陳永敬, 劉臻真, 郭 巖, 王義朋

(1.中鐵十四局集團房橋有限公司，北京 102400；2.中安綠創(chuàng)(北京)職業(yè)衛(wèi)生建設工程設計研究院有限公司，北京 102400)

目前盾構管片生產主要采用流水機組法和固定臺座法兩種生產方式，附著式振動器振搗是流水機組法管片生產常用方法，它通過振動器的工作帶動模型振動來完成混凝土的密實。這種作業(yè)方式生產效率高、施工質量穩(wěn)定，普遍被管片生產單位所采用，但相對于插入式振搗，會產生更大的振動噪聲，特別是對于大直徑盾構管片模具而言，振動器附著數量高達8個，振搗過程中模具附近產生噪聲高達127 dB(A)。研究前，振動室采取砌筑磚墻、粘貼吸聲棉、安裝模具進出提升門等方式進行封堵，由于不能做到完全封堵、吸音棉效果有限、隔振措施不到位等原因，振動區(qū)附近及操作室內，噪聲仍然達到高達100 dB(A)以上。長期強噪聲作業(yè)不僅可以干擾工作效率，易造成安全事故的發(fā)生[1-2]，還能對人的聽覺系統(tǒng)、神經系統(tǒng)和心腦血管系統(tǒng)造成重要影響[3]。

本文研究依托北京東六環(huán)(京哈高速—潞苑北大街)改造工程盾構隧道盾構管片施工開展，考慮同類聲源的頻譜特性和噪聲強度，結合吸聲、消聲、隔聲以及阻尼減振等方式，通過合理設計使作業(yè)環(huán)境達到噪聲治理標準。東六環(huán)隧道是目前國內直徑最大的盾構隧道，該隧道管片外徑15 400 mm、厚度650 mm、寬度2 000 mm，單塊管片最大重量17.8 t，采用C60高強混凝土預制，配備8個高頻振動器進行振搗。

1 噪聲源識別

盾構管片混凝土振搗工序振動包括3個方面：混凝土料斗的側面電動振動器產生的撞擊、振動器與管片模具之間的撞擊以及模具與軌道之間的撞擊。撞擊過程產生的機械噪聲一部分是振動器工作時直接撞擊產生的，另一部分是撞擊導致管片模板振動產生的二次噪聲，此部分噪聲的特性與振動臺工作振動頻率振幅及鋼模大小有關。

同類生產線噪聲測量類比數據顯示，澆筑振動時，設備近場噪聲為104.9 dB(A)；混凝土料斗下料時，設備近場噪聲為105.5 dB(A)。各噪聲數據的頻譜見圖1。

圖1 各級噪聲頻譜分布

通過圖1可以看出，噪聲整體呈寬頻特性，聲能量主要集中在中、低頻區(qū)域，并在100 Hz和125 Hz出現峰值，高頻區(qū)域聲能量也不能忽視。由于中、低頻噪聲傳播特性為穿透力強、空氣吸收能力較弱、容易產生繞射等現象，影響范圍很廣，屬于比較難治理的噪聲源。

2 噪聲控制目標及原理

2.1 治理目標

根據《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第2部分：物理因素》(GBZ2.2-2019),對于生產車間每周工作5 d、每天工作8 h的工人，穩(wěn)態(tài)噪聲限值為85 dB(A)，非穩(wěn)態(tài)噪聲等效聲級的限值為85 dB(A)。

結合(GBZ2.2-2019)和員工的作業(yè)班制情況，最終設計目標確定為振搗室外1 m處噪聲低于85 dB(A)、操作室內噪聲低于80 dB(A)，這樣可以大大提高員工的作業(yè)聲環(huán)境質量，減少聲暴露。

