城市复杂路段声屏障设计

2010-11-10褚国红李晓东邱贤锋

上海船舶运输科学研究所学报 2010年1期

关键词：敏感点隔声同济

褚国红, 李晓东, 邱贤锋

(上海船舶运输科学研究所环境分所,上海200135)

0 前言

随着城市交通日益发展,汽车拥有率的迅速增长,车辆噪声污染也日趋严重。有数据表明,城市道路交通噪声已成为城市居住区中危害最大、数量最多的噪声源,并且因其治理难度大,影响面广,由此,带来了较大的负面影响。

一般来说,治理交通噪声污染主要有3个途径:

1.降低声源辐射,这属车辆或路面研究范围;

2.控制传播途径,主要有规划、改变道路形式、加强绿化、安装声屏障等措施;

3.保护接受者,主要是指拆迁、改变房屋功能、安装隔声窗等,是被动的保护措施,且不能改善室外声环境。

由于城市道路多建在城市中心范围,在规划和设计时控制道路距人的居住、活动及工作场所的距离有时也很难做到,绿化的降噪效果有限,而声屏障由于其简单、实用、可行、有效、一次性投资小,成为目前被普遍使用的噪声污染防治措施。

目前,高架道路已成为解决城市交通拥挤的一种有效手段,但它却使交通噪声污染更甚,尤其是在立交区域,由于声源多、声场复杂,声屏障的设计难度很大。本文现以同济立交区域的声屏障设计为例,介绍对城市复杂路段声屏障设计的一些探索。

1 声学设计

1.1 敏感点噪声现状

同济路立交区域地处上海市宝山吴淞地区,南临吴淞工业区,北依宝钢,东连外环线隧道浦西出入口,通过外环线隧道连接外高桥港区,上海市城市外环线和同济路逸仙路高架交汇于此,因此,该立交是外环线隧道和吴淞工业物流北通道的咽喉要道。同济路立交区域底层地面道路为泰和路和同济路交叉路口,中层为外环线,最高层为同济路高架。此外,轻轨3号线北延伸段平行同济路高架南北贯穿立交区。

由于区域交通异常繁忙,并呈现大型集卡多、夜间车流量大、车速快等特点,从而导致十分严重的道路交通噪声污染。根据监测,周边敏感建筑普遍超标在15 dB(A)以上。

鉴于区域声源异常复杂,导致对区域开展噪声治理难度大。尽管区域内已实施了部分声屏障,但由于覆盖面小、高度不够,且有破损等原因,导致降噪效果较差,近年来居民投诉愈加频繁,必须开展进一步的交通噪声治理。

1.2 声学设计的思路

声学设计的任务是以治理目标为基础进行声屏障的设置位置、外形尺寸、长度、结构形式、附加处理方式等的设计选择与比较,并进行各种方案降噪效果的预测。

同济路立交声屏障声学设计思路为:

●利用业界领先的环境噪声计算软件CadnaA尽可能精确地模拟出同济路立交的道路形式;

●通过车流量分析和现场实测,确定各条道路的噪声源强;

●根据各声源对敏感点的贡献及实施声屏障的有效性,确定各条道路实施声屏障的必要性;

●根据各声源对关心点的贡献,首先在贡献大的道路处设置屏障,确定屏障设置位置及合理高度,其次考虑其它屏障实施的附加降噪效果,以确定各道路声屏障的设置高度。

1.3 建模效果

通过导入区域CAD图,并利用CadnaA 3.7版本新增的导入Google Earth图像的功能,两者进行无缝接合,以获得更直观的效果图,建模完成后,在软件中显示的三维效果见图1。敏感点主要分布于立交西南、东南及东北3个象限。西南偏西敏感点为泗东、八棉、桃园新村,偏南敏感点为长征新村、同济路60弄。东南敏感点为泰和路318弄等。东北敏感点为海滨新村、泰和路239弄等。

1.4 道路源强确定

现场建模的精准度来自于两方面,一方面为生成模型的精准度,另一方面为源强输入的精准度。其中,前者通过导入CAD地图、配合Google Earth图像、查询设计图纸并辅以现场测量等手段来确保。

而道路源强的确定则由现场噪声监测值及车流量、车速、大车比例、路面结构等因素综合确定,立交区域共采用39条道路模拟,最终确定的源强见表1。

1.5 屏障高度设计实例

以泰和路318弄为例。泰和路318弄位于同济路立交东南象限,敏感点主要受外环隧道出口、外环主线、同济路高架、互通立交SW匝道、SE匝道(走地面)及地面道路等的共同影响,敏感点由西至东分别为泰1～泰4,该点声屏障设计思路为:首先考虑外环隧道设置不同高度声屏障配合外环主线已有2.8 m声屏障的降噪效果,其次考虑同济路高架主线及SW匝道等设置屏障的降噪效果,敏感点声屏障效果计算结果见表2。

