Шум транспортных потоков

Железнодорожный транспорт в противоположность автомобильному и воздушному не развивается такими быстрыми темпами. Однако появились признаки того, что железные дороги начнут играть новую роль. После внедрения скоростных поездов в Японии и Франции многие страны приняли решение об увеличении скорости движения поездов и объема пассажирских перевозок, обеспечив тем самым повышение конкурентоспособности железных дорог. Расширение сети железных дорог и увеличение скорости поездов вызовут рост шума, возникнут связанные с этим проблемы защиты от него окружающей среды. Подобные ситуации уже возникли в Японии, где общественность протестовала против скоростных поездов. Следствием этих протестов явилось решение Управления японских государственных железных дорог отложить строительство новых линий, ведущих к Токийскому аэропорту Нарита.

Раздражение, вызванное шумом воздушного транспорта, обусловлено главным образом введением в эксплуатацию в конце 50-х годов на гражданских авиалиниях реактивных самолетов. С тех пор число коммерческих и частных реактивных самолетов, находящихся в повседневной эксплуатации, превысило 7 тыс. единиц. За этот период снижению шума самолетов уделялось значительное внимание. Решение рассматриваемой проблемы проводилось по следующим трем основным направлениям. Первое и, вероятно, наиболее важное направление сводится к исследованию основных источников шума и разработке, в частности, менее шумных силовых установок. Второе направление связано с упорядочением и введением контроля полетов самолетов в окрестности аэропортов. Наконец, третье направление - меры, непосредственно не связанные с изменением условий эксплуатации воздушных судов - рациональное использование земельных участков как на территории самого аэропорта, так и в его окрестностях с усилением звукоизоляции зданий и сооружений, находящихся под воздействием шума высокого уровня.

3. Действие городского шума на организм человека

Шум негативно влияет на слуховую функцию. Течение функциональных изменений может иметь различные стадии. Кратковременное понижение остроты слуха под воздействием шума с быстрым восстановлением функции после прекращения действия фактора рассматривается как проявление адаптационной защитно-приспособительной реакции слухового органа. Длительное воздействие интенсивного шума может приводить к перераздражению клеток звукового анализатора и его утомлению, а затем к стойкому снижению остроты слуха.

Действие шума может привести к заболеваниям желудочно-кишечного тракта, сдвигам в обменных процессах (нарушение основного, витаминного, углеводного, белкового, жирового, солевого обменов), нарушению функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Уровень шума, передаваемого этим путем, на 20–30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом. Если при невысоких уровнях шума передача за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное действие на организм человека. При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки. Для нормальной жизнедеятельности людей и нахождения уровня шума на безопасном для человека уровня осуществляют нормирование шума. Нормирование шума регламентируется в главах СНиП, стандартах или санитарных нормах. Нормируемыми параметрами непостоянного шума в расчётных точках являются эквивалентные уровни звука LAэкв, дБ А, и максимальные уровни звука LАмакс, дБА.

4. Ограничение воздействия шума автомобильного транспорта

4.1.Снижение интенсивности движения, улучшение конструкции дорог и регламентирование землепользования 

4.1.1. Интенсивность движения

Наиболее   очевидным   способом уменьшения  шума  автомобильного транспорта является снижение интенсивности движения в результате смещения транспортного потока. Разделение транспортного потока, например, пополам, в общем случае ведет к снижению уровней транспортного шума на 3 дБА. Однако закрытие участков дороги для всех видов автомобильного транспорта может создать определенные трудности. Например, когда был наложен общий запрет на движение автомобильного транспорта с 22 ч до 6 ч в Нюрнберге, было выдано около 600 льготных документов на право нормального подъезда жителей, и движение автолюбителей, вызванное этими разрешениями, существенно ослабило эффективность этого общего запрета. Эффект ограничения интенсивности движения зависит не только от смещенного транспортного потока, но также и от интенсивности движения как до введения ограничений, так и после их введения. Уменьшение интенсивности движения вдвое приводит к снижению эквивалентного уровня шума при условии неизменности других параметров. Но интенсивность движения и скорость автомобилей, вообще говоря, являются сильно коррелируемыми величинами. Уменьшение интенсивности движения обычно связано с ростом скорости движения, поэтому ожидаемого оптимального выигрыша от снижения интенсивности движения не достигается.

