城市隧道噪声实测与降噪措施研究

黄　俊，虞辰杰，张忠宇，陈立平，余剑威

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210000；2.绍兴市柯桥区建筑工程安全质量监督站，浙江 绍兴 312000；3.南京大学物理学院，江苏 南京 210000）

城市隧道噪声实测与降噪措施研究

黄俊1，虞辰杰2，张忠宇1，陈立平1，余剑威3

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210000；2.绍兴市柯桥区建筑工程安全质量监督站，浙江 绍兴 312000；3.南京大学物理学院，江苏 南京 210000）

城市隧道内噪声对环境影响不容忽视，直接影响到人们的身心健康，需对其进行系统深入研究。选取了8座典型隧道进行噪声实测，对隧道实际噪声、隧道单车噪声、噪声频谱特性和隧道混响时间等进行详细分析。主要结论如下：（1）隧道内噪声主要是中低频噪声，隧道内噪声平均高于隧道外噪声8.6 dBA，隧道长度、断面形式、车流量以及车速等对隧道内噪声影响较大。（2）单车车速从40 km/h增大到80 km/h的过程中，车速每增加1 km/h，噪声值平均增加0.35 dBA。（3）隧道内中低频噪声的混响时间最长（6 s左右），中低频是隧道噪声的主要频段，这也是隧道内噪声偏高的主要原因之一,通过有效的降噪设计，隧道内噪声可降低4～5 dB。

城市隧道；噪声实测；频谱特性；混响时间；降噪设计

0　引　言

城市隧道是城市公路交通的重要组成部分，通常周围人口比较密集。由此带来两方面问题，一方面，隧道口对噪声的放大和扩散效应（又称喇叭效应）对隧道出入口附近居民形成长期困扰；另一方面，半封闭的隧道使噪音难以快速消散，并且经壁面多次发射和叠加，产生相对于开放空间更大的噪音值且混响时间长（音箱效应），极易使人产生烦躁和紧张等情绪，严重影响交通环境和安全[1-5]，尤其对于人车混行隧道，行人会较长时间暴露于高噪声环境，有可能对听觉神经造成不可恢复的损伤[6]。

当前我国城市隧道建设过程中因防火需求，通常不考虑降噪设计，我国的《公路隧道设计规范》也没有涉及到公路隧道建设的声学设计方面的问题。但关于隧道降噪的研究一直都没有停止，如通过实测手段对隧道内外噪声进行研究[3]，隧道降噪新型材料及其声学特性研究[7，8]。利用理论分析的方法对隧道内噪声进行预测等[9-11]。现有研究大多针对公路隧道，而城市隧道断面形式更为多样，周边环境更为复杂，噪声控制要求更高等这些特征决定了需对城市隧道噪声进行专门研究。

本文选取了几座典型隧道为研究对象，采用现场实测的手段，首先对隧道内外噪声特性进行研究，然后进一步对隧道噪声传播扩散规律及混响时间进行分析，最后依据研究成果，对新建隧道降噪方案进行设计并对降噪效果进行预测。

1　隧道噪声及其频谱特性

城市隧道相比于山岭隧道结构形式更加多变，暗埋段结构形式包括矩形断面、拱形断面、折板拱断面、顶板开孔断面；敞开段结构形式包括U型直墙断面、斜墙断面、内凹型断面等，各种断面形式的声反射各异，结构形式见图1。

图1　不同暗埋段隧道断面形式

复杂多变的结构形式，使得噪声在隧道内的传播、扩散和叠加规律变化各异，由此所采取的降噪措施也不尽相同，必须针对性进行研究。在选取了8座有代表性的城市隧道，对正常运营期间交通噪声和夜晚检修期单车噪声进行实地测试，见表1。

表1中所选隧道在长度、断面形式、出口形式、车道数、引道吸声等方面几乎涵盖了城市隧道所有常见的特征，因而本次测试结果可作为预测和评价城市隧道噪声的基础数据，具有较大的工程意义和实际意义。

