本發(fā)明涉及一種城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，適用于城市隧道尤其是通行行人及非機動車的城市隧道。

背景技術(shù)：

隨著城市的發(fā)展，交通設(shè)施的建設(shè)日益完備，尤其是城市隧道、城市高架等不斷涌現(xiàn)。對于城市交通設(shè)施而言，其噪聲問題是需要考慮的。

目前國家及行業(yè)內(nèi)已經(jīng)提出了對于道路、高架橋的交通噪聲預(yù)測方法，例如，對于道路交通運輸噪聲預(yù)測的《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》(HJ 2.4)等。

與高架橋等相比，城市隧道內(nèi)噪聲對周邊環(huán)境影響相對較小，但由于隧道屬于管狀結(jié)構(gòu)，空間封閉，仍存在噪聲污染的問題。據(jù)有關(guān)報道，隧道內(nèi)噪聲接近90dB，隧道口接近80dB。

隧道內(nèi)的噪聲使司機、乘客及檢修人員感到非常不適，尤其在中長隧道中更為突出；而隧道口的噪聲污染則直接影響著周邊居民的生活，在隧道下穿城市繁華區(qū)域時尤為突出。在隧道使用過程中，經(jīng)常被居民投訴的一個方面就是噪聲污染。對隧道噪聲的治理在上海、南京等城市都曾多次見諸報端。

目前國家及行業(yè)內(nèi)提出的交通噪聲預(yù)測方法僅適用于道路、高架橋等，而并不適應(yīng)于目前城市隧道的噪聲預(yù)測，提供一種對城市隧道口噪聲進行預(yù)測的技術(shù)是本領(lǐng)域目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，其可以對城市隧道進行噪聲預(yù)測，尤其適用于對隧道洞內(nèi)的噪聲預(yù)測。

(二)技術(shù)方案

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，其包括步驟：

S1、按照式1計算噪聲增量ΔL₁：

其中，r為從車道中心線到預(yù)測點的距離，單位：米；

C為隧道橫斷面周長，單位：米；

為隧道內(nèi)各表面平均吸聲系數(shù)。

其中，隧道內(nèi)各表面包括地面、隧道壁面與頂面。

進一步的，所述的城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法還包括步驟：

S2、計算道路交通噪聲L_eq道路；

S3、按照式2計算得到城市隧道洞內(nèi)噪聲L_eq隧道：

L_eq隧道＝L_eq道路+ΔL₁ (式2)。

其中，可以按照式3計算道路交通噪聲L_eq道路：

其中，L_eq大、L_eq中、L_eq小為各類車輛的等效聲級。

較佳的，依據(jù)各類車輛的小時等效聲級L_eq(h)_i得到各類車輛的等效聲級，其中，根據(jù)式4計算得到各類車輛的小時等效聲級L_eq(h)_i：

式4中：

L_eq(h)_i為第i類車的小時等效聲級，單位：分貝(A)；

為第i類車速度為V_i(單位：千米/小時)時，水平距離為7.5米處的能量平均A聲級，單位：分貝(A)；

N_i為晝間/夜間通過某個預(yù)測點的第i類車平均小時車流量，單位：輛/h；

r為從車道中心線到預(yù)測點的距離，單位：米；

V_i為第i類車的平均車速，單位：千米/小時；

T為計算等效聲級的時間，單位：小時；

Ψ1、Ψ2為預(yù)測點到有限長路段兩端的張角，弧度；

ΔL為由其他因素引起的修正量，單位：分貝(A)。

較佳的，Ψ₁＝Ψ₂＝π，單位：分貝(A)。

較佳的，ΔL僅考慮路面材料修正。

當(dāng)為水泥混凝土路面時，行駛速度在30～40千米/小時時，修正量為1.0，行駛速度在40～50千米/小時時，修正量為1.5，行駛速度≥50千米/小時時，修正量為2.0。

當(dāng)為瀝青混凝土路面時，修正量為0。

上述任一種城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，其隧道長度≥100米。

本發(fā)明還提供一種城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，其包括步驟：

S1、按照式1計算噪聲增量ΔL₁：

其中，r為從車道中心線到預(yù)測點的距離，單位：米；

C為隧道橫斷面周長，單位：米；

為隧道內(nèi)各表面平均吸聲系數(shù)。

(三)有益效果

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，由于可以通過計算對城市隧道洞內(nèi)噪聲進行預(yù)測，因此，可以在城市隧道建設(shè)過程中或建設(shè)前或規(guī)劃時即進行城市隧道洞內(nèi)噪聲的預(yù)測，并依據(jù)預(yù)測結(jié)果進行相應(yīng)的噪聲控制方案設(shè)計，也就是說，可以在開工建設(shè)之前就預(yù)定出適當(dāng)?shù)脑肼暱刂品桨?，克服了現(xiàn)有技術(shù)中需要在建設(shè)完成之后才能實際測量噪聲，并據(jù)此設(shè)計噪聲控制方案的弊端，有利于緩解日益嚴(yán)重的城市交通噪聲問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例的整體流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一個實施例中Ψ1與Ψ2示意圖。

