公路項目環(huán)境影響評價中聲屏障尺寸研究

韓龍芝 熊叢博 張永強 劉建強

摘 要：通過對線源設(shè)置聲屏障后插入損失的計算方法的研究，明確了公路項目設(shè)計降噪目標值的確定方法，推導(dǎo)出了聲屏障尺寸計算公式，并通過實例進行了驗算，計算結(jié)果與現(xiàn)行規(guī)范具有較好的適用性，可以作為環(huán)境影響評價過程中確定聲屏障尺寸的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：交通噪聲；環(huán)境影響評價；聲屏障；插入損失

中圖分類號：X827文獻標志碼：A文章編號：1673-9655（2024）02-00-04

0 引言

隨著城市的不斷發(fā)展，噪聲問題越來越突出。近年來，噪聲投訴舉報量持續(xù)居高，同時交通干線兩側(cè)區(qū)域夜間噪聲達標率持續(xù)偏低[1]，交通噪聲對居民生活環(huán)境的影響越來越大，引起的關(guān)注度也越來越高。因此，在環(huán)境影響評價階段對交通噪聲提出有效的防治手段，提前將公路建設(shè)可能帶來的噪聲污染消除顯得尤為重要。

目前環(huán)評過程中，較為常見的交通噪聲防治措施包括合理選線（避讓聲敏感保護目標）、優(yōu)化方案設(shè)計（路塹、隧道）、源頭控制（低噪車輛、降噪路面）、傳播路徑控制（聲屏障、綠化林帶）、末端控制（隔聲窗）等措施，其中聲屏障屬于較為常見、有效且經(jīng)濟的防治措施，應(yīng)用越來越普遍。聲屏障是降低地面運輸噪聲的有效措施之一，一般3～6 m 高的聲屏障，其聲影區(qū)內(nèi)降噪效果在5～12 dB [2]。而影響聲屏障降噪效果最關(guān)鍵的因子就是聲屏障的尺寸。現(xiàn)行導(dǎo)則及規(guī)范未給出聲屏障尺寸的計算方法，實際工作中部分環(huán)評給出的聲屏障尺寸不合理，造成聲屏障費用遠高于估算費用[3]。本文擬結(jié)合現(xiàn)行環(huán)評導(dǎo)則和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，針對確定的降噪目標值，提出聲屏障尺寸的計算方法，為在環(huán)評階段確定合理的聲屏障尺寸提供依據(jù)。

1 聲學(xué)理論

（1）聲學(xué)原理

交通噪聲傳播至聲屏障位置時，將分成三條路徑：直接穿透聲屏障到達受聲點的透射路徑，經(jīng)聲屏障頂端繞射至受聲點的繞射路徑，以及被聲屏障反射的反射路徑。其中繞射引起的衰減最為明顯，是決定聲屏障插入損失的主要物理量[2]。

（2）無限長聲屏障插入損失計算

將交通噪聲聲源近似為無限長不相干線聲源時，其繞射聲衰減量按下式計算：

式中：f — 聲波頻率，Hz；δ= A+B-d 為聲程差，m；c—聲速，m/s。

（3）有限長聲屏障插入損失計算

根據(jù)《HJ/T 90—2004聲屏障聲學(xué)設(shè)計和測量規(guī)范》，插入損失仍由公式（1）計算，然后根據(jù)遮蔽角進行修正。

《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》[4]給出了修正后的繞射聲衰減量計算公式，規(guī)定有限長聲屏障的繞射衰減量可按公式（2）近似計算：

式中：—有限長聲屏障引起的衰減，dB；β—受聲點與聲屏障兩端連接線的夾角，°；θ—受聲點與線聲源兩端連接線的夾角，°；—無限長聲屏障的衰減量，dB，可按式（1）計算。

2 現(xiàn)行規(guī)范要求

（1）《HJ/T 90—2004聲屏障聲學(xué)設(shè)計和測量規(guī)范》[2]

根據(jù)設(shè)計目標值，可以確定幾組聲屏障的長與高，形成多個組合方案，計算每個方案的插入損失，保留達到設(shè)計目標值的方案，并進行比選，選擇最優(yōu)方案。

（2）《JTGB 04—2010公路環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范》[5]

聲屏障高度不宜超過5 m；當噪聲衰減需要聲屏障高度超過5 m時，可將聲屏障的上部做成折形或弧形，將端部伸向公路，以增大有效高度；聲屏障的外延長度不宜小于受保護對象到聲屏障距離的2倍。

（3）《DB 4403/T 62—2020道路聲屏障建設(shè)技術(shù)規(guī)范》[6]

