СОДЕРЖАНИЕ
Список принятых сокращений, основные термины и определения....7
Введение.......................................................10
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ............................................18
1.1. Краткое описание объектов исследования...................18
1.1.1 Общие положения.........................................18
1.1.2 Автомобильные дороги....................................18
/. 1.3 Строительные площадки автомобильных дорог..............24
1.2. Воздействие и нормирование шума
автотранспорта и строительства................................29
1.3. Акустические характеристики автотранспорта и строительства.................................................38
1.3.1 Шум автотранспорта......................................38
1.3.2 Шум строительства.......................................40
1.4. Краткое описание процессов шумообразования...............43
1.5. Акустические расчёты.....................................47
1.5.1 Расчёт шума автотранспорта..............................47
1.5.2. Расчёт шума строительства..............................57
1.5.3 Акустические расчеты искусственных сооружений...........61
1.6. Снижение автотранспорта и строительства..................62
1.6.1 Общие положения.........................................62
1.6.2 Снижение шума автотранспорта в источнике и на пути распространения...............................................62
1.6.3 Снижение шума строительства.............................66
1.7. Постановка задач исследования............................68
ГЛАВА II. ПРОЦЕССЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ЗВУКА ОТ ЛИНЕЙНЫХ И ПЛОСКИХ ИСТОЧНИКОВ........................71
2.1. Основные положения распространения
звука в пространстве.............................
2.2 Принятые допущения, границы исследования,
71
правило расчетов......................................................78
2.3 Описание расчетных схем...........................................79
2.4 Разработка математических моделей распространении
звука от линейных источников..........................................83
2.4.1 Расчет распространения звука от линейного источника
в свободном звуковом поле.............................................83
2.4.2 Расчет шума от линейного источника, находящегося
на краю эстакады (насыпи).............................................84
2.4.3 Расчет шума от линейного источника шума
находящегося на эстакаде вдали от ее края.............................85
2.4.4 Расчет снижения шума акустическим экраном,
установленным на эстакаде (насыпи)....................................88
2.4.5 Расчет шума за выемкой..........................................90
2.4.6) Расчет снижения шума акустическим экраном,
установленным на краю выемки..........................................92
2.4.7 Расчет шума за насыпью..........................................94
2.4.8 Расчет снижения шума комбинированным акустическим
экраном в свободном звуковом поле на плоскости........................96
2.4.9 Расчет снижения шума насыпью с
установленным на ее краю акустическим экраном,........................98
2.5. Акустическая эффективность искусственных сооружений..............104
2.6 Теоретические исследования процессов распространения
звука от линейных и плоских источников...............................107
2.6.1 Определение характера перехода звуковой волны из цилиндрической в сферическую.........................................107
2.6.2 Влияние звукопоглощения искусственного сооружения
на снижение шума в расчетной точке..................................110
2.6.3 Изменение шума в расчетной точке при изменении месторасположения транспортного потока на эстакаде...................112
2.6.4 Коэффициент дифракции искусственных сооружений................113
2.6.5 Эффективная высота искусственных сооружений...................113
2.6.6 Снижение шума в расчетной точке при
увеличении высоты искусственного сооружения..........................118
2.6.7 Сравнительный анализ снижения шума
3
искусственными сооружениями Выводы по главе.............
119
124
ГЛАВА III МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................126
3.1 Измерения шума автотранспортных потоков
на территории жилой застройки...................................126
3.1.1 Общие положения...........................................126
3.1.2 Измеряемые характеристики и условия измерений.............127
3.1.3 Измерительная аппаратура..................................127
3.1.4 Проведение измерений шума на территории
жилой застройки.................................................128
3.2 Измерения шума в помещениях жилых зданий....................129
3.2.1 Измеряемые характеристики и условия измерений.............129
3.2.2 Проведение измерений в помещениях.........................130
3.3 Измерение звукоизоляции ограждающих конструкций зданий 131
3.3.1. Общие положения..........................................131
3.3.2 Проведение измерений изоляции воздушного шума при шуме, излучаемом громкоговорителем,
установленным снаружи здания....................................131
3.3.3 Проведение измерения изоляции воздушного
шума, излучаемого транспортным потоком..........................132
3.3.4 Оценка звукоизоляции ограждающих конструкций..............134
3.4 Экспериментальная оценка эффективности
искусственных сооружений........................................135
3.5 Обработка результатов экспериментов.........................137
3.6. Методика измерений шума стройплощадок......................139
3.6.1 Выбор точек измерений.....................................139
3.6.2 Продолжительность измерений...............................140
3.6.3 Проведение измерений .....................................140
3.6.4 Обработка результатов измерений шума стройплощадок........142
3.6.5 Определение степени точности метода испытаний.............144
3.6.6 Определение коррекции на акустические условия.............145
4
3.6.7 Определение неопределенности результатов измерений......148
3.7. Измерения внешнего шума строительных
машин и агрегатов.............................................150
3.7.1 Условия проведения испытаний............................150
3.7.2 Расположение машины и режимы работы.....................153
Выводы по главе...............................................158
ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ОБРАЗОВАНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА ОТ
ЛИНЕЙНЫХ И ПЛОСКИХ ИСТОЧНИКОВ.................................159
4.1. Шум автотранспортных магистралей.........................159
4.1.1. Акустические характеристики и классификация
автомобильных дорог по шуму...................................159
4.1.2. Связь между эквивалентным и максимальным
