隧道噪声控制环保技术与实践

第1章 绪论 1.1 背景和意义 《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中对于环境噪声污染的定义为：所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。依据噪声的来源可分为：机械噪声、交通噪声、电磁噪声；根据噪声的性质可分为：背景噪声、干扰噪声、环境噪声。对于交通噪声，车辆在行驶过程中的发动机转动与表面辐射噪声、尾气排放、传动系统噪声、车体振动噪声、鸣笛、刹车以及轮胎与路面接触等是其重要来源 [1]。 隧道为半封闭的狭长形管状结构，由于“喇叭效应”和“音箱效应”，行驶于其内部的车辆所带来的噪声问题比一般道路要更为严重 (图1.1)。在没有采取降噪措施的隧道内部，其半封闭的特点使得噪声难以快速消散，经壁面多次反射和叠加(图1.2)，产生相对于开放空间更大的噪声值，且混响时间长。一般情况下，隧道内的噪声值往往接近 90dB(图1.3(a))；在隧道洞口，由于机动车辆行驶而产生的噪声值达到 71.0dB(图1.3(b))。 图1.1 隧道噪声纵向传播扩散规律 图1.2 隧道内部交通噪声的反射与叠加示意图 图1.3 隧道内与洞口噪声实测值 噪声对居民健康的损害主要体现在：因其影响而导致的个人医疗投入的增加，疾病诱发所导致的突发性死亡，同时还包括睡眠质量降低而引起的工作效率低下，继而引发的工资或产值的下降。研究资料显示， 80dB以上的职业性噪声环境会导致听力损失；80～85dB范围内会引起轻微的听力损伤；在 80～90dB会引起部分人的噪声性耳聋；在 90～100dB就会造成一定数量人的噪声性耳聋；100dB以上则会出现相当数量人的噪声性耳聋。此外， 40dB的连续噪声会影响 10%的人的睡眠， 70dB则会影响 50%的人的睡眠。40dB的突发噪声会导致 10%的人从睡梦中惊醒， 70%的人会在 60dB突发噪声的情况下惊醒。长期暴露于高噪声环境中，轻则使人感到不适、影响情绪，严重时能够损坏听觉神经细胞甚至过早死亡。 欧盟环境署发布的《2014欧洲噪声》报告指出，欧盟 28个成员国中每年因交通噪声导致过早死亡人数超过 1万人。不同噪声值环境下，人体耐受程度如图1.4所示。 图1.4 不同强度声环境中人体耐受情况 此外，受隧道洞口噪声影响严重的产业(如房地产等)的经济效益和生产效益都会不同程度的下降，从而影响周围土地的价值。研究表明，交通噪声每升高 1dB，土地的价格就会下降 0.08%～1.26%，平均下降 0.9%左右[2]。 对于社会环境损失，可用沿线居民对忍受交通噪声增加带来的损失的受偿意愿(willingness to accept，WTA)或居民愿意为减少交通噪声污染加装隔声设施而支付的费用的支付意愿 (willingness to pay，WTP)表示。欧盟各国在对 WTP进行研究时，为便于不同国家间的比较，采用了人均收入这一指标进行标准化，认为噪声水平每增加 1 dB，支付意愿的增加值为人均收入的 0.11%[3]。 近年来，城市内关于噪声的投诉占各类投诉的 70%以上，其中交通噪声为主要组成部分，使得其愈发成为人们关注的对象。目前我国隧道降噪技术的研究相对滞后，研究成果比较零碎、系统性不强，应用于工程实际的数量更少，实践经验不充分。造成这种现状的原因，一方面是前期人们对噪声危害认识不足，不够重视；另一方面是缺乏针对性的指导标准和科学的方案设计指导。 然而，国内已建成隧道内仅有少数隧道采用了降噪技术，如南京玄武湖隧道在洞口及引道范围内采用了降噪措施。对于大部分隧道，在设计之初基本没有考虑降噪要求，如果后续进行降噪改造会出现诸多技术上的问题，包括：适用于隧道的降噪材料和降噪方案的选取；降噪方案的实施势必会占用一定隧道净空，可能引起隧道限界与降噪效果的冲突；降噪材料的施做与既有设施发生冲突等情况。 