在对实际噪声进行测试过程中，参考现有道路噪声测试规程，测点布设高度为1.2 m,每个测点连续测试20 min，取该时间段内平均值最为该测点噪声值，见图2。

图2　现场噪声实测

最终得到各测试隧道内外噪声及其频谱特性对比结果见图3。

由以上测试结果可知，隧道内外噪声主要为中低频，频率分布呈现明显的波浪形，在低频和中频分别出现峰值，后续研究结果表明，低频噪声主要由动力系统产生，而中频噪声主要由轮胎与路面之间产生。隧道内噪声相较于隧道外噪声明显偏高，且中频部分偏高最为明显。各隧道内外等效噪声差值见图4。

图3　隧道噪声频谱特性

图4　隧道内外噪声差

表1　测试隧道基本情况

由所得隧道内外噪声差值可知，正常运营情况下，隧道内外噪声差值最小的是中山门隧道（4.5 dB），最高为通济门隧道（11.7 dB），平均差值为8.6 dB。隧道内外噪声差值的大小与许多因素相关，包括隧道长度，车流量，车速等。上图中差值在平均值以下的三座隧道和平均值以上的三座隧道相比，具有隧道长度相对较短、车速相对较慢等明显特征。

2　隧道单车噪声

运营期间隧道内噪声是由许多单车噪声叠加而来的，因此对单车噪声规律的分析有助于更加清晰的了解隧道噪声的组成和叠加规律。

以普通小汽车为实验车辆，在夜间隧道封闭期间（无其它外来车辆干扰）分别以40 km/h、60 km/h和80 km/h的速度进行测试，对于下沉式隧道，在出入口附近路面具有一定的坡度，本次测试分别对上坡和下坡情况进行了分别考虑，现场情况与测点布设位置见图5。

图5　隧道内单车噪声测点

最终得到各测点单车噪声见图6。

由以上测试结果表明，车速对噪声的影响明显。车速从40 km/h增大到80 km/h的过程中，最近点A声级从75 dBA增大到89 dBA。在40～80 km时速范围内，车速每增加1km/h，噪声值平均增加0.35 dBA。隧道内坡道对噪声影响较小，其原因是在时速一定的情况下，坡道只影响发动机的输出功率，从而影响发动机噪声，而发动机为低频噪声，人耳对低频声音不敏感，且随着现代汽车性能的提升，发动机噪声呈现越来越小的趋势。因此在对隧道进行降噪设计过程中，隧道内坡道可以不予考虑。

3　隧道混响时间

混响时间是评价隧道噪声环境及降噪效果的综合指标，本次实验分别选取了鼓楼隧道、清凉山隧道和玄武湖隧道进行测试，采用气球爆炸模拟无指向脉冲声源，见图7。

测得不同频率下的混响时间分布规律见图8。

由图8所得混响时间可知，隧道内中低频噪声的混响时间最长（6 s左右），而前面隧道内噪声频谱特性表明隧道内噪声主要是中低频噪声，这也是隧道内噪声相较于是对外高很多的主要原因之一。

图6　不同车速下隧道内单车噪声

图7　隧道混响时间测试

玄武湖隧道不同测点之间混响时间差距较大，主要是为研究隧道采光井对混响时间的影响，三个测点分别位于隧道内、采光井、和隧道外，见图9。

图9　玄武湖隧道混响时间测点布设

通过测试结果可以得到，隧道口的开敞环境，使声能得以迅速衰减。采光窗可以视为吸声结构，有效降低隧道内混响噪声。

本次测试的意义一方面是对隧道噪声有了更加清晰的认识，同时也为既有隧道降噪改造设计方案的提出奠定了坚实基础。

4　隧道降噪方案及其效果预测

在前文所得噪声分布特性的基础上，首先对材料吸声参数进行分析，在此基础上对某隧道进行降噪方案设计，并对降噪效果进行预测，见表2。

表2　常用材料声学特性

由表2可知，不同材料的吸声特性差别较大，既是同一种材料，不同频段吸声参数也不同。鉴于前文分析结果，隧道内噪声主要为中低频，综合考虑隧道内防火要求和光照要求，选取采用侧墙无机发泡吸声砖+吊顶吸声喷涂处理的方式进行降噪设计，具体铺设方案见图10。