УЗ автомобильных дорог........................................162
4.1.3. Снижение шума от линейных источников с увеличением расстояния....................................................164
4.2. Шум строительных площадок................................168
4.2.1 Шум строительных машин..................................168
4.2.2 Связь шума стройплощадок с характером выполняемых строительных работ. Классификация стройплощадок по шуму.......170
4.2.3 Снижение шума от строительных площадок
с увеличением расстояния......................................174
4.2.4. Изменение шума стройплощадок в процессе функционирования 178
4.3. Влияние рельефа местности и искусственных
сооружений на процессы распространения звука..................182
4.3.1 Снижение шума автотранспорта выемкой....................182
4.3.2 Снижение шума автотранспорта и строительства насыпью 184
4.3.3 Влияние звукопоглощающих и звукоотражающих
свойств поверхности при увеличении расстояния от источника шума 187
4.3.4. Излучение звука автотранспортных потоков с эстакады....191
4.4. Снижение шума автомобильных дорог и
строительных площадок.........................................194
4.4.1 Снижение шума зелеными насаждениями.....................194
5
4.4.2 Снижение шума в зданиях при использовании остекления......197
4.4.3 Снижение шума акустическими экранами,
установленными на эстакаде......................................198
Выводы но главе.................................................203
Глава V. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК
РАСЧЕТА ШУМА И РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ШУМОЗАЩИТЕ, АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................206
5.1 Экспериментальные и расчетные поправки
в разработанные формулы.........................................206
5.2 Методики расчета шума автотранспорта........................207
5.2.1 Выбор расчетных данных....................................207
5.2.2 Выбор расчетной схемы.....................................209
5.2.3 Расчет шума в свободном звуковом поле.....................209
5.2.4 Расчет шума автотранспорта находящегося
на эстакаде (насыпи)............................................212
5.2.5. Расчет шума автотранспорта за выемкой....................213
5.2.6 Расчет шума автотранспорта за насыпыо.....................214
5.3 Методика расчета шума строительства.........................216
5.4 Расчет и выбор средств снижения шума........................220
5.4.1 Требуемое снижение эквивалентного уровня звука
в расчетной точке...............................................220
5.4.2 Выбор средств снижения шума...............................220
5.5 Разработка рекомендаций но снижению
шума строительства..............................................221
5.5.1 Сравнительный анализ мероприятий по снижению
шума в строительстве............................................221
5.5.2 Проверка эффективности мобильного акустического
экрана на практике..............................................226
5.6 Апробация результатов исследования..........................228
Выводы по главе.................................................233
Основные выводы и рекомендации..................................236
Список литературы...............................................240
Приложения.......................................................286
6
Список принятых сокращений
а/л - автомобильная дорога.
АЭ - акустический экран.
ВОЗ - Всемирная организация здравоохранения. дБ - единица измерения уровней звукового давления. дБА - единица измерений уровней звука.
ИИЗ - искусственный источник звука (шума).
ИКТ11 - Институт комплексного транспортного проектирования.
ИС - искусственные транспортные сооружения (выемки, насыпи, эстакады, мосты).
ИШ - источник шума.
КТ - контрольная точка (или ТЫ - точка наблюдения) - точка расположения измерительного микрофона.
МАЭ - мобильный акустический экран.
НИЛИ ТРТИ - Научно-исследовательский и проектный институт территориального развития и транспортной инфраструктуры.
РТ - расчетная точка.
С ДМ - строительно-дорожные машины.
СМ - строительные машины.
СН - санитарные нормы.
СНи11 - строительные нормы и правила.
СП - свод правил.
с/п - строительная площадка.
УДС - улично-дорожная сеть.
УЗ - уровни звука, дБА.
УЗД - уровни звукового давления, дБ.
УЗМ - уровни звуковой мощности, дБ.
7
Основные термины и определения
Автомобильная дорога - объект транспортной инфраструктуры, предназначенный для движения транспортных средств и включающий в себя земельные участки в границах полосы отвода автомобильной дороги и расположенные на них или под ними конструктивные элементы (дорожное полотно, дорожное покрытие и подобные элементы) и дорожные сооружения, являющиеся ее технологической частью.
Акустическое воздействие - воздействие шума, превышающего допустимые нормы.
Акустический экран - преграда на пути распространения звука, имеющая свободные ребра.
Градосгронтельная деятельность - деятельность по развитию территорий, том числе городов и иных поселений, осуществляемая в виде территориального планирования, градостроительного зонирования, планировки территории, архитектурно-строительного проектирования, строительства, капитального ремонта, реконструкции объектов капитального строительства.
Транспортные сооружения - комплекс инженерных сооружений, предназначенных для движения автомобилей, включающий автомобильные дороги, городскую улично-дорожную сеть, транспортные тоннели, мосты, выемки, насыпи, эстакады.
Транспортный шум - шум, возникающий от движения автотранспорта. Развитие автомобильных дорог - строительство, реконструкция автомобильных дорог и сооружений на них с целью улучшения условий движения транспорта.
Реконструкция автомобильной дороги - комплекс работ, направленных на
увеличение пропускной и несущей способностей автомобильной дороги
путем изменения на отдельных участках плана и продольного профиля,
коренного переустройства дорожных сооружений, как правило, с переводом
8
в более высокую категорию, при котором параметры и характеристики дороги повышаются до уровня, позволяющего с учетом прогнозируемого роста интенсивности движения обеспечить нормативные требования к потребительским свойствам дороги и дорожных сооружений на период до очередной реконструкции.
Строительство автомобильной дороги - процесс возведения автомобильной дороги или сооружений на ней, включающий комплекс работ по строительству, монтажу оборудования, вспомогательных, транспортных и других работ.
Улично-дорожная сеть - сеть городских автомобильных дорог, улиц, проездов, пешеходных путей, формируемая в соответствии с Генеральным планом развития города.
Шум строительства - шум, возникающий при возведении транспортных сооружений.
