綠色城市隧道聲環(huán)境優(yōu)化研究初探

隨著“交通強(qiáng)國”戰(zhàn)略的實(shí)施，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)量呈指數(shù)型增長，城市隧道工程也呈現(xiàn)出井噴式發(fā)展。城市隧道屬于半封閉的拱形結(jié)構(gòu)，聲波在隧道內(nèi)會(huì)發(fā)生不同方向的往復(fù)反射傳播且不易被吸收，疊加上隧道出入口的“喇叭效應(yīng)”就形成了隧道內(nèi)獨(dú)特的聲環(huán)境特性。噪聲通過橫向傳播和縱向傳播的疊加，也使得城市隧道的噪聲問題尤為突出。

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020 年全國 36 個(gè)直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市道路交通噪聲晝間平均值(A，下同)為 68 dB，平均 27% 城市道路晝間交通噪聲平均值超過 70 dB[1]。有研究表明長期生活在 70 dB 以上噪聲環(huán)境的人，其心肌梗塞發(fā)病率將會(huì)增加 30% 左右。因此營造人民群眾滿意的生活環(huán)境，不斷提高人民群眾幸福感和安全感，加強(qiáng)交通噪聲污染防治和城市隧道聲環(huán)境治理工作已刻不容緩。

1 城市隧道聲環(huán)境研究現(xiàn)狀

1.1 城市隧道聲環(huán)境政策

推進(jìn)交通噪聲污染防治制度建設(shè)和交通噪聲專項(xiàng)治理是宜居城市和美麗中國建設(shè)的重要抓手。為規(guī)范和指導(dǎo)交通噪聲污染防治工作，推進(jìn)綠色城市隧道聲環(huán)境優(yōu)化提升，國家和地方政府發(fā)布了一系列的法規(guī)、規(guī)章和文件（表1），文件中均涉及到交通噪聲防治的整治行動(dòng)與技術(shù)措施。因此，重視綠色城市隧道聲環(huán)境頂層設(shè)計(jì)，開展綠色城市隧道政策制定和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，能夠有效提升綠色城市隧道聲環(huán)境水平。

1.2 城市隧道噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)

城市隧道噪聲環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)的制訂依據(jù)是環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)要求。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)為 GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和 GB 22337-2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》兩大標(biāo)準(zhǔn)。前者適用于聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與管理，后者規(guī)定了環(huán)境噪聲排放限值和測(cè)量方法。城市隧道噪聲環(huán)境執(zhí)行 4a 類（晝間≤70 dB 、夜間≤55 dB 限值要求）。此外，HJ 640-2012《環(huán)境噪聲檢測(cè)技術(shù)規(guī)范 城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測(cè)》中對(duì)道路交通聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)做出規(guī)定，道路交通噪聲強(qiáng)度等級(jí)分為 5 個(gè)等級(jí)（表2），分別對(duì)應(yīng)“好、較好、一般、較差和差”5 個(gè)評(píng)價(jià)水平。城市隧道噪聲排放強(qiáng)度可參考執(zhí)行。

表2 道路交通噪聲強(qiáng)度等級(jí)劃分 單位：dB

近年來地方標(biāo)準(zhǔn)研究開始關(guān)注于城市隧道綠色性能提升。2016 年江蘇省頒布了 DGJ32/TJ 216-2016《城市隧道噪聲控制技術(shù)規(guī)程》，系統(tǒng)性提出城市隧道噪聲控制技術(shù)方法，也是我國第一部關(guān)于城市隧道噪聲控制的地方標(biāo)準(zhǔn)。此外，對(duì)于聲屏障專項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，地方機(jī)構(gòu)也陸續(xù)出臺(tái)了部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（表3），為綠色城市隧道聲屏障的設(shè)計(jì)、施工安裝、調(diào)試驗(yàn)收及維護(hù)保養(yǎng)等提供技術(shù)指導(dǎo)。

表3 聲屏障設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 城市隧道降噪工程案例

城市隧道降噪技術(shù)應(yīng)用方面，長沙三環(huán)線梅溪湖隧道在隧道南口安裝了 240 m 的全封閉聲屏障，以消音百葉、亞克力板隔音板和鋼結(jié)構(gòu)為主，有效降低隧道周邊噪聲污染。上海新建路隧道采用全封閉隔音棚，并采用大小套結(jié)構(gòu)，隔聲效果遠(yuǎn)優(yōu)于一般聲屏障[2]。南京玄武湖隧道在隧道東西引道段及中央路引道段設(shè)置穿孔鋁合金板，同時(shí)隧道內(nèi)部采用樂思龍金屬吊頂板和側(cè)壁卡索板，可達(dá)到良好的降噪效果[3]。香港從 1990 年開始，新建道路沿途加設(shè)的隔音屏障和隔音罩累積長度已逾 115 km，并且低噪聲路面已普遍地應(yīng)用在許多新建道路上。目前隧道工程中應(yīng)用最廣泛的降噪措施為聲屏障，隨著低碳環(huán)保理念的深入推進(jìn)低噪聲路面、聲屏障+低噪聲路面等綜合降噪方案也將穩(wěn)步推廣使用。

2 綠色隧道聲環(huán)境降噪技術(shù)

2.1 隧道聲屏障技術(shù)