聲屏障高度不宜低于3 m；聲屏障兩端延長長度宜不小于50 m，對道路噪聲源的遮蔽角百分率宜不低于80%。

（4）《DB 11/T 1034.2—2013交通噪聲污染緩解工程技術(shù)規(guī)范第 2 部分 聲屏障措施》[7]

聲屏障的高度應(yīng)滿足設(shè)計降噪目標值，并結(jié)合聲屏障位置、敏感區(qū)域、聲源三者之間的相對距離、相對高差，經(jīng)過調(diào)整計算確定；

聲屏障一端的附加長度設(shè)計，應(yīng)按照公式（3）計算，如不足50 m，按50 m設(shè)計。

b = 0.15dΔL （3）

式中：b—聲屏障的附加長度，m；d—敏感建筑物一端到交通干線的垂向距離，m；ΔL—聲屏障的插入損失，dB（A），聲屏障的插入損失應(yīng)不低于聲屏障的設(shè)計降噪目標值。

（5）《T/SXAEPI 9—2022城市道路聲屏障建設(shè)技術(shù)規(guī)范》[8]

聲屏障規(guī)格設(shè)計，應(yīng)根據(jù)敏感建筑物、敏感建筑物集中區(qū)的高度和長度，通過聲學(xué)計算確定。

（6）小結(jié)

通過對現(xiàn)行有效的相關(guān)技術(shù)規(guī)范、團體標準統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，對于聲屏障設(shè)置尺寸給出了一般性的規(guī)定，包括高度適宜在3～5 m，外延長度不低于50 m，部分標準給出了簡化的計算方法，但更精確的尺寸需要通過聲學(xué)計算來確定。

3 聲屏障尺寸設(shè)計

3.1 設(shè)計基礎(chǔ)條件

聲屏障的插入損失一般需要明確聲源頻帶寬度、頻率計權(quán)和時間計權(quán)特性。目前我國在道路環(huán)評影響評價時認為交通噪聲的等效頻率為500 Hz[2]，對聲環(huán)境質(zhì)量評價采用等效連續(xù)A聲級[9]，因此本研究主要考慮單側(cè)剛性聲屏障（不考慮透射聲和反射聲）對500 Hz噪聲的等效連續(xù) A 計權(quán)插入損失。

3.2 確定設(shè)計降噪目標值

實際環(huán)評工作中，通常將道路視為無限長線聲源，而屏障相對于道路而言長度較短，一般視為有限長屏障。因此確定聲屏障設(shè)計降噪目標值，實際就是確認有限長聲屏障的繞射衰減量。

環(huán)評的評價目標是保證敏感點處噪聲值滿足其所執(zhí)行的聲環(huán)境質(zhì)量標準[9]，道路在不設(shè)置聲屏障情況下敏感點處噪聲預(yù)測值超過標準值時，需采取措施降低交通噪聲來保證敏感處噪聲值達標。此時，首先需要計算出道路建設(shè)后最大允許噪聲貢獻值，按公示（4）計算。

式中：Leqg—最大允許交通噪聲貢獻值，dB（A）；Leqs—敏感點處噪聲標準值，dB（A）；Leqb—不含建設(shè)項目聲源影響的背景聲級，dB（A）；

然后采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》HJ 2.4—2021推薦的公式（5）計算無聲屏障情況下交通噪聲對敏感點處的貢獻值Leq（T）[4]。

式中：Leq（T）—總車流等效聲級，dB（A）；、、—大、中、小型車的小時等效聲級，dB（A）；

最后利用公式（6）計算得出設(shè)計降噪目標值ΔLd' 。

ΔLd' = ΔLeq（ T ）-Leqg （6）

需要明確的是，上述確定設(shè)計降噪目標值的方法未考慮背景值已經(jīng)超標的情況。同時確定設(shè)計降噪目標值時應(yīng)考慮聲屏障插入損失的限度，通常聲屏障的插入損失達到10 dB比較容易，達到15 dB十分困難，要求達到20 dB幾乎不可能[10]，要實現(xiàn)更高的插入損失值，需結(jié)合降噪路面、提高聲屏障吸聲性能等措施來實現(xiàn)。

3.3 計算聲屏障尺寸

在環(huán)評工作中，通常將道路視為無限長線源，此時受聲點與線聲源兩端連接線的夾角θ可視為180°。我們將公式（2）進行整理后得到β計算公式（7）。

式中：β—受聲點與聲屏障兩端連接線的夾角，°；ΔLd' —有限長聲屏障引起的衰減，dB；

ΔLd —無限長聲屏障的衰減量，dB。

實際工作中，需要設(shè)置聲屏障的敏感點一般為成片的居住區(qū)，此時環(huán)評的主要任務(wù)是計算聲屏障在覆蓋敏感點長度之后的外延長度L，計算位置一般選在敏感點兩側(cè)的建筑。為簡化計算，將該建筑簡化為單一的點，此時β是由接收點距離聲屏障水平距離和聲屏障長度決定的，如圖3。

