公路項目環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，明確了公路項目設計降噪目標值的確定方法，推導出了聲屏障尺寸計算公式，并通過實例進行了驗算，計算結果與現行規范具有較好的適用性，可以作為環境影響評價過程中確定聲屏障尺寸的依據。

關鍵詞：交通噪聲；環境影響評價；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

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

目前環評過程中，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）、優化方案設計（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、有效且經濟的防治措施，應用越來越普遍。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，其聲影區內降噪效果在5～12 dB [2]。而影響聲屏障降噪效果最關鍵的因子就是聲屏障的尺寸?，F行導則及規范未給出聲屏障尺寸的計算方法，實際工作中部分環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]。本文擬結合現行環評導則和相關技術規范，針對確定的降噪目標值，提出聲屏障尺寸的計算方法，為在環評階段確定合理的聲屏障尺寸提供依據。

1 聲學理論

（1）聲學原理

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《HJ/T 90—2004聲屏障聲學設計和測量規范》，插入損失仍由公式（1）計算，然后根據遮蔽角進行修正。

《環境影響評價技術導則 聲環境》[4]給出了修正后的繞射聲衰減量計算公式，規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 現行規范要求

（1）《HJ/T 90—2004聲屏障聲學設計和測量規范》[2]

根據設計目標值，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，保留達到設計目標值的方案，并進行比選，選擇最優方案。

（2）《JTGB 04—2010公路環境保護設計規范》[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道路聲屏障建設技術規范》[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規范第 2 部分 聲屏障措施》[7]

聲屏障的高度應滿足設計降噪目標值，并結合聲屏障位置、敏感區域、聲源三者之間的相對距離、相對高差，經過調整計算確定；

聲屏障一端的附加長度設計，應按照公式（3）計算，如不足50 m，按50 m設計。

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不低于聲屏障的設計降噪目標值。

（5）《T/SXAEPI 9—2022城市道路聲屏障建設技術規范》[8]

聲屏障規格設計，應根據敏感建筑物、敏感建筑物集中區的高度和長度，通過聲學計算確定。

（6）小結

通過對現行有效的相關技術規范、團體標準統計發現，對于聲屏障設置尺寸給出了一般性的規定，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計算來確定。

3 聲屏障尺寸設計

3.1 設計基礎條件

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

3.2 確定設計降噪目標值

實際環評工作中，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。

環評的評價目標是保證敏感點處噪聲值滿足其所執行的聲環境質量標準[9]，道路在不設置聲屏障情況下敏感點處噪聲預測值超過標準值時，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—不含建設項目聲源影響的背景聲級，dB（A）；

然后采用《環境影響評價技術導則 聲環境》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）計算得出設計降噪目標值ΔLd' 。

ΔLd' = ΔLeq（ T ）-Leqg （6）

需要明確的是，上述確定設計降噪目標值的方法未考慮背景值已經超標的情況。同時確定設計降噪目標值時應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]，要實現更高的插入損失值，需結合降噪路面、提高聲屏障吸聲性能等措施來實現。

3.3 計算聲屏障尺寸

在環評工作中，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，需要設置聲屏障的敏感點一般為成片的居住區，此時環評的主要任務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，當設計降噪目標值ΔLd'、道路與敏感點位置相關參數確定后，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的基礎上補充各項參數后得到圖 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計降噪目標值進行聲屏障設計時，聲屏障的外延長度和高度具有相互關聯的函數關系，聲屏障高度越高，所需的外延長度就越小，反之亦然。

根據規范要求，聲屏障長度一般在3～5 m，在環評工作過程中，可以根據現場實際情況，先給定聲屏障高度，然后計算出對應的外延長度，由此確定聲屏障的尺寸。

4 應用實例

某公路項目，評價范圍內有一座小學，夜間不運營。小學執行2類聲功能區標準（晝間60 dB（A）），晝間背景值為57 dB（A）。經初步計算，無聲屏障情況下公路對小學交通噪聲貢獻值為62 dB（A）。

根據公式（4）可得主干道建設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。經現場踏勘后，公路與小學位置關系見圖 5，初步確定聲屏障適宜高度為3.5 m，根據公式（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，相關計算參數見表1。

根據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DB4403/T 62—2020，聲屏障兩端延長長度宜不小于50 m；根據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，按本次研究結果計算得出的聲屏障外延長度均大于各現行規范最低長度要求，滿足規范規定。同時，可通過設置不同的聲屏障高度算出不同的外延長度，進而結合現場聲屏障設置條件、工程造價等因素對多種長高組合進行優化選取。當根據上述計算公式算出的聲屏障尺度過大時，應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濟技術合理性。

5 結語

本文通過對聲屏障基礎聲學原理的研究和推導，明確了公路項目環境影響評價時降噪設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，證明了計算結果滿足現行規范要求。同時也為聲屏障設置尺寸的經濟技術合理性比選提供了依據。

本次研究是基于無限長線聲源只考慮繞射衰減的基礎上得出的結論，后續應結合預測模型進行校核。對于車流量較小的公路項目，不能完全視為無限長線聲源；同時當道路兩側均設有聲屏障時，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。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國生態環境部.中國噪聲污染防治報告2022[R].2022.

[2] 聲屏障聲學設計和測量規范：HJ/T 90—2004[S].

[3] 湯春文，苑文穎. 高速公路噪聲預測評價與聲屏障設計[J].公路，2023（4）：255-262.

[4] 環境影響評價技術導則 聲環境：HJ 2.4—2021[S].

[5] 公路環境保護設計規范：JTG B04—2010[S].

[6] 道路聲屏障建設技術規范：DB4403/T 62—2020[S].

[7] 交通噪聲污染緩解工程技術規范第 2 部分 聲屏障措施：DB11/T 1034.2—2013[S].

[8] 城市道路聲屏障建設技術規范：T/SXAEPI 9—2022[S].

[9] 聲環境質量標準：GB 3096—2008[S].

[10] 蔣康. 公路聲屏障優化研究[D].西安：長安大學，2008.