Кроме того, перемещение транспортного потока приводит к нарастанию шума на других дорогах транспортной системы. И тем не менее то обстоятельство, что уровень транспортного шума и интенсивность движения связаны логарифмической зависимостью, может быть использовано в нужном направлении. Например, можно снять транспортный поток со слабо используемой дороги в перебросить его на уже сильно нагруженную. Это приведет к небольшому увеличению шума на сильно нагруженной дороге, особенно если она была заранее спроектирована для интенсивного потока. В то же время при этом будут достигнуты значительные результаты по снижению шума на слабо нагруженных автомобильных дорогах.

Следовательно, можно добиться весьма существенного снижения шума для значительного числа людей путем создания объездных путей, специально рассчитанных на значительную интенсивность движения и ослабления напряженности транспортной сети, пронизывающей жилые кварталы.

В крупных и небольших городах, где объездные пути еще не созданы, можно пойти на переключение движения транспорта в ночные часы на улицы, где расположены торговые предприятия.

На снижение шума автомобильного транспорта также направлено ограничение числа тяжелых грузовых автомобилей в транспортном потоке. Эти меры обычно принимают форму запретов на въезд грузовых автомобилей в определенный район или на въезд в город всех автомобилей выше определенной грузоподъемности, а также ограничений въезда в определенные моменты времени, обычно в ночные часы, субботние и воскресные дни.

Теоретически уменьшение скорости движения автомобильного транспорта является одной из самых эффективных мер ограничения уровня шума автомобильного транспорта. На высокоскоростных дорогах сокращение средней скорости автомобиля в 2 раза может привести к снижениям эквивалентного уровня шума на 5-6 дБА. Но на практике трудно достичь снижения скорости автомобилей.

Несмотря на вводимые ограничения скорости, большая часть автотранспорта превышает этот предел. Успехов в деле уменьшения скорости можно добиться путем устройства возвышений на дорожном покрытии или поперечных полос на дороге, которые дают возможность водителям почувствовать скорость автомобиля. К другим способам относятся сужение дороги и искривление трассы дороги.

4.1.2. Конструкция дороги

Шум, излучаемый автомобильным транспортом, зависит как от вертикального, так и горизонтального очертания дороги, а также от типа дорожного покрытия.

Вопросы сооружения и конструирования придорожных барьеров рассматриваются при проектировании дороги. Обычно акустический барьер имеет форму вертикальной стенки, хотя широкое применение получили и иные формы, делались попытки улучшить эстетические, нежели экранирующие, характеристики барьеров.

При проектировании эффективного звукового барьера ставят следующие цели: барьер должен иметь достаточную массу для ослабления звука, быть доступным для текущего обслуживания и ремонта; установка барьера не должна приводить к росту несчастных случаев. Кроме этого, сооружение барьера должно быть экономичным.

Чтобы обеспечить оптимальную степень звукозащищенности, барьер должен располагаться вблизи источника шума или вблизи объекта, защищаемого от шума. Барьер должен, если это возможно, полностью скрывать ограждаемый участок дороги, исключая видимость этого участка из окон защищаемых зданий или различных точек защищаемого пространства. Хотя масса барьера не должна быть значительной, важно обеспечить тщательное уплотнение всех просветов в конструкции барьера. Дырка или просвет в конструкции барьера может привести к существенному уменьшению его экранирующей возможности, а наличие указанных дефектов может вызвать резонансные эффекты, что может привести, в свою очередь, к изменению характера преобразованного барьером звука, при котором произойдет изменение широкополосного шума в шум, содержащий дискретные тона.

Звуковая энергия, генерируемая транспортным потоком, может быть отражена с помощью эффективных приемников звука, которыми оснащена сторона стенки барьера, обращенная к источнику. При наличии звуковых барьеров с обеих сторон дороги могут возникнуть дальнейшие осложнения, вызванные многократными переотражениями, происходящими между стенками барьера. При определенных конфигурациях экранизирующий потенциал каждого барьера может быть значительно снижен в результате воздействия дополнительного шума, преломляющегося через барьер от воображаемых источников звука.

Следует также упомянуть о барьерах, выполненных в виде насыпи, а также о барьерах типа "пещер" в скалистом грунте. Типичные барьеры поглощающего типа состоят из полых коробчатых панелей, которые со стороны дороги имеют перфорированную или открытую металлическую пластину. Коробка затем заполняется звукопоглощающим материалом, таким, как минеральная вата.

Дороги, проложенные в выемках, обычно хорошо экранируются краем экранирующей стенки, хотя отражения от далеко расположенной стенки могут уменьшить характеристику экранирования.