Эффективная высота акустического экрана - условная высота АЭ при его
установке на мосту, краю выемки или насыпи, эстакаде, учитывающая увеличение или уменьшение угла дифракции этой комплексной системы.
9
Введение
Существование современного города невозможно представить без развитой транспортной инфраструктуры. Создавая человеку повышенный комфорт транспорт, в то же время, негативно воздействует на среду обитания. Особенное беспокойство жителям городов причиняет повышенный шум. Проблема защиты от шума в городах становится все более острой; по данным ученых повышенный шум входит в тройку наиболее острых экологических проблем современных городов [1].
Масштабы сверхнормативного акустического воздействия поражают. По данным ЕС в Объединённой Европе под действием повышенного шума уровнями свыше 65дБА и до 75дБА находится более 20% населения городов (около 80 млн. человек), проживающих в гак называемых «чёрных зонах». Этот шум является причиной заболеваний и страдания населения. Ещё около 40% населения (170млн. человек) проживает в «серых зонах», где шум превышает нормы, составляя от 56 до 65дБА. Этот шум является причиной дискомфорта и беспокойства [2]. Повышенный шум приводит к заболеваниям, сокращает жизнь. На заседании Правительства г. Москвы, которое приняло Постановление по борьбе с шумом [1], главный санитарный врач г. Москвы Николай Филатов заявил: за последние 10 лет из-за увеличения шума в столице в 2-3 раза увеличился рост сердечнососудистых заболеваний, а продолжительность жизни сократилась на 8-12 лет; 70% населения города находится в зоне акустического дискомфорта. По данным ученых Санкт-Петербурга до 90% площади основных районов города находятся в зоне сверхнормативного акустического загрязнения [3].
Главным источником акустического загрязнения в городах по-прежнему
остаётся автомобильный транспорт, негативное влияние которою на людей
постоянно возрастает из-за непрерывного роста числа транспортных средств
[4,5]. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) проанализировала
масштабы влияния автодорожного шума на здоровье людей [6]. По данным
ВОЗ в ЕС более 60% населения подвержены воздействию дорожного шума с
10
уровнями в дневное время свыше 55 дБ А, а 30% подвергаются действию шума более 55 дБА в ночное время. Строительство, не являясь таким массовым источником акустического загрязнения в городах, как автомобильный транспорт (акустическому загрязнению от строительства подвержены 1-3 % населения городов), является источником высокоинтенсивного шума (УЗ от строительства достигает 75-90 дБА), наносит населению ощутимый социально-экономический ущерб [7]. Автотранспорт и строительство -основные источники, вызывающие жалобы жителей на шум. Общим для этих групп источников, позволившим объединить их в настоящем исследовании, является важная закономерность, - в основном это линейные источники различной длины, излучающие цилиндрическую звуковую волну.
Защите от шума уделяется серьезное внимание. Среди учёных, которые внесли существенный вклад в решение проблемы борьбы с шумом в городах в нашей стране, следует отметить В.А. Аистова, Л.А. Борисова, М.В. Буторину, A.B. Васильева, П.И. Иванова, И.Л. Карагодину, В.В. Коробкова, А.О. Крузе, Н. Николова, Г.Л. Осипова, 11.И. Поспелова, Б.Г. Пруткова, Е.П. Самойлюка, В.Б. Тупова, Н.В. Тюрину, И.А. Шишкина, И.Л. Шубина, Ю.П. Щевьева, И.В. Цукерникова, Ю.И. Элькина, Е.Я. Юдина. В то же время, следует отметить, что основная научная база для борьбы с шумом в городах, нашедшая свое воплощение в действующих нормативно-технических документах [8J, в основном была создана в 80-90х годах прошлого века [9-14]. За последнее время в требованиях к снижению шума в городах произошли серьезные изменения, подходах к созданию шумозащиты. Стоимость шумозащиты нередко достигает 20% стоимости строительства автотранспортного сооружения и цена ошибки в расчетах, или неучета тех или иных акустических особенностей искусственных сооружений, высока. Необходимо увеличивать точность акустических расчетов. Во многих случаях возникает необходимость учитывать сложные процессы шумообразования и распространения звука, которые в существующих нормативно-технических документах не учитывается. Эго, в частности,
11
особенности процессов шумообразования от линейных источников, процессы дифракции на сложных искусственных сооружениях, особенности затухания звуковых полей, вопросы отражения звука от конечных и бесконечных поверхностей, требующие теоретического осмысления и экспериментального изучения.
Целью работы является разработка научных основ оценки и снижения акустического воздействия на застройку при проектировании, строительстве и функционировании транспортных сооружений, влияющих на процессы шумообразования в близкорасположенной к а/д и с/п застройке.
Для разрешения поставленной цели исследования были решены следующие основные задачи:
разработка расчетных схем, описывающих распространение звука от линейных и плоских источников для сложных искусственных сооружений;
разработка формул для расчета распространения звука в пространстве и полупространстве от линейных источников различной протяженности при их расположении в условиях свободного звукового поля на плоскости, эстакаде, а также насыпей, выемок и других НС;
разработать формулы для оценки акустической эффективности ИС (АЭ при установке на эстакаде, а также выемки и насыпи);
выполнение теоретических исследований распространения звука от линейных источников при различных параметрах искусственных сооружений (высота, глубина, ширина), а также с различными акустическими характеристиками;
выполнение сравнительного анализа снижения шума искусственными сооружениями;
разработка методики экспериментальных исследований, в том числе: измерения шума стройплощадок, акустической эффективности искусственных сооружений, акустических свойств элементов рельефа местности и др.;
выполнение эксперимент&зьной проверки предложенных формул для
расчета распространения звука от источников сложной формы;
12
исследование процессов шумообразования автотранспортных потоков от категорий улиц и дорог, стройплощадок от условий и характера выполняемых работ;
исследование закономерностей снижения УЗД и УЗ коротких (строительные площадки) и длинных (автотранспортные потоки) линейных источников шума с увеличением расстояния;
изучение закономерностей изменения акустических характеристик исследуемых объектов во времени;
исследование влияния рельефа местности и типов искусственных сооружений на процессы распространения звука;
разработка методов расчета шума строительных площадок и автотранспортных потоков в различных условиях их расположения и функционирования;
разработка рекомендаций по снижению шума исследуемых объектов; апробация предложенных решений на практике;
разработка новых нормативно-технических документов с целью их практического использования при проектировании и строительстве;
внедрение инженерных решений по шумозащите при проектировании, строительстве и функционировании линейных сооружений.
