)則預(yù)測模型）[8-10]。

4.1 RLS–90模型

交通噪聲聲級Lm（即預(yù)測點聲級）由聲源輻射聲級Lm,E、距離修正Ds、地面吸收修正DBM、反射修正DB相加求得[8]。公式如下：

4.2 06規(guī)范模型

06規(guī)范模型是我國交通部《公路建設(shè)項目的環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTGB03—2006）中推薦的公路交通噪聲預(yù)測模型。基本公式如下：

式中，LAeqi——i類車的小時等效A聲級[dB(A)]；LAeq交——小時等效A聲級[dB(A)]；L0i——i型車在參照點7.5 m處的平均A聲級[dB(A)]；Ni——i型車平均小時車流量（輛/h）；T——等效聲級計算時間范圍（h）；Vi——i型車平均行駛速度（km/h-1）；ΔL距離——距離衰減量，[dB(A)]；ΔL地面——地面吸收衰減量[dB(A)]；ΔL障礙物——障礙物衰減量[dB(A)]；ΔL1——公路彎曲或有限長路段修正量[dB(A)]。

4.3 09導(dǎo)則預(yù)測模型

09導(dǎo)則預(yù)測模型為我國環(huán)保部《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則一聲環(huán)境》（HJ2.4—2009）中推薦的公路交通噪聲預(yù)測模型。基本公式如下：

式中，Leq(hi)——i類車小時等效A聲級，[dB(A)]；——i類車在7.5 m處的平均A聲級[dB(A)]；Ni——通過預(yù)測點的i類車的車流量（輛/h）；r——車道中心線至受聲點的垂直距離（m）；T——計算等效A聲級的時間跨度（h）；ψ1、ψ2——受聲點到有限長路段兩端的張角，弧度；ΔL——坡度、路面等因子產(chǎn)生的修正值，[dB(A)]。

4.4 對比分析

該文通過監(jiān)測公路噪聲值、記錄車流量和車速等數(shù)據(jù)，用以驗證預(yù)測模型準(zhǔn)確性以及參數(shù)的選取[8-11]。根據(jù)實測數(shù)據(jù)的對比分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）06規(guī)范模型和09導(dǎo)則模型雖然在形式上不同，但是這兩種方法陳述的實質(zhì)相同，均為噪聲聲源、校正項、衰減值3者的總和，且都借鑒了國外的噪聲預(yù)測模型的相關(guān)經(jīng)驗。

（2）車輛類型的分類對于路面交通噪聲的預(yù)判有著十分重要的作用，各種模型沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且分類方式不同。

（3）06規(guī)范模型適用于車速高、車流量不是很大的情況，否則會造成預(yù)測結(jié)果偏大。09導(dǎo)則模型在使用時，應(yīng)考慮道路周圍的環(huán)境指標(biāo)，適用于溫濕度大、高差大的路段噪聲的預(yù)測。

5 結(jié)論

（1）公路噪聲主要是汽車行駛過程中由發(fā)動機運行、車輛進排氣以及輪胎與路面摩擦所產(chǎn)生的。當(dāng)車輛行駛速度超過50 km/h時，輪胎噪聲為主要噪聲。

（2）高速公路城區(qū)段噪聲與車流量、車型比例、車速、路面材料類型、路面平整度、路面粗糙程度以及道路縱坡等因素有關(guān)。

（3）我國的公路交通噪聲頻率范圍主要分布在250~2 000 Hz。從垂直方向，交通噪聲在6層（18 m）以下噪聲值隨著樓層的增加逐漸增大，在第六層達到最大值。從水平方向，公路交通噪聲在水平方向呈現(xiàn)出對數(shù)衰減的形式。從時間維度上分析，交通噪聲主要由車流量的時間變化特性決定。

（4）高速公路城區(qū)段噪聲預(yù)測需要綜合考慮多種因素，并采用多種方法和技術(shù)進行預(yù)測。