2.2 理論依據

根據相關文獻[4-6]，分別采用隔聲、消聲、吸聲和阻尼減振等方式進行降噪設計。

2.2.1 隔聲

單層勻質構件和雙層構件隔聲量計算的經驗公式采用公式(1)和公式(2)，無論是單層結構還是雙層結構，其隔聲特性受到共振和吻合效應的影響，通過設計，盡量使隔聲所要求的頻率避開共振頻率f0和吻合效應頻率fc。

R單=16lgM+14lgf-29

(1)

R雙=16lg[(M1+M2)f]-30+ΔR

(2)

式中：R單、R雙為隔聲量(dB)；M為單層壁單位面積質量(kg/m2)；M1和M2為兩個單層壁單位面積質量(kg/m2)；f為入射波頻率(Hz)；ΔR為空氣層附加隔聲量(dB)。

對于多個構件組成的隔聲墻的組合隔聲量采用公式(3)～公式(5)計算：

(3)

(4)

(5)

2.2.2 消聲

對所有的空氣動力性噪聲統(tǒng)一采用消聲治理措施，噪聲源采取消聲治理后，要求既要有適宜的消聲量(即聲學性能)，同時對設備的運行不能有明顯的影響(即良好的空氣動力性能)。消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過的一種設備。阻性消聲器消聲量參考公式(6)和公式(7)計算：

(6)

(7)

式中:ΔL為消聲量(dB)；P為消聲器斷面周長(m)；L消聲器有效長度(m)；S消聲器通道橫截面積(m2)；α0為法向吸聲系數。

2.2.3 吸聲

在噪聲源周圍設置隔聲圍護結構的內側壁面上做必要的吸聲處理(加工機內部)，不但可有效加強隔聲圍護結構的隔聲量，而且可降低室內的混響聲達3～5 dB(A)，同時改善操作人員的操作環(huán)境，起到一定的勞動保護作用。房間內的平均吸聲系數按照公式(8)計算：

(8)

式中:Sn為各面面積(m2)；αn為各面的吸聲系數。

2.2.4 阻尼減振降噪

通過運用基礎與設備間安裝的隔振元件由于彈性變形和阻尼的作用、使振動能量消耗減小振動的傳遞這一原理，減小噪聲。

3 噪聲隔離裝置的設計

3.1 總體方案

采用以隔聲為主其他各種綜合治理措施為輔的方案是降低工作場所噪聲強度的重要途徑[7-8]。研究表明，隔聲裝置的隔聲能力取決于其形狀和尺寸、結構剛性、開口面積、隔聲材料的隔聲量、罩內平均吸聲系數等多種因素[9]。本研究將振搗室與振搗操作室分開，振搗設備設計單獨的隔聲罩，操作人員在隔聲觀察室操作，以此達到保護設備操作人員和降低該設備對整個車間聲環(huán)境影響的效果。本研究方案見圖2,左側為隔聲罩，右側為隔聲觀察室。

圖2 隔聲裝置設計(單位：mm)

為使得相應隔聲設計能達成預期目標，在建設過程中應當注意到防止縫隙和孔洞漏聲，做好軌道底部與地面的縫隙封堵，門窗等薄弱處采用粘貼毛氈類吸音材料或者軟橡膠條進行封堵。

3.1.1 隔聲罩設計

振搗設備隔聲罩的設計綜合降噪量R≥25 dB(A)，外形尺寸為9.0 m×6.1 m×3.8 m，隔聲罩墻面采用240 mm磚墻和50 mm厚吸隔聲復合結構，復合隔聲量≥52 dB(A)，內側吸聲系數0.9。隔聲罩管道模具軌道進出口分別設置自動隔聲提升門(2.36 m×2.2 m)，隔聲量≥25 dB(A)；隔聲罩頂部采用100 mm吸隔聲板材，并設置自動推拉門(2.3 m×2.3 m)，隔聲量≥30 dB(A)，方便混凝土料車卸料。南側提升門墻面設置一道隔聲量≥35 dB(A)的進出隔聲門(0.8 m×2.0 m)，由于隔聲罩提升門和自動推拉門開合頻繁，不考慮散熱通風。

