Hlukové zátěže v obytných oblastech při vyústění městských tunelů
Hluk je považován za jev, který má významný negativní vliv na životní prostředí. Podrobné zdravotní studie prokazují závislost výskytu řady civilizačních chorob na tom, jakému hlukovému zatížení jsou osoby vystaveny (hladina hluku, trvání hlukové zátěže). Na základě těchto skutečností jsou stanovena doporučení a normové limity přípustných hodnot hlukové zátěže, jež je nutno dodržovat.
Tato doporučení a normové limity se rozdělují na limity na straně zdrojů hluku, tj. jsou definovány mezní hodnoty hluku vyvozovaného např. stroji, vozidly apod., na druhé straně jsou limity, které určují ještě přípustné zatížení hlukem pro definovaná prostředí. Z hlediska této studie je důležitá druhá skupina, tedy ta, která omezuje úroveň zatížení hlukem pro daná prostředí a zdroj hluku.
Cílem výzkumu je návrh technických opatření a návrh optimálních metod s realizací pro snížení nepřijatelně vysoké úrovně hladiny hluku v obydlených oblastech v okolí výjezdů z intravilánových tunelů, která je způsobena dopravním provozem, čímž je velmi významně ovlivněno životní prostředí v okolní bytové zástavbě.
Výzkum se zaměřuje na vyhodnocení a vývoj nových produktů, postupů a technologií pro snižování dopadu dopravy na veřejné zdraví a životní prostředí. Je cílen na komplexní podrobné vyšetření hlukové situace v obydlených oblastech v okolí výjezdů z tunelů, zahrnující rozsáhlé dlouhodobé sledování a monitoring negativních efektů nepříznivě ovlivňujících životní prostředí v těchto oblastech se záměrem návrhu a doporučení pro jejich odstranění, nebo aspoň omezení na přijatelnou míru. Jsou zkoumány a vyvíjeny nové i současné konstrukční materiály se zaměřením na výběr těch nejvhodnějších pro potlačení nepříznivých faktorů, aplikovatelných pro dosažení záměrů, zejména zpracování variantních návrhů konstrukčních opatření pro eliminaci, případně pro redukci hlukových zátěží, zahrnující jejich detailní dopracování po stránce projektové, stavební a ekonomické. Při technickém návrhu jsou řešeny dvě problematiky: návrh vhodného akusticky pohltivého materiálu i tvarování a implementace materiálu v tunelech. Akusticky pohltivý materiál je volen s důrazem na vysoký činitel zvukové pohltivosti.
Akustické parametry jsou měřeny impedanční trubicí, pro vybrané materiály se provádí měření činitele zvukové pohltivosti v dozvukové komoře. Druhou neméně důležitou složkou je výzkum vhodného tvarování akusticky pohltivých materiálů.
Měření a vyhodnocení
Za účelem získání vstupních dat, následné kalibrace a ověření relevantnosti výpočtového modelu je prvotním úkolem zmapování akustického chování typových případů ústí městských tunelů. Měření je třeba rozdělit do dvou kategorií.
■ Za účelem zmapování charakteru hluku provozu poslouží měření za běžného provozu tunelu. Minimálně jedno měření musí proběhnout uvnitř tunelu – ideálně více než 30 m od ústí, další měření před ústím tunelu v minimální vzdálenosti 10 m od ústí. Náměry vypovídají jednak o frekvenčním charakteru hluku a dále orientačně o vlivu ústí tunelu na šíření hluku.
■ Druhou kategorií měření je měření bez provozu. Toto měření je cíleno na detailnější zmapování vlivu ústí tunelu na šíření hluku. Jako zdroj hluku slouží všesměrový zdroj se signálem, který odpovídá spektrálním složením normovanému hluku podle ČSN EN 1793-3. Velký vliv, jak bylo potvrzeno počítačovou simulací, hraje vzdálenost zdroje hluku od ústí tunelu – viz graf 1, kde je zřejmý předpokládaný jev, tj. že s rostoucí vzdáleností zdroje od ústí tunelu bude vyzařovací charakteristika směrovější (lalok bude užší). Od určité vzdálenosti se tvar laloku mění jen minimálně a pouze se celkově zmenšuje. V nasimulovaném případě v grafu 1 se jedná o vzdálenost 15 –20 m. To je dáno samozřejmě geometrií tunelu a tato vzdálenost je přímo úměrná šířce tunelu. Tato vzdálenost je nejmenší vzdáleností pro ideální umístění zdroje hluku při měření. V takové vzdálenosti začíná být zanedbatelný přímý zvuk zdroje a podstatnou složku tvoří odrazy od stěn tunelu. Přímý zvuk nemůžeme potlačit, proto se zaměříme na zvuk odražený. Kromě přímého a odraženého zvuku tvoří vnější složku hluku ještě zvuk, který vznikl difrakcí přímého zvuku o hrany tunelu. Tato složka bude však pravděpodobně zanedbatelná, nicméně je nutno jí věnovat pozornost v počítačovém modelu.
Měření za běžného provozu tunelu
Pro měření byly vybrány tři dostupné typy ústí tunelu. Při výběru byla zohledněna zejména předpokládaná hluková zátěž tunelu, dostupnost tunelu z hlediska přístupu při měření, možnost měření v tunelu bez provozu (během uzavírky tunelu) a typ ústí.
- Strahovský tunel – jižní portál (viz obr. 1), pravý tubus (při pohledu vně tunelu);
- Strahovský tunel – severní portál (viz obr. 2), jednotlivé tubusy se sbíhají před samotným portálem;
- Letenský tunel – severní portál (viz obr. 3), ústí s postupným zapuštěním pod úroveň vozovky, portál ústí v husté zástavbě.