具體實施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖，通過具體實施方式，對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

參見圖1，本發(fā)明一個實施例的城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，主要是通過式1模擬隧道洞內(nèi)最大噪聲，并以此計算隧道內(nèi)中間區(qū)域噪聲(最大噪聲)作為隧道洞內(nèi)噪聲的預(yù)測值，即將隧道洞內(nèi)噪聲分為兩部分，分別為道路噪聲預(yù)測值L_eq道路與隧道附加噪聲ΔL₁。

L_eq隧道＝L_eq道路+ΔL₁ (式2)。

其中，道路噪聲預(yù)測值L_eq道路可以根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》(HJ 2.4)中所提供的公式得到，即優(yōu)化了隧道中不會出現(xiàn)的諸如森林附加衰減等附加衰減量。

例如，可以按如下方法計算得到道路噪聲等效聲級(即道路噪聲預(yù)測值L_eq道路)：

(1)按照式4計算各類車輛的小時等效聲級L_eq(h)_i：

式4中：

L_eq(h)_i為第i類車的小時等效聲級，單位：分貝(A)；

為第i類車速度為V_i(單位：千米/小時)時，水平距離為7.5米處的能量平均A聲級，單位：分貝(A)，例如可以參照GB1495中規(guī)定的上限值進行計算；

N_i為晝間或夜間通過某個預(yù)測點的第i類車平均小時車流量，單位：輛/h；

r為從車道中心線到預(yù)測點的距離，單位：米；

V_i為第i類車的平均車速，單位：千米/小時；

T為計算等效聲級的時間，單位：小時；

Ψ1、Ψ2為預(yù)測點到有限長路段兩端的張角，弧度，如圖2所示，AB為道路位置，P為預(yù)測點位置，例如可以取Ψ₁＝Ψ₂＝π，分貝(A)；

ΔL為由其他因素引起的修正量，單位：分貝(A)，在隧道噪聲預(yù)測中僅需要考慮路面材料修正即可，例如，可以依據(jù)表1進行路面材料修正。

表1常見路面噪聲修正量 單位：分貝(A)

(2)按照式3計算道路噪聲等效聲級L_eq道路：

式3中，L_eq大、L_eq中、L_eq小為各類車輛的等效聲級。

其中，隧道附加噪聲ΔL₁可以按照式1計算：

式1中：

ΔL₁為隧道內(nèi)聲反射、聲輻射引起的噪聲增量；

r為從車道中心線到預(yù)測點的距離，單位：米；

C為隧道橫斷面周長，單位：米；

為隧道內(nèi)各表面平均吸聲系數(shù)(包括地面、隧道壁面與頂面)。

具體的，式1可以按如下方法推導(dǎo)得到：

1、基本假設(shè)：

(1)將隧道視作無限長隧道；

(2)車輛噪聲源視為無限長線聲源；

(3)隧道內(nèi)橫斷面平面上聲波向各個方向傳播的概率相等；

(4)隧道內(nèi)部區(qū)域混響聲能處處相等；

(5)線聲源波陣面為柱面波。

2、隧道橫斷面平面內(nèi)的平均自由程：

設(shè)矩形隧道長寬分別為l_x，l_y，設(shè)聲線與x軸成θ角，聲速為c₀，則聲速在x，y方向上的分速度分別為：

c_x＝c₀cosθ，

c_y＝c₀sinθ。

設(shè)聲源1s內(nèi)射出2πn條聲線，則透射在方向角dθ中的聲線數(shù)量為n dθ。每秒中的碰撞數(shù)為：

$N=4{\∫}_{\frac{3\mathrm{\π}}{2}}^{2\mathrm{\π}}n(\frac{c_{0}cos\mathrm{\θ}}{lx}+\frac{c_{0}sin\mathrm{\θ}}{ly})d\mathrm{\θ}=2{\mathrm{nc}}_0\frac{C}{S},$

其中C＝2(l_x+l_y)為截面的周長，S＝l_xl_y為截面的面積。

因為在1s內(nèi)所有聲線通過的總距離為L＝2nπc₀，所以用它來除每秒的聲線碰撞總數(shù)N就可得平均自由程：

$\stackrel{\‾}{L}=\frac{L}{N}=\frac{2{\mathrm{n\πc}}_0}{2{\mathrm{nc}}_0\frac{C}{S}}=\frac{\mathrm{\π}S}{C}.$