图1 基于Cadna软件的同济路立交区域声学设计模拟

表1 道路源强输入表单位:d B(A)

从表2可见,隧道口设置高度为4.5 m的屏障较3.5 m而言,对部分预测点有近2 dB的降噪效果,因此,推荐隧道口屏障高度为4.5 m。其高度确定后,经计算,增加3.5 m高的同济高架主线侧屏对部分预测点有近1 d B的降噪效果,因此,同济高架需设置侧屏3.5 m,同理,SW匝道也需设置侧屏,对部分预测点有0.5 dB以上的降噪效果,由于该匝道源强较小且高度较高,因此匝道屏障设置2 m即可。

综上所述,本设计推荐泰和路318弄对应的屏障设置为:隧道口4.5 m+外环主线2.8 m+同济主线侧屏3.5 m+SW匝道侧屏2 m。

由表2可见,屏障设置后,仅对该敏感点极少数点位有6 dB以上降噪效果,大部分在6 dB以下,平均降噪效果仅略高于3 dB(A),主要原因为该点还受SE匝道(地面形式)的影响。经现场踏勘调查,SE匝道车流量多,大车比例高,对该敏感点有很大影响。经预测,为配合本项目实施的声屏障,SE匝道地面屏障合理高度为6.5 m,屏障设置后,对敏感点平均有2.5 dB以上的降噪效果,对部分点位则有3～4 dB的降噪效果。因此,建议同步实施SE匝道声屏障。

表2 泰和路318弄声屏障效果计算单位:d B(A)

1.6 对现有屏障的处理

同济立交区域部分高架道路和轨道交通已经采取了部分声屏障降噪措施,这部分屏障高度和设计标准较低,降噪效果不甚理想,对这部分屏障如何处理也是此次设计的一项内容。

通过方案比较及分析可见,采用拆除现有屏障加高重建的方案二降噪效果要比保留现有屏障的方案一有所上升,但同济路立交噪声源复杂,敏感点受外环线、同济路高架道路、匝道、地面道路及外环隧道口等噪声源的综合影响,因而采用加高原设置在高架道路上的屏障的方案二较之方案一降噪效果未有明显改善(＜2 dB)。由于需要拆除现有屏障并加高重建,因此,方案二较方案一投资有较大增加,而且降噪效果未有明显改善,仍需要辅以隔声窗等综合治理措施。设计从节省投资的角度考虑,推荐对现有屏障加以修缮并继续使用,视使用情况逐步淘汰更新;对需要增设声屏障的路段,采用新型声屏障设计,声屏障的高度和材料的吸声性能按声学设计要求进行设计,以取得较佳的降噪效果。

1.7 综合治理的必要性

同济路立交区域声源多且复杂,总体交通噪声水平很高,建设声屏障后部分敏感点仍有可能超标严重,因此,要获得最佳治理效果必须采取综合治理措施,才能有效缓解区域交通噪声污染。作为外环线道路建设单位,主要从道路设施角度加以治理,所以采用声屏障仍是首选的降噪措施。工程所在地宝山区可结合区域成套房改造、平改坡工程等为区域敏感建筑加装隔声窗,或者结合区域城市改造,拆迁或改变现有敏感建筑的使用功能,从而达到综合治理效果。

2 声屏障结构与构造设计

声屏障结构与构造设计的内容是保证结构安全和稳定性或隔声、吸声等要求,以及安装施工上的需要而采取的措施。

按公路桥梁抗风设计规范(JTG/T D60-01-2004)计算,风荷载一般由3部分组成:一是平均风的作用;二是脉动风的背景脉动;三是由脉动风诱发抖振而产生的惯性力作用,它是脉动风谱和结构频率相近部分发生的共振响应。风荷载取50年重现期下的基本风压为0.55 k N/m2,相应基本风速取为31.3 m/s。

桥梁段上的隔声屏设置在桥梁的防撞墩上,因桥梁防撞墩原设计未计算隔声屏的荷载,设计经过计算,原防撞墩的结构能承受高4.5 m的隔声屏的风荷载。设计采用骑马件对穿螺栓同原防撞墩联结,确保隔声屏的钢结构和防撞墩的钢筋混凝土结构共同受力。

由于同济立交区域大型车辆比例高,在转弯半径较小的急弯路段容易发生大型车辆擦碰声屏障的事故。我们根据这一特点,在SW匝道设计了外挑型的声屏障,即声屏障的中心线外挑于防撞墙外,可以一定程度地减少车辆擦碰。

声屏障的构造设计为阻抗复合型的吸声结构,屏体构造及材料组合采用铝纤维吸声板+蘑菇状吸声筒形式,SW匝道由于屏障高度较低,屏体型式设计为铝纤维单面吸声型直立屏障。