Научная новизна:
1. Разработаны расчетные схемы, отображающие процессы шумообразования от транспортных искусственных сооружений аппроксимированных линейными и плоскими излучателями звука;
2. Разработаны математические модели для расчета шума в пространстве и полупространстве от линейных источников различной протяженности, при их расположении в условиях свободного звукового поля на плоскости, эстакаде, насыпи, выемке и других искусственных сооружениях;
3. Разработаны математические модели для расчета акустической эффективности искусственных сооружений (АЭ, установленных на эстакадах, а также выемках и насыпях)
13
4. Выполнены теоретические исследования характера распространения звука от линейных источников при различных конструктивных параметрах искусственных сооружений, а также исследования изменения эффективности шумозащитных конструкций для различных условий их размещения и изменения конструктивных параметров.
5. Разработаны классификации автомобильных дорог и строительных площадок по шуму, с учетом категорий улиц и дорог и характера выполняемых строительных работ;
6. Установлены закономерности снижения уровней звука и уровней звукового давления коротких (строительные площадки) и длинных «бесконечных» (автотранспортные потоки) линейных источников шума с увеличением расстояния при различных акустических характеристиках поверхности между ИШ и РТ.
Практическая полезность:
1. Разработана методика измерения шума стройплощадок, на основе которой разработан нормативный документ ГОСТ Р 53695-2009 «Шум. Метод определения шумовых характеристик строительных площадок»;
2. Разработана методика расчетов шума автотранспортных потоков на основании предложенной классификации, а также с учетом акустической эффективности, расположения и геометрических параметров искусственных сооружений;
3. Разработана методика расчетов шума строительных площадок на основании предложенной классификации, а также с учетом характера выполняемой работы с/п, геометрических параметров и расположения ИС;
4. Разработаны рекомендации по выбору и применению шумозашиты при проектировании искусственных сооружений;
5. На основании выполненных исследований разработаны и утверждены новые нормативно-технические документы, в т.ч.: ГОСТ Р 53695-2009 «Шум. Метод определения шумовых характеристик строительных площадок» и три стандарта предприятия: «Оценка воздействия на окружающую среду. Раздел
14
«Оценка акустической нагрузки от проектируемого объекта» РИ 7.09/02-2010, «Методика расчета шума строительных площадок» СТО НИГ1И ТРТИ 1-06.10-2008, «Методика расчета шума автомобильных дорог» СТО НИГ1И ТРТИ 1-05.10-2008. Результаты исследований были учтены при разработке проектов трех ГОСТ Р: «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Методы контроля технических требований», «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Технические требования», «Методы расчета уровней шума, излучаемого железнодорожным транспортом», а также актуализированной редакции СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» (СП 51.13330.2011).
Апробация работы:
Результаты научных исследований были доложены: на Третьей
Всероссийской школе-семинаре «Новое в теоретической и прикладной акустике», (СПб, 23-24 октября 2003 г.; на XI Международном конгрессе по звуку и вибрации, (СПб, 4-11 июля 2004 г.); XII Международном конгрессе по звуку и вибрации, (Лиссабон, 4-11 июля 2005 г.); заседаниях кафедры «Экология и БЖД» БГТУ «ВОЕНМЕХ», (2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.); научно-технических советах НИПИ ТРТИ, (2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.); Второй международной научно-технической
конференции "Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ЕЬР1Т 2005", (2005, г. Тольятти); II Всероссийском научно-практическом семинаре с международным участием «Экологизация автомобильного транспорта: передовой опыт России и стран Европейского Союза», (7-9 апреля 2004, г. Санкт-Петербург); Ш-ей международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность автотранспортного комплекса: передовой опыт России и стран Европейското Союза», (21-22 сентября 2005, г. Санкт-Петербург); XIII Международном конгрессе по звуку и вибрации, (3-6 июля 2006, г. Вена); Четвертой Всероссийский школс-семинаре с международным участием «Новое в теоретической и прикладной акустике» СПб, 21 ноября 2007; II Научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от
повышенного шумового воздействия» СПб, 21-22 марта 2006 г; VIII Международном экологическом форуме, Санкт-Петербург, 19 марта 2008 г.; IV Международной научно-практической конференции
«Автотранспорт: от экологической политики до повседневной
практики», 20-21 марта 2008 г. Санкт-Петербург; Международной научно-практической конференции «Применение акустических экранов для снижения шума и увеличения безопасности движения поездов», Москва, 14 декабря 2006 г.; V Международной научно-практической конференции «Автотранспорт: от экологической политики до
повседневной практики», 22-24 сентября 2010 г., Санкт-Петербург; III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», 22-24 марта 2011 г., Санкт-Петербург; XV международной научно-практической конференции «Проблемы и пути развития энергоснабжения и защиты от шума в строительстве и ЖКХ», Москва-Будва, 2011 г.; Nineteenth International Congress on Sound and Vibration, 8 -12 July, 2012, Vilnius, Lithuania.