3、隧道內(nèi)聲壓級：

由平均自由程公式，可得每秒聲線反射次數(shù)：

$N=\frac{c_{0}C}{\mathrm{\π}S},$

每秒被吸收聲能：

根據(jù)平衡態(tài)時，W_吸＝W_發(fā)，可得到混響聲能密度

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ϵ}}_R}=\frac{W_1\mathrm{\π}}{c_{0}C}\·\frac{(1-\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}})}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}},$

根據(jù)聲壓與聲能密度公式：

$p^2=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0^2},$

有：

直達聲：

混響聲：

故隧道內(nèi)總聲壓可表示為：

$p^2={\mathrm{\ρ}}_0{c}_{0}W\·(\frac{1}{2\mathrm{\π}r}+\frac{\mathrm{\π}(1-\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}})}{C\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}),$

由于平直公路上7.5米遠(yuǎn)處的聲壓級可用式3進行預(yù)測，因此平直公路上的噪聲聲壓級L_eq道路可視為已知量，

隧道內(nèi)聲壓級：

將L_eq道路帶入上式，可得隧道內(nèi)聲壓級與隧道外聲壓級關(guān)系，即式1：

得到道路噪聲預(yù)測值L_eq道路和隧道附加噪聲ΔL₁之后，即可以按照式2計算隧道洞內(nèi)噪聲L_eq隧道。

進一步的，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)隧道長度≥100米時，隧道內(nèi)最大噪聲不再發(fā)生變化。因此，當(dāng)用于隧道長度≥100米的情況時，本發(fā)明對隧道內(nèi)最大噪聲，即隧道內(nèi)中間區(qū)域噪聲的預(yù)測更加準(zhǔn)確。

通過上述方法，即可以通過計算得到城市隧道噪聲在預(yù)定點的數(shù)值，也就是說，可以在城市隧道建設(shè)過程中或建設(shè)前或規(guī)劃時即進行城市隧道洞口噪聲的預(yù)測，克服了現(xiàn)有技術(shù)中需要在建設(shè)完成之后才能實際測量噪聲的弊端。

本發(fā)明還提供了預(yù)測方法的一個應(yīng)用示例。

南京市通濟門隧道長度1400米，橫斷面為矩形，高5米，寬12米。在某一小時中，測得其車流量為2520輛/時，平均車速65千米/小時，路面為瀝青混凝土路面。車輛類型可視作全部由小型車構(gòu)成(選取對應(yīng)的GB1495中噪聲上限為74dB(A))。

(1)根據(jù)式4計算各類車輛的小時等效聲級L_eq(h)_i：

$L_{eq}{\left(h\right)}_i={\left(\stackrel{\‾}{L_{0E}}\right)}_i+10\lg \left(\frac{N_i}{V_{i}T}\right)+10\lg \left(\frac{7.5}{r}\right)+10\lg \left(\frac{{\mathrm{\ψ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_2}{\mathrm{\π}}\right)+\mathrm{\Δ}L-16$

(式4)，

已知：

N_i＝2520，V_i＝65，T＝1，r＝6，Ψ₁+Ψ₂＝π，ΔL＝0，

求得：

L_eq(h)_i－74.85dB；

(2)根據(jù)式1計算隧道附加噪聲ΔL₁：

已知：C＝34，(該隧道未做吸聲處理，取平均吸聲系數(shù)視作0.1)，

求得：

ΔL₁＝16.01dB；

(3)根據(jù)式2計算隧道洞內(nèi)噪聲L_eq隧道：

L_eq隧道＝L_eq道路+ΔL₁＝74.85+16.01＝90.86dB (式2)；

(4)對南京市通濟門隧道進行噪聲實測，該時段洞內(nèi)實測噪聲值為91.9dB(A)，表明本發(fā)明的預(yù)測方法得到的結(jié)果與實測結(jié)果基本相一致，可以用于預(yù)測，具有較好的適用性。

綜上所述，本發(fā)明的城市隧道洞內(nèi)噪聲預(yù)測方法，由于可以通過計算對城市隧道洞內(nèi)噪聲進行預(yù)測，因此，可以在城市隧道建設(shè)過程中或建設(shè)前或規(guī)劃時即進行城市隧道洞內(nèi)噪聲的預(yù)測，并依據(jù)預(yù)測結(jié)果進行相應(yīng)的噪聲控制方案設(shè)計，也就是說，可以在開工建設(shè)之前就預(yù)定出適當(dāng)?shù)脑肼暱刂品桨?，克服了現(xiàn)有技術(shù)中需要在建設(shè)完成之后才能實際測量噪聲，并據(jù)此設(shè)計噪聲控制方案的弊端，有利于緩解日益嚴(yán)重的城市交通噪聲問題。