式中：β—受聲點與聲屏障兩端連接線的夾角，°；L—聲屏障外延長度，m；b—接收點距離聲屏障水平距離，m。

由公式（7）和公式（8）可得公式（9）。

式中：L—聲屏障外延長度，m；b—接收點距離聲屏障水平距離，m；ΔLd' —有限長聲屏障引起的衰減，dB；ΔLd—無限長聲屏障的衰減量，dB。

通過公式（9）可知，當設(shè)計降噪目標值ΔLd'、道路與敏感點位置相關(guān)參數(shù)確定后，聲屏障長度主要取決于ΔLd；由公式（1）可知，ΔLd主要取決于聲程差δ。在圖 1的基礎(chǔ)上補充各項參數(shù)后得到圖 4，并將聲程差公式展開為公式（10）。

式中：δ=A+B-d 為聲程差，m；a—聲源距離聲屏障水平距離，m；b—接收點距離聲屏障水平距離，m；h—聲屏障高度，m；h1—聲源離地高度，m；h2—接收點離地高度，m。

通過公式（10）可以看出，此時聲程差δ由聲屏障高度h決定。由此得出，對特定敏感保護目標針對既定的設(shè)計降噪目標值進行聲屏障設(shè)計時，聲屏障的外延長度和高度具有相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)關(guān)系，聲屏障高度越高，所需的外延長度就越小，反之亦然。

根據(jù)規(guī)范要求，聲屏障長度一般在3～5 m，在環(huán)評工作過程中，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，先給定聲屏障高度，然后計算出對應(yīng)的外延長度，由此確定聲屏障的尺寸。

4 應(yīng)用實例

某公路項目，評價范圍內(nèi)有一座小學(xué)，夜間不運營。小學(xué)執(zhí)行2類聲功能區(qū)標準（晝間60 dB（A）），晝間背景值為57 dB（A）。經(jīng)初步計算，無聲屏障情況下公路對小學(xué)交通噪聲貢獻值為62 dB（A）。

根據(jù)公式（4）可得主干道建設(shè)最大允許交通噪聲貢獻值Leqg為57 dB（A），由公式（6）計算ΔLd' 為5 dB（A），屬于比較容易達到的聲屏障插入損失值，可以通過聲屏障進行噪聲防治。經(jīng)現(xiàn)場踏勘后，公路與小學(xué)位置關(guān)系見圖 5，初步確定聲屏障適宜高度為3.5 m，根據(jù)公式（10）可得聲程差δ=0.50 m，進而由公式（1）算得ΔLd=11.9 dB（A），再按公式（9）算得聲屏障外延長度L=67 m，相關(guān)計算參數(shù)見表1。

根據(jù)JTG B04—2010，聲屏障外延長度不宜小于受保護對象到聲屏障距離的2倍，即60 m；根據(jù)DB4403/T 62—2020，聲屏障兩端延長長度宜不小于50 m；根據(jù)DB11/T 1034.2—2013計算，聲屏障附加長度為22.5 m，按50 m計。綜上可知，按本次研究結(jié)果計算得出的聲屏障外延長度均大于各現(xiàn)行規(guī)范最低長度要求，滿足規(guī)范規(guī)定。同時，可通過設(shè)置不同的聲屏障高度算出不同的外延長度，進而結(jié)合現(xiàn)場聲屏障設(shè)置條件、工程造價等因素對多種長高組合進行優(yōu)化選取。當根據(jù)上述計算公式算出的聲屏障尺度過大時，應(yīng)進一步考慮降噪路面、隔聲窗等其它措施，以確保噪聲污染防治措施的經(jīng)濟技術(shù)合理性。

5 結(jié)語

本文通過對聲屏障基礎(chǔ)聲學(xué)原理的研究和推導(dǎo)，明確了公路項目環(huán)境影響評價時降噪設(shè)計目標值的確定方法，給出了聲屏障尺寸計算公式，同時對計算方法進行了驗證，證明了計算結(jié)果滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。同時也為聲屏障設(shè)置尺寸的經(jīng)濟技術(shù)合理性比選提供了依據(jù)。

本次研究是基于無限長線聲源只考慮繞射衰減的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論，后續(xù)應(yīng)結(jié)合預(yù)測模型進行校核。對于車流量較小的公路項目，不能完全視為無限長線聲源；同時當?shù)缆穬蓚?cè)均設(shè)有聲屏障時，還存在反射聲的影響，在這種情況下聲屏障尺寸計算方法還需進一步研究。

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