На дорогах, расположенных на насыпи или эстакаде, проблемы с шумом более серьезны, хотя в точках приема звука, расположенных ниже края насыпи или парапета, имеет место некоторое экранирование.    

4.1.3. Расчет пересечений дорог

Для того чтобы уменьшить уровень шума, важно рассмотреть на стадии проектирования пересечения дорог организацию движения потока автомобилей с целью минимизации числа ускорений и замедлений автомобилей. Та же цель ставится и при разработке планов управления движения автомобильным транспортом. Эти планы составляются таким образом, чтобы сократить длительность поездок и уменьшить число несчастных случаев.

Система светофоров разработана и установлена практически в каждом крупном городе мира. К сожалению, влияние на шум, создаваемый автомобильным транспортом, этих мер не так значительно, как ожидалось. Это происходит частично из-за того, что совершенствование организации движения транспортного потока благодаря внедрению этих систем управления постепенно приводит к тому, что нагрузка на систему возрастает, происходят быстрое ее переполнение и (или) нарастание интенсивности транспортного потока.

Другой мерой по ограничению движения потока автомобилей, следующих через пересечения дорог, является отключение светофоров на пересечениях дорог с не очень высокой интенсивностью движения в ночное время. Однако это не приводит к какому-либо систематическому снижению уровня шума и связано с тем, что скорости автомобилей завышены, что сводит на нет преимущества, связанные с исключением процесса трогания автомобилей при наличии светофоров.

4.1.4. Проектирование дорожного покрытия

Благодаря проведенным исследованиям было установлено, что некоторых успехов в снижении шума можно добиться с помощью соответствующей конфигурации рисунка протектора и конструкции шины. Однако конструирование шин с существенно пониженным уровнем шума вступает в противоречие с острой необходимостью обеспечения безопасности движения, предотвращения нагрева протектора и обеспечения экономичности автомобиля. Следовательно, большие возможности по снижению шума открывает создание перспективных альтернативных конструкций дорожного покрытия.

Важным, с точки зрения ограничения шума, является, по-видимому, строение самого дорожного покрытия; образовано ли оно битуминизированным материалом со случайным рисунком строения, или покрытие бетонное, с доминирующей поперечной структурой.

В Великобритании были проведены измерения, которые позволили установить элементарное соотношение между сопротивлением автомобиля заносу, реализуемым на данном дорожном покрытии, и суммарным уровнем шума, который генерируется автомобилями, идущими на больших скоростях по данному дорожному покрытию.

Было установлено, что это соотношение статистически не зависит от строения материала дорожного покрытия. К сожалению, хотя этот результат и полезен при установлении норм для разработки дорожного покрытия, в которых учитываются соображения безопасности и охраны окружающей среды, он обнажает противоречие, существующее между определением дорожных покрытий, обладающих низким уровнем шума и удовлетворительными нормами безопасности при высоких скоростях движения. Например, гладкое дорожное покрытие может быть относительно малошумным, но одновременно совершенно небезопасным для движения во влажную погоду.

У некоторых дорожных покрытий сочетаются малая шумность и удовлетворительные характеристики сопротивляемости боковому заносу автомобиля. Такие дорожные покрытия обычно имеют пористую структуру, которая является влагопроницаемой, но в то же время обладает удовлетворительным звукопоглощением в частотном диапазоне от 400 Гц до 2 кГц. Укладка экспериментального дорожного покрытия на рифленую поверхность бетонных участков кольцевой автомобильной дороги, проложенной к востоку от Брюсселя, привела к снижению уровней шума примерно на 4 дБА для автомобилей, движущихся со скоростью 70 км/ч и на 5,5 дБА при скорости движения 120 км/ч. Было установлено, что снижения уровня шума можно добиться и при других видах пористых дорожных покрытий. В Швеции, например, такие данные были получены для пористого дорожного покрытия, составленного из подобранного по гранулометрическому составу каменного остова с эмульсионным асфальтом в качестве связующего, а в Канаде для дорожного покрытия, составленного из смеси "открытого" типа, с тонким защитным слоем битума. В последнем случае было установлено, что снижение уровня шума составило 4-5 дБА по сравнению с уровнем шума на дорогах с обычным асфальтовым покрытием и 3 дБА по сравнению с изношенным бетонным покрытием, которое обладает гораздо меньшим сопротивлением боковому сносу, чем дорожное покрытие, составленное из смеси "открытого" типа и покрытое тонким защитным слоем битума.