图10　隧道降噪设计方案

K-13B型防火喷涂可以有效的吸收500 Hz以上的声能，对于1 000 Hz的峰值噪声具有很好的效果。因此吊顶使用防火吸声喷涂处理，喷涂要求不小于25 mm厚，侧墙使用无机发泡吸声砖，无机发泡吸声砖需要使用50 mm厚度以上的材料。后空腔预留200 mm空气层，在全频带都有着较高的吸声系数。无机发泡吸声砖的顶部不需要增加封板，敞开的设计有利于其提高吸声系数。

本方案的降噪量预计在5 000 Hz时，降噪量达到最大值，预计超过5 dB。同时，在低频80 Hz左右同样有着较高的降噪量。但在200 Hz时有明显的低谷，见图11。

图11　方案降噪效果预测分析

经过仿真分析，得到本方案最终降噪效果为4.6 dBA。城市隧道噪声实测方案需要通过测试、模拟、再测试和再模拟的循环，结合数值分析进行验证，以便在对不同结构形式的隧道进行预测分析时得到预期的效果。当前城市隧道内及其洞口附近噪声值普遍处于严重超标状态，城市隧道降噪工作亟需开展。采取合理的降噪设计和降噪措施不仅可以有效的降低噪声值，同时对消减混响也会起到显著效果。

6　结论

（1）隧道内噪声主要是中低频噪声，隧道内噪声平均高于隧道外噪声8.6 dBA，隧道长度、断面形式、车流量以及车速等对隧道内噪声影响较大。

（2）单车车速从40 km/h增大到80 km/h的过程中，车速每增加1 km/h，噪声值平均增加0.35 dBA。

（3）隧道内中低频噪声的混响时间最长（6 s左右），中低频是隧道噪声的主要频段，这也是隧道内噪声偏高的主要原因之一,通过有效的降噪设计，隧道内噪声可降低4～5 dB。

[1]马文宁,黄俊,张忠宇,等.城市隧道降噪技术探讨[A].2015年全国公路隧道学术年会论文集[C].2015:59-67.

[2]陈兴,梁志坚,阙秀明.公路隧道噪声降噪案例研究[J].声学技术, 2008,27(2):244-246.

[3]张锐,黄晓明,赵永利,等.隧道噪声的调查与分析[J].公路交通科技,2006(23):29-32.

[4]师利明.高速公路隧道内交通噪声预测和降噪措施[J].噪声与振动控制,2010(2):66-68.

[5]陈延训.城市地下隧道交通噪声环境及改善[J].环境工程,1990, 8(4):36-38.

[6]陈立涛.结构声学灵敏度计算方法研究[D].安徽合肥:合肥工业大学,2013.

[7]钟祥璋,刘明明.吸声泡沫玻璃的吸声特性[J].保温材料与建筑节能,1998(3):27.

[8]余海燕.水泥-木梗纤维复合吸声材料的组成-性能及吸声模型研究[Z].中国建筑材料科学研究总院,2006.

[9]Yang L,Shield B M.The prediction of speech intelligibility in underground stations of rectangular cross section[J].The Journal of the Acoustical Society of America,2001,109(1):266-273.

[10]师利明,罗德春,邓顺熙.公路隧道内噪声预测和降噪措施的理论研究[J].中国公路学报,1999(12):101-105.

[11]吴硕贤,赵越喆.隧道声学系统的语言清晰度预测[J].电声技术,2005(1):15-17.

U453.8+2

A

1009-7716（2016）04-0164-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.051

2015-12-25

苏建计[2014]644号“降噪技术在城市隧道中的应用2014ZD09”；苏建计[2015]302号《城市隧道降噪技术规程》

黄俊 (1979-)，男，浙江金华人，博士，研究员级高级工程师，从事隧道与地下工程设计、咨询和科研工作。