Внедрение результатов исследования было осуществлено в Научно-исследовательском и проектном институте территориального развития и транспортной инфраструктуры при проектировании Западного скоростного диаметра, кольцевой автомобильной дороги вокруг Санкт-Петербурга, дублера Курортного проспекта г. Сочи и др. - всего более 20 объектов транспортного строительства.
На защиту выносятся:
- расчетные схемы и математические модели для расчетов процессов образования звуковых полей от линейных и плоских излучателей, аппроксимирующих сложные инженерные сооружения., а также расчетов акустической эффективности ИС;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований
16
формирования звуковых полей от линейных источников различной протяженности при изменении расстояния и их акустических свойств, а также характера ландшафта для свободного звукового ноля и в условиях отражения, поглощения и дифрагирования звука;
- методики определения акустических характеристик стройплощадок и акустической эффективности искусственных сооружений;
результаты исследований процессов шумообразования автотранспортных потоков в зависимости от категории автомобильных дорог и улиц;
- результаты исследований процессов образования шума стройплощадок от условий и характера выполняемых работ;
- классификации автомобильных дорог и строительных площадок по их шумности;
- методики расчета шума в застройке от автотранспортных потоков и строительных площадок с полученными исходными акустическими параметрами в реальных условиях (сложный рельеф, насыпи, эстакады, выемки и пр.);
- обобщенные рекомендации по выбору и применению шумозащиты при проектировании транспортных сооружений;
- результаты апробации основных положений исследования;
- новые нормативно-технические документы по методам акустических измерений и расчетам шума.
17
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1. Краткое описание объектов исследования.
1.1.1 Общие положения
Объектом исследования являются автомобильные дороги, представляющие собой линейные сооружения, связывающее между собой различные центры тяготения населения, по которым осуществляется движение автотранспортных средств, а также строительные площадки автомобильных дорог.
1.1.2 Автомобильные дороги
Автомобильные дороги по условиям движения и доступа на них транспортных средств, согласно ГОСТ Р 52398-2005 [15], разделяют на три класса:
- автомагистраль,
- скоростная дорога,
- дорога обычного типа (нескоростная дорога).
К классу "автомагистраль" относят автомобильные дороги:
- имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой;
- не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;
- доступ на которые возможен только через пересечения в разных уровнях, устроенных не чаще чем через 5 км друг от друга.
К классу "скоростная дорога" относят автомобильные дороги:
- имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой;
- не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;
- доступ на которые возможен через пересечения в разных уровнях и примыкания в одном уровне (без пересечения потоков прямою направления),
устроенных не чаще, чем через 3 км друг от друга.
18
К классу "дороги обычного типа" относят автомобильные дороги, не отнесенные к классам "автомагистраль" и "скоростная дорога":
- имеющие единую проезжую часть или с центральной разделительной полосой;
- доступ на которые возможен через пересечения и примыкания в разных и одном уровне.
Автомобильные дороги в зависимости от расчетной интенсивности движения и их народнохозяйственного и административного значения подразделяются на категории.
Сводные технические характеристики классификационных признаков автомобильных дорог приведены в таблице 1.1.
Техническая классификация автомобильных дорог общего пользования
Таблица 1.1.
Класс автомобильной дороги Категория автомобильной дороги Общее количество полос движения Ширина полосы движения, м Центральная разделительная полоса Пересечения с автомобильными дорогами, велосипедными и пешеходными дорожками Пересечения с железными дорогами и трамвайными путями Доступ на дорогу с примыкания в одном уровне
Автомагист- раль 1Л 4 и более 3,75 Обязательна В разных уровнях Не допускается
Скоростная дорога IB 4 и более 3,75 Допускается без пересечения прямого направления
Дорога обычного типа (нескоростная дорога) IB 4 и боле 3,75 Обязательна Допускаются пересечения в одном уровне со светофорным регулиро- В разных уровнях
11 4 3,5 Допускается отсутствие ванием Допуска- ется
2 или 3 3,75 Допускаются пересечения в одном уровне
III 2 3,5 Ые требуется
IV 2 3,0 Допускаются пересечения в одном уровне
V 1 4,5 и более
19
Трассирование автомобильных дорог и проектирование их геометрических элементов осуществляется согласно требованиям СНиП 2.05.02-85* «Автомобильные дороги» [16].
Улично-дорожную сеть населенных пунктов проектируют в виде непрерывной системы с учетом функционального назначения улиц и дорог, интенсивности транспортного, велосипедного и пешеходного движения, архитектурно-планировочной организации территории и характера застройки. В составе улично-дорожной сети, согласно СНиП 2.07.01-89* [17], выделяют улицы и дороги магистрального и местного значения, а также главные улицы. Шум зависит от катег ории улиц и дорог. Категории улиц и дорог городов назначают в соответствии с классификацией, приведенной в таблице 1.2.