根据《绿色建筑评价标准》 (GB/T 50387—2019)，绿色建筑是在全寿命周期内，*大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。相应地，“绿色隧道”是指，在全寿命周期内，有效节约资源、合理保护环境、减少可控污染，为人们提供畅通、高效、便捷、舒适的出行环境，与自然和城市和谐共生的隧道。 随着我国城市化进程的不断推进，城市人口和交通压力越来越大。为了缓解交通压力，大城市都在快速发展各自的快速化交通网络，隧道如雨后春笋般出现。然而，隧道在为人们的出行带来了极大便利的同时，也带来了严重的噪声污染。 噪声污染已成为人类社会中影响*为广泛的污染之一。随着人们对美好生活的需求的提高，对噪声污染的治理必将成为人们广泛的需求。然而，隧道工程与声学属于不同学科，其噪声治理需要隧道工程界有更深层次的认识，从噪声的产生、传播、治理以及相关技术和工艺等方面进行系统性的研究。 本书以实测的方法，用等效 A声级、1/3倍频程中心频率、隧道内混响时间、隧道内部与洞口单车噪声测量等指标揭示了隧道噪声分布的现状。基于理论研究和数值模拟给出了隧道内部和洞口的噪声预测方法。在此基础上进行了隧道噪声的控制方案设计，并将相关研究成果在泰州市永定路一号隧道中进行了实际应用，降噪效果良好。所提供的方法有助于改善隧道内部及洞口的声环境质量，降低噪声对隧道内通行人员和周边居民的干扰，从而提供良好的声学体验，符合人们“美好生活环境”的期望。本书内容可为当前隧道噪声控制技术与方案提供借鉴与参考。 1.2 道路交通噪声现状 交通噪声是指交通工具运行过程中产生的妨害人们正常生活和工作的声音，包括机动车辆、飞机、轮船、火车等。隧道内部及洞口周边噪声主要来自机动车辆行驶过程中所产生的发动机震动以及轮胎与路面的摩擦。 自2011年起，中华人民共和国生态环境部开始发布当年的《中国环境噪声污染防治报告》，针对前一年全国范围内的城市环境噪声情况进行发布。 2019年 6月 26日*新一期的报告指出： 2018年度，全国城市功能区声环境昼间监测总点次达标率为 92.6%，夜间监测总点次达标率为 73.5%。昼间道路交通噪声等效声级平均值为 67.0dB(A)，夜间道路交通噪声等效声级平均值为 58.1dB(A)。全国各级环保部门共收到涉及环境噪声的投诉 23.6万件(占环保投诉总量的 35.3%)，其中交通运输噪声类投诉占 3.8%[4]。 1.2.1 昼间道路交通噪声现状 2018年内，全国共有 324个地级及以上城市开展了昼间道路交通声环境质量监测工作。根据监测结果 (表1.1)，昼间道路交通噪声强度评价为一级的城市有 215个；二级的城市有 93个；三级的城市有 13个；四级的城市有 3个。对于全国 31个直辖市与省会城市 (不含港澳台)，昼间道路交通噪声强度评价一级至四级的城市数量分别为 11个、18个、1个和 1个。2018年全国城市以及直辖市和省会城市昼间道路交通噪声强度各等级占比如图1.5和图1.6所示。 图1.5 2018年全国城市昼间道路交通噪声强度各等级占比 图1.6 2018年直辖市和省会城市昼间道路交通噪声强度各等级占比 表1.1 2018年直辖市和省会城市昼间道路交通噪声监测结果 与2017年相比，全国城市范围内昼间道路交通噪声强度评价为一级的城市比例上升 0.7个百分点；二级的城市比例上升 0.9个百分点；三级的城市比例下降1.9个百分点；四级的城市比例上升 0.6个百分点；五级的城市比例下降 0.3个百分点(图1.7)。直辖市和省会城市道路交通噪声强度为一级、四级和五级的城市比例与上年持平；二级的城市比例上升 6.5个百分点；三级的城市比例下降 6.5个百分点；四级和五级的城市比例与上年持平 (图1.8)。 图1.7 2017年与 2018年全国城市昼间道路交通噪声强度等级