Naměřené hodnoty pro tyto případy jsou uvedeny v tab. 1. Hluk měřený vně tunelu je součtem hluku zářeného tunelem a hlukem projíždějících automobilů. Naměřené hodnoty za provozu (viz tab. 1 a graf 2) vytvářejí představu o hladině akustického tlaku a spektrálním složení hluku uvnitř tunelu a před ústím tunelu. Tyto hodnoty jsou významné při tvorbě počítačového modelu pro jeho kalibraci. Průjezdnost vozidel během třicetiminutového intervalu měření je uvedena v tab. 2. Hlavní výsledky měření ukazují souhrnně grafy 3, 4 a 5.
Měření bez provozu
Na grafech 3, 4 a 5 je zobrazena závislost hladiny akustického tlaku na vzdálenosti od ústí tunelu. Samotné ústí tunelu reprezentuje místo měření 0.
U všech sledovaných tunelů je na grafech naměřených hodnot patrný nejprve prudký pokles, který je způsoben vzdalováním se od blízké zóny zdroje. Poté se průběh linearizuje – tendence poklesu v této části vypovídá o odrazivosti tunelu (v případě absolutně odrazivého tunelu bude pokles téměř nulový). Po této části nastává lom, který vypovídá o impedančním přizpůsobení ústí tunelu vůči prostředí před tunelem. Šíření před tunelem se bude odvíjet od odrazivých ploch v prostoru před tunelem, jinak se bude řídit běžnými pravidly pro šíření hluku ve volném prostoru.
Z provedených měření je patrná tendence poklesu, která se více či méně láme někde za úrovní ústí tunelu. Tento lom je patrný zejména u Letenského tunelu (viz graf 5). Tunel pro hluk funguje jako zvukovod (obvykle velmi dobrý, kvůli absenci pohltivých ploch) a při otevření tunelu do volného prostoru dochází k rozhraní prostředí s různou impedancí. Z impedančního přizpůsobení tohoto rozhraní bude vyplývat charakter lomu v grafu. Pokles hladiny akustického tlaku je také ovlivněn pohltivostí vzduchu, která se odvíjí podle teploty a vlhkosti, přičemž rozdíly se projevují zejména na vysokých a středních frekvencích. Na velké vzdálenosti však může být rozdíl velmi patrný. Měření, které proběhlo při výluce, bylo podrobnější a tvoří tak detailnější představu o šíření hluku z tunelu a vlivu profilu tunelu a typu ústí na pokles hladiny akustického tlaku. Jelikož všechna měření při výluce proběhla s bodovým všesměrovým zdrojem, nejde o simulaci provozu, ale pouze o zmapování chování tunelu vůči bodovému zdroji. V reálném provozu se bude jednat o několik pohybujících se bodových zdrojů, z většího měřítka pak o lineární zdroj.
Oproti naměřeným hodnotám je nutno počítat i s běžným provozem před tunelem, který bude s rostoucí vzdáleností od ústí tunelu maskovat vliv tunelu. Budoucím cílem je tedy snížit vliv ústí tunelu na kritickou zónu před ústím tunelu a jeho okolí tak, aby hladina nebyla významně nad hladinou běžného provozu.
Poděkování
Prezentované výsledky jsou produktem řešení projektu Technologické agentury ČR č. TH03030120 Eliminace hlukových a environmentálních zátěží v obytných oblastech při vyústění městských tunelů, řešeného SMP CZ, a.s., a Inženýrskou akademií České republiky.
Spoluautoři:
prof. Ing. Vladimír Křístek, DrSc., dr.h.c., FEng.
Ing. Ondřej Šupka
|
f [Hz] |
širokopásmově |
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
|
poloha |
LAeq [dB] |
LZeq [dB] |
||||||
|
S.J1 |
89,4 |
88,7 |
85,1 |
84,2 |
84,4 |
86,4 |
82,3 |
72,8 |
|
S.J2 |
78,5 |
81,4 |
75,0 |
73,2 |
72,7 |
76,0 |
70,7 |
61,7 |
|
S.J3 |
78,0 |
81,8 |
76,8 |
73,3 |
72,2 |
75,7 |
69,3 |
59,9 |
|
S.S1 |
85,4 |
85,6 |
81,6 |
81,0 |
80,3 |
82,8 |
77,7 |
68,3 |
|
S.S2 |
82,2 |
83,7 |
77,6 |
77,9 |
76,7 |
79,7 |
74,5 |
64,4 |
|
S.S3 |
80,7 |
82,8 |
77,8 |
76,8 |
75,3 |
78,3 |
72,5 |
61,6 |
|
S.S4 |
79,4 |
86,3 |
85,2 |
81,0 |
75,1 |
75,4 |
70,2 |
59,3 |
|
L.S1 |
76,6 |
87,9 |
83,5 |
78,6 |
72,9 |
72,1 |
65,8 |
56,5 |
|
L.S2 |
77,6 |
88,7 |
84,4 |
79,5 |
74,4 |
72,8 |
67,0 |
57,7 |
|
Portál |
Strahov, sever |
Strahov, jih |
Letenský portál, sever |
||
|
tubus/pruh |
levý |
pravý |
levý |
pravý |
oba |
|
Osobní vozidlo (< 3,5 t) |
1296 |
912 |
1368 |
1104 |
486 |
|
Nákladní vozidlo (> 3,5 t) |
78 |
57 |
75 |
57 |
18 |
|
Motocykl |
18 |
12 |
36 |
12 |
12 |