Классификация элементов улично-дорожной сети населенных
пунктов
Таблица 1.2
Категория дорог и улиц Основное назначение дорог и улиц
Магистральные дороги:
скоростного движения Скоростная транспортная связь между удапеиными промышленными и планировочными районами в крупнейших и крупных городах; выходы на внешние автомобильные дороги, к аэропортам, крупным зонам массового отдыха и поселениям в системе расселения. Пересечения с магистральными улицами и дорогами в разных уровнях
регулируемого движения Транспортная связь между районами города на отдельных направлениях и участках преимущественно грузового движения, осуществляемого вне жилой застройки, выходы на внешние автомобильные дороги, пересечения с улицами и дорогами, как правило, в одном уровне
Магистральные улицы общегородского значения:
20
Таблица 1.2 (продолжение)
непрерывного движения Транспортная связь между жилыми, промышленными районами и общественными центрами в крупнейших, крупных и больших городах, а также с другими магистральными улицами, городскими и внешними автомобильными дорогами. Обеспечение движения транспорта по основным направлениям в разных уровнях
регулируемого движения Транспортная связь между жилыми, промышленными районами и центром города, центрами планировочных районов; выходы на магистральные улицы и дороги и внешние автомобильные дороги. Пересечения с магистральными улицами и дорогами, как правило, в одном уровне
Магистральные улицы районного значения:
транспортно- пешеходные Транспортная и пешеходная связи между жилыми районами, а также между жилыми и промышленными районами, общественными центрами, выходы на друг ие магистральные улицы
пешеходно- транспортные Пешеходная и транспортная связи (преимущественно общественный пассажирский транспорт) в пределах планировочного района
Улицы и дороги местного значения:
улицы в жилой застройке Транспортная (без пропуска фузового и общественного транспорта) и пешеходная связи на территории жилых районов (микрорайонов), выходы на магистральные улицы и дороги регулируемого движения
улицы и дороги в научно- п рои з ВОД С1 вен Н Ы X, промышленных и коммунально-складских зонах (районах) Транспортная связь преимущественно легкового и фузового транспорта в пределах зон (районов), выходы на магистральные городские дороги. Пересечения с улицами и дорогами устраиваются в одном уровне
пешеходные улицы и дороги Пешеходная связь с местами приложения труда, учреждениями и предприятиями обслуживания, в том числе в пределах общественных центров, местами отдыха и остановочными пунктами общественного транспорта
21
Таблица 1.2 (продолжение)
проезды Подъезд транспортных средств к жилым и общественным зданиям, учреждениям, предприятиям и другим объектам городской застройки внутри районов, микрорайонов, кварталов
Основными параметрами определяющими шум на улицах населённых
пунктов являются такие квалификационные признаки, как скорость, число полос движения, ширина полосы движения и пр.
Сводные технические характеристики классификационных признаков элементов улично-дорожной сети населенных пунктов влияющих на шумообразован ие приведены в таблице 1.3.
Техническая классификация элементов улично-дорожной сети
населенных пунктов
Таблица 1.3
Категория дорог и улиц Расчетная скорость движения, км/ч Ширина полосы движения, м Число полос движе- ния Наименьший радиус кривых в плане, м Наи- боль- ший про- доль- ный уклон, % Ширина пешеходной части тротуара, м
Магистральные дороги:
скоростного движения 120 3,75 4-8 600 30 -
регулируемого движения Магистральные улицы: общегородского значения: 80 3,50 2-6 400 50
непрерывного движения 100 3,75 4-8 500 40 4,5
регулируемого движения районного значения: 80 3,50 4-8 400 50 3,0
Таблица 1 3 (продолжение)
транспортно- пешеходные 70 3,50 2-4 250 60 2,25
пешеходно- транспортные Улицы и дороги местного значения: 50 4,00 2 125 40 3,0
улицы в жилой за- 40 3,00 2-3* 90 70 1,5
стройке 30 3,00 2 50 80 1,5
улицы и дороги научно- производственных, 50 3,50 2-4 90 60 1,5
промышленных и коммунальноскладских районов 40 3,50 2 50 70 1,5
парковые дороги Проезды: 40 3,00 2 75 80
основные 40 2,75 2 50 70 1,0
второстепенные Пешеходные улицы: 30 3,50 1 25 80 0,75
основные - 1,00 По расчету - 40 По проекту
второстепенные Велосипедные дорожки: 0,75 То же 60 То же
обособленные 20 1,50 1-2 30 40 -
изолированные 30 1,50 2-4 50 30 -
Основным признаком, отличающим автомобильные дороги и городские магистрали от других линейных транспортных объектов, является присутствие на них потока автотранспортных средств.
Транспортный поток характеризуется структурой и количеством единиц. Структура транспортного потока включает в себя следующие типы транспортных средств: легковые автомобили, мотоциклы с коляской, мотоциклы и
23
мопеды, грузовые автомобили грузоподъемностью 2, 6, 8, 14 и свыше 14т, автопоезда грузоподъемностью 12, 20, 30 и свыше 30т, автобусы.
Расчет существующей и прогнозирование перспективной интенсивности движения на автомобильных дорогах заключается в определении вероятного количества автотранспортных средств, совершающих поездки между парами корреспондирующих населенных пунктов рассматриваемой территории, корреспонденции между которыми являются значимыми. При этом прогнозирование интенсивности движения сводится к формированию потоков имеющегося или перспективного парка автотранспортных средств на соответствующей сети автомобильных дорог рассматриваемой территории.
Технология расчета интенсивности движения на автомобильных дорогах описана в «Руководстве но прогнозированию интенсивности движения на автомобильных дорогах» [18|.
За расчетную принимается среднегодовая суточная интенсивность движения за последний год перспективного периода, а при наличии данных о часовой интенсивности движения - наибольшую часовую интенсивность, достигаемую (или превышаемую) в течение 50 ч за последний год перспективною периода, выражаемую в единицах, приведенных к легковому автомобилю.
Перспективный период при назначении категорий дорог, проектировании элементов плана, продольного и поперечного профилей следует принимать равным 20 годам с года завершения проектирования объекта.
1.1.3 Строительные площадки автомобильных дорог.
Строительство автомобильных дорог представляет сложный многоэтапный процесс, который состоит из ряда принципиально отличных технологических операций. В каждой из этих операций используется разнообразная строительная техника, производящая при работе шум. Шум строительства определяется технологическим процессом, числом и типом строительных машин. Технологическая схема производства работ по строительству авто-
24
мобильных дорог и искусственных сооружений на них, а также используемая строительная техника приведены в табл. 1.4.