在本研究中為了阻斷振動臺與生產線的連接，隔聲罩底部設計了獨立的振動臺，同時振動臺上下支架之間設計多個橡膠氣囊，振動時氣囊頂起，減少對地面的沖擊力。獨立振動臺結構見圖3。

圖3 隔聲罩底部獨立振動臺

3.1.2 隔聲觀察室設計

隔聲觀察室設計綜合降噪量R≥30 dB(A)，外形尺寸為9.0 m×2.8 m×2.6 m，觀察室面向振搗設備面設置隔聲量≥45 dB(A)的雙道夾膠玻璃作為觀察窗(1.75 m×2.0 m)。南北兩側設置兩道隔聲量≥35 dB(A)的進出隔聲門(1.2 m×2.2 m)、照明系統(tǒng)和通風系統(tǒng)。本研究中隔聲觀察室由于有人員存在，按照每人新風量30 m3/h核算，同時通風口加裝消聲器，消聲量≥20 dB(A)。

3.2 聲學核算與治理效果評價

3.2.1 隔聲罩各墻面隔聲核算

隔聲罩內平均吸聲系數根據各構件的面積和吸聲系數按照公式(8)計算，計算結果見表1。隔聲罩各墻面實際隔聲量計算結果見表2。

表1 隔聲罩內平均吸聲系數計算

表2 隔聲罩各墻面隔聲計算結果

3.2.2 隔聲觀察室降噪核算

表3 隔聲觀察室平均吸聲系數計算結果

隔聲觀察室內設計一臺通風口片式消聲器，片間距100 mm，片高度為400 mm，有效長度為800mm，片吸聲系數α0為0.8，根據公式(6)計算φ(α0)為1.66。當α0≥0.6，φ(α0)計算值遠大于實測值，根據文獻[4]推薦使用經驗值1.2，再利用公式(6)計算消聲量為24 dB(A)。

3.3 噪聲控制效果

綜上取現場設備噪聲值為105 dB(A)。隔聲觀察室內觀察窗面隔聲量為32.8 dB(A)，室內噪聲計算值為72.2 dB(A)；隔聲罩提升門面隔聲量為23.1 dB(A)，設備外噪聲計算值為81.9 dB(A)；隔聲罩頂面隔聲量為22.9 dB(A)，頂面外噪聲計算值為82.1 dB(A)，經計算噪聲設計能達到預期要求。

該項目進行工程實施后，隔聲罩內測試噪聲水平為108 dB(A)，隔聲觀察室內噪聲水平為76 dB(A)。隔聲罩提升門1 m測點噪聲水平為84.3 dB(A)，隔聲罩頂面1 m處測點噪聲水平為84.1 dB(A)?？傮w實現了振動室外墻1 m處噪聲量均在85 dB(A)以下，隔聲觀察室可達到80 (A)以下的設計目標。本研究實施的隔聲間和隔聲觀察室見圖4。

圖4 隔聲罩與隔聲觀察室實物

4 結束語

通過對北京東六環(huán)改造工程管片振動室隔振室噪聲研究和應用實踐，成功解決了流水機組法管片生產振動噪聲大的難題，使操作室內作業(yè)人員的噪聲暴露符合職業(yè)健康要求，實際測量結果為振動室外墻1 m處噪聲量均在85 dB(A)以下，隔聲觀察室可達到80 (A)以下，且無振動和共振，人員能夠正常交流，大大提高了作業(yè)環(huán)境質量。

該噪聲控制技術的成功應用，為流水機組法盾構管片生產噪聲治理提供了具有實際意義的解決方案，為其他混凝土預制產品生產降噪提供了參考方向。未來隨著企業(yè)對于作業(yè)環(huán)境要求的重視程度不斷提升，噪聲控制技術必將被更多生產單位所推廣使用。