常見隧道聲屏障類型可分為直立型、折板型、半封閉型、全封閉型等，能夠?qū)崿F(xiàn)不同程度的降噪效果（表4）。綠色城市隧道聲屏障優(yōu)先采用全封閉聲屏障，隔聲效果可降低20～30 dB[4]，對(duì)降噪要求和景觀要求均較高的城市道路聲屏障設(shè)計(jì)，推薦采用全透明型聲屏障或金屬透明復(fù)合型聲屏障[5]。比較適宜戶外聲屏障使用的金屬材料有鋁纖維吸聲板、鋁泡沫吸聲板及新型復(fù)合微孔板。這些材質(zhì)的吸聲材料不僅具有較好的吸聲性能（50～100 mm 空腔的降噪系數(shù)為 0.6～0.8），而且具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能。

表 4 不同聲屏障的降噪效果

2.2 隧道內(nèi)壁吸聲板

隧道內(nèi)壁吸聲板選擇主要考慮吸聲板的材料選擇和鋪設(shè)方式。城市隧道吸聲材料宜選用具有適當(dāng)孔徑、孔隙率且孔洞開放、相互連通的多孔和纖維吸聲材料，且吸聲材料降噪系數(shù) NRC 應(yīng)大于 0.5。對(duì)于內(nèi)壁降噪設(shè)計(jì)宜采用側(cè)墻吸聲結(jié)構(gòu)+吊頂吸聲噴涂的方式，降噪量可達(dá) 5dB 左右[6]。此外隧道側(cè)墻連續(xù)布設(shè) 70% 長度的吸聲板即可達(dá)到較好的降噪效果，無須在 100% 范圍鋪設(shè)[7]。值得注意的是，吸聲板的選擇除了考慮吸聲效果，還應(yīng)具有良好的耐候性，即要能經(jīng)受起風(fēng)吹雨淋太陽曬、耐水、耐熱、耐溶凍、防火及不會(huì)污染環(huán)境，使用壽命要達(dá) 15～20 a。

2.3 隧道低噪聲路面

低噪聲路面主要是通過采用不同路面材料的路面結(jié)構(gòu)來控制輪胎路面噪聲。根據(jù)噪聲形成機(jī)理及降噪原理，低噪聲路面可以分為多孔隙瀝青路面、改善紋理的瀝青路面和改善粘彈性瀝青路面等[8]。城市隧道降噪路面推薦采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）和大空隙開級(jí)配排水式瀝青磨耗層（OGFC）。OGFC 路面是一種多孔的開級(jí)配排水式瀝青混合料路面，空隙率在 18%～25%，排水、吸聲、降噪功能突出，40～50 mm 厚的路面可降低 3～6 dB 的噪聲[9]。SMA 是一種間斷級(jí)配的瀝青混合料，具有優(yōu)良的高溫抗車轍、低溫抗裂、疲勞抗裂、抗滑和耐久等特性，在一般情況下比常規(guī)密級(jí)配瀝青混凝土可降低噪聲 2 dB。

3 綠色隧道聲環(huán)境優(yōu)化建議

3.1 拓展聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系

目前綠色城市隧道聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系較為單一，需要持續(xù)探索施行政策鼓勵(lì)和法規(guī)管控并舉的形式，推進(jìn)綠色隧道聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系的全面開花。通過建立全體系、多手段的綠色隧道聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系，從頂層設(shè)計(jì)和落地實(shí)施雙層面推動(dòng)綠色隧道聲環(huán)境優(yōu)化。

3.2 探索新型吸聲材料研發(fā)應(yīng)用

綠色隧道新型吸聲材料的研發(fā)應(yīng)用將是隧道聲環(huán)境優(yōu)化的主要路徑，如復(fù)合型吸聲材料、環(huán)保型吸聲材料和多功能吸聲材料等。通過不同吸聲材料的組合使用，提高新型吸聲材料的吸聲性能。同時(shí)吸聲材料研發(fā)應(yīng)向?qū)嶋H應(yīng)用和市場(chǎng)運(yùn)營方向延伸，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)成本可控、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、環(huán)境友好等性能。

3.3 推進(jìn)軟硬結(jié)合綜合降噪措施

現(xiàn)有綠色隧道聲環(huán)境降噪措施多為工程性措施，雖然降噪效果比較明顯，但效益單一。隨著綠色交通理念深入人心，垂直綠墻降噪、綠化帶降噪等軟性聲環(huán)境優(yōu)化技術(shù)也受到青睞。這些技術(shù)不僅能夠降低隧道噪聲，還可以凈化空氣質(zhì)量，緩解司機(jī)視覺疲勞，綜合效益良好。綠色城市隧道降噪可采用軟性優(yōu)化技術(shù)與硬性降噪措施的組合搭配，通過綜合降噪技術(shù)提高隧道降噪效果和綠色性能。

4 結(jié) 語

“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略下，城市隧道綠色建設(shè)急需進(jìn)行理念重構(gòu)，綠色隧道和人本需求導(dǎo)向促使隧道聲環(huán)境優(yōu)化成為研究熱點(diǎn)。本文通過梳理綠色隧道相關(guān)理論研究，發(fā)現(xiàn)目前綠色隧道聲環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)和工程案例均有一定基礎(chǔ)，下一步研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注政府層面對(duì)綠色隧道聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的完善及市場(chǎng)層面綠色隧道新型吸聲材料的研發(fā)，同時(shí)注重聲環(huán)境軟硬結(jié)合綜合降噪措施的應(yīng)用，以更好地推動(dòng)“綠色”隧道的發(fā)展。