Технологическая схема производства работ по строительству искусственного сооружения
Таблица 1.4
Этапы работ Виды работ Используемая техника
т „г иг.
1. Расчистка коридора производства работ и строительной площадки рубка древостоя, удаление древостоя с территории лесовальные машины или моторные пилы, кусторез, корчеватели-собиратели, самосвалы
удаление крупных камней и строительного мусора бульдозери о-рыхлительные аппараты
2. Переустройство инженерных коммуникаций экскаватор, автокран, автопогрузчик
3. Устройство временных сооружений (СВСиУ) устройство металлической опалубки для бетонирования тела опор кран с вибропогружателем
устройство металлического шпунтового ограждения кран с вибропогружателем
1 9
1. Устройство свайного основания молоты, вибропогружатели, вибромолоты
2. Бетонирование свайного ростверка бетононасос
3. Укладка фундаментных блоков автомобильный или гусеничный кран
4. Устройство тела опор краиы-экскавагоры, стрелковые краны, козловые краны
25
табл. 1.4 (продолжение)
Эганы работ Виды работ Используемая техника
1. Установка опорных частей краны
2. Монтаж балок пролетною строения автосамосвапы, краны на іусеничном и пневмоко-лесном ходу
3. Бетонирование монолитных швов бетононасос
лшш'ш-1- в щ^шшштоШп^гопм шжтжп
1. Устройство гидроизоляции очистка поверхности плиты пескоструйные аппараты, промышленный пылесос
устройство выравнивающего слоя из бетонной смеси бетононасос
устройство изоляции битумовоз, автогудрона-тор, компрессор сжатого воздуха
2. Устройство асфальтобетонного покрытия подвоз готовой асфальтобетонной смеси к месту укладки автоасфальтовоз или автосамосвал
укладка асфальтобетонной смеси асфальтоукладчик, автогрейдер
уплотнение асфальтобетонного покрытия каток вибрационный или на пневмошинах, каток с гладкими вальцами
1. Устройство основания подвоз каменных материалов автосамосвалы
распределение материалов Распределитель дорожностроительных материалов
уплотнение основания каток с гладкими вальцами или каток на пневмошинах
2. Устройство асфальтобетонного покрытия подвоз готовой асфальтобетонной смеси к месту укладки на дороге автоасфальтовоз или ав-тосамосвап
подгрунтовка основания автогудранатор
укладка асфальтобетонной смеси асфальтоукладчик, автогрейдер
уплотнение асфальтобетонного покрытия каток вибрационный или на пневмошинах, каток с гладкими вальцами
26
Таблица [А (продолжение)
3. Укрепление обочин
подвоз на дорогу материалов для укрепления обочин
автосамосвалы
планировка обочин и распределение материалов укрепления по обочинам
автогрейдер
уплотнение обочин
каток с гладкими вальцами или каток на пневмошинах
К основным из технологических операций, при сооружении автомобильных дорог можно отнести [19-23]:
- подготовительные работы;
- возведение земляного полотна;
- устройство дорожной одежды.
Строительство искусственных сооружений включает следующие основные типы технологических операций [19-23]:
- подготовительные работы;
- сооружение опор;
- сооружение пролетных строений;
- устройство мостового полотна.
При выполнении строительных работ используются самосвалы, экскаваторы, бульдозеры, рыхлители, кусторезы, краны, автокраны, погрузчики, молоты, бетононасосы, асфальтоукладчики, катки, автогрейдеры, распределители дорожно-сгроительных материалов и пр.
Примеры некоторых основных технологических схем показаны на рис. 1.1-
1.2.
27
Рис. 1.1 Пример технологической схемы возведения насыпи из боковых резервов бульдозерами 1 - снятие плодородного слоя почвы с укладкой в боковые валы;
2 - отсыпка отдельных слоев земляного полотна с траншейной разработкой грунта в резерве и послойном разравнивании его в насыпи;
3 - послойное уплотнение грунта в насыпи;
4 - планировка насыпи и резервов автогрейдером и надвижка растительного
г рунта из боковых валов бульдозером
(Ьспзсосванля
ОТфЮИИГЪГО'
Уклада маиетэ слоя эсСвльтобега* ицкга лепим* атом*
Рис. 1.2 Устройство асфальтобетонного покрытия 1 - механическая щетка; 2 - передвижной битумный котел;
3 - сушильный агрегат; 4 - автомобильный самосвал с асфальтобетонной смесью; 5 - асфальтоукладчик; 6 - каток массой до 8 т;
7 - жаровня для ручного инструмента; 8 - каток массой до 15 т
28
Примеры расположения строительных машин и механизмов показывают, что они располагаются в цепочку (линию) и могут апроксимироваться линейным источником шума.
1.2. Воздействие и нормирование шума автотранспорта и строительства.
Шум вредно воздействует на организм человека, вызывая изменение как в физиологическом состоянии человека, так и в органах слуха. Литература посвященная этой проблеме чрезвычайно обширна (этой проблемой занимаются специалисты в области психоакустики, физиологической акустики, акустики речи и пр.), поэтому ограничимся рассмотрением наиболее общих вопросов воздействий и воздейс твия на население транспортного шума[24-44].
Жители городов, подвергающиеся действию повышенного шума, испытывают дискомфорт, тревогу, страдают бессонницей и пр. Шум негативно воздействует на сердечно-сосудистую, эндокринную, иммунную, нервную системы человека; шум способствует увеличению артериального давления, расстройству нервной системы, снижению внимания, нарушению циркуляции крови, патологическому изменению деятельности почек, желез, и др.
Сегодня в городе шум самый опасный и массовый фактор окружающей среды, заметно влияющий на экологическую обстановку[41].По данным ВОЗ показатель опасности риска для здоровья людей по уровню шума составляет 75 дБА в течении 8ч [5]. Установлена связь раздражения транспортным шумом в зависимости от уровня воздействующего шума. По так называемой кривой Шульца, например, при действии на население шума уровнем 75 дБ А раздражение испытывает не менее 50% людей [42]. Отметим также, что интенсивный транспортный шум негативно воздействует на биологические объекты в природной среде [45].
Каждая страна имеет проблемы из-за повышенного шума транспорта и
строительства [46-53]. Так в Г ермании 35% населения не может спать ночью с
29
открытыми окнами, а 75-85% населения жалуется на этот шум [47]. В Австрии проведён опрос общественною мнения о влиянии транспортного шума на здоровье населения [46]. Всего было опрошено 2300 человек. Результаты опроса приведены в табл. 1.5.
Влияние транспортного шума на население Австрии
Таблица 1.5
Характер воздействия шума % населения
Не испытывают воздействия шума 6
Очень сильно страдают от шума 29
Испытывают сильную нагрузку от шума 35
Испытывают прочие степени воздействия шума 30
Рим - самый шумный юрод Европы. Около 93% римлян подвергаются действию повышенного шума, при этом под воздействием повышенного шума автотранспорта находится более 75% населения [49]. Во Франции 47% населения считают, что шум свыше 65дБЛ делает очень тяжёлым пребывание в домах; при этом 22 млн. человек проживает в зонах с уровнями шума свыше 55 дБА, а Змлн. - свыше 70дЬА[52]. Впечатляют не только приведенные цифры, но и определение шума: «шум - это важнейшее зло» [52].
В Англии было выполнено комбинированное исследование влияния акустического загрязнения на общественное мнение при воздействии строительного и транспортного шума в Лондоне [44]. Исследование проводилось с целью определить отношение жителей к строительному и транспортному шуму. Результаты обследования показаны на рис. 1.3. В результате обследования получена зависимость между реакцией населения в виде среднего показателя недовольства и эквивалентным уровнем звука. Как следует из рис. 1.3 степень недовольства населения строительным шумом больше чем транс-
30
портным. Часть населения (10-20%) выражают крайнее недовольство строи тельным шумом даже при его низкой интенсивности 45-50 дБА.
Усредненный показатель недовольства
Рис. 1.3 Связь между неприятным воздействием и оценкой строительного (1) и транспортного (2) шума:
Снижение шума связано с немалыми расходами. Величина затрат на борьбу с шумом в ЕС к началу XXI в. может возрасти до 2% ВНП [51]. Степень влияния шума на стоимость жилья показана в работе[53], где отмечается, что в районах с уровнем звука свыше 65 дБА жильё в среднем стоило на 2400$ ниже, чем в менее шумных районах.
В связи с негативным воздействием шума на население во многих странах приняты нормы по его ограничению [49, 54-82]. Все эти нормы можно разделить на две большие группы:
- нормы, ограничивающие шум источников (автомобилей, строительных машин и механизмов);
- нормы, ограничивающие шум, воздействующий на жителей в местах их пребывания и проживания (территория жилой застройки, жилые и офисные помещения).
31
11ервая группа норм носит название технических норм шума. Технические нормы показывают технически достижимые параметры шума изделия. Нормируются уровни звука, дВА или корректированные уровни звуковой мощности. Нормы шума автомобилей приведены в таблице 1.6 [571.
Технические нормы внешнего шума автомобилей (Директива ЕС 92/97)
Таблица 1.6
Категория автомобиля Допустимые УЗ, дВА
Легковые 74
Грузовые с массой более 3500 кг:
мощность двигателя
» » менее 150 кВт 78
» » более 150 кВт 80
Автомобили с массой не более 2000 кг 76
Шум автомобилей нормируется в зависимости от их назначения, массы, мощности двигателя. За последние 30 лет нормы шума автомобилей были ужесточены на 10-11 дВА. Самые жёсткие нормы шума автомобилей приняты в ЕС; в США, например, нормы шума легковых и грузовых автомобилей на 6 дВА выше норм принятых в ЕС [54, 64]. Отечественные нормы по внешнему шуму автомобилей идентичны нормам ЕС [55].
Нормы внешнего шума строительных машин приняты в ЕС [72, 77]. Допустимые значения корректированных уровней звуковой мощности устанавливаются в зависимости от мощности и типа строительной машины (Табл. 1.7).
32
Технические нормы шума строительных машин
Таблица 1.7.
Тип оборудования Мощность, кВт Норма корректированного уровня звуковой мощности, дБА
Уплотняющие машины (виброкатки, виброплиты) А'<8 8< А <70 А >70 105 106 86+11 \gfif
Гусеничные погрузчики, бульдозеры, экскаваторы А < 55 А > 55 103 84+11 ^А
Колёсные бульдозеры, погрузчики, автогрейдеры, краны V ІА и« 101 85+11 1«А
Компрессоры А < 50 N>50 94 95+11 1ёА
Колёсные экскаваторы N <50 N>50 93 80-111 ^А
Правительство Германии пошло по пути ужесточения требований к внешнему шуму строительных машин, введя награду «Голубой ангел»[72], которую получают производители малошумных СДМ Эти нормативы примерно на ІОдБА более жёсткие, чем нормы ЕС.
В разных странах приняты различные нормы шума в жилой застройке. Почти во всех странах в качестве нормируемой характеристики принят эквивалентный уровень звука, дБА. Основной подход связывает допустимые уровни звука с местонахождением жилья. Шум нормируется по двум временным параметрам: день-ночь, во многих странах введено нормирование еще и в вечернее время.
В таблице 1.8 приведены нормы шума принятые в Италии [48].
33