既有鐵路聲屏障設計問題與研究

平學惠,劉俊青

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 工程概況

朔黃鐵路于2002年11月建成并投入運營,為首個既有重載鐵路大規(guī)模增設聲屏障工程。線路橫跨山西、河北兩省,穿越恒山山系、太行山系和華北平原。山區(qū)地勢險峻、地質(zhì)復雜；平原區(qū)與公路、鐵路交叉頻繁,城鎮(zhèn)、村莊密布,聲屏障設置規(guī)模較大。全線48處敏感點采取聲屏障降噪措施,其中既有橋上設置16處,路基段設置32處。既有橋多為高架橋,所處自然環(huán)境及橋梁現(xiàn)狀因素差異較大,設計結(jié)合現(xiàn)狀特點采取不同設計方案,經(jīng)濟合理地解決了存在問題。

2 問題的提出

2.1 既有橋梁增設聲屏障存在問題

(1)既有橋梁形式多樣,未預留增設聲屏障平面位置及荷載要求,需檢算。

(2)設置聲屏障后對橋梁日常維護的影響。

①聲屏障施工時需將既有護欄拆除,為保證人行步道支架的橫向穩(wěn)定性,需考慮護欄拆除后如何加固的問題；

②人行步道板距橋上電纜槽實際距離偏小,無法正常布設聲屏障的問題；

③橋上增設聲屏障后外部電纜槽如何管理維修的問題；

④既有人行步道檔距、寬度存在異型變化,聲屏障存在連接、間距調(diào)整的問題；

⑤橋上避車臺處增設聲屏障如何連接加固及梁縫伸縮的問題。

(3)聲屏障下部基礎連接與T梁鋼絲束干擾的問題。

2.2 既有路基增設聲屏障存在問題

(1)既有路基未預留增設聲屏障平面位置。

①敏感點處所遇變電箱、接觸網(wǎng)桿基礎較大；

②敏感點處線路股道較多,接觸網(wǎng)桿密集,施工難度大；

③敏感點處聲屏障樁基位遇排水溝等基礎設施。

(2)沿線路基涵洞形式多樣,聲屏障遇涵洞處需特殊設計。

①既有涵洞頂部為雙層澆筑,聲屏障基礎連系梁需特殊處理；

②既有涵洞頂部低于或高于路肩處,聲屏障基礎連系梁需特殊處理。

(3)路基回填土結(jié)構(填筑材料)復雜,人工挖孔樁成孔困難。

2.3 營運線增設聲屏障施工難度大

(1)朔黃鐵路是一條開行電氣化重載單元列車的運煤專用鐵路,列車追蹤間隔時分為8 min,鐵路運輸繁忙,施工干擾大。

(2)沿線路基多為高填方路段且兩側(cè)通信、信號、電力等管線密布,施工難度大。

3 關鍵問題解決途徑

3.1 橋上聲屏障設計解決途徑

3.1.1 橋上聲屏障工藝設計

為保證既有鐵路橋增設聲屏障后的荷載要求,設計首選一次成功、真空擠壓成型的新型吸聲板材,橋上聲屏障選用金屬百葉式吸聲板材，其具有質(zhì)量輕、安裝維護方便、吸聲效果好的特點,適合既有橋增設聲屏障工程。聲屏障高度依據(jù)聲學計算及結(jié)構要求綜合考慮，采用2.5 m高金屬吸音板,選用化學錨栓連接。

3.1.2 橋梁荷載校核設計

(1)對分布在不同區(qū)域內(nèi)形式各異的橋梁敏感點,進行橋梁增設聲屏障后荷載檢算及T梁內(nèi)力檢算,化學鉚栓連接檢算,所選用的化學錨栓拉力極限值要經(jīng)過拉拔試驗確定,滿足拉力設計值要求。

(2)聲屏障對既有橋梁結(jié)構影響，進行不同組合截面檢算。

3.1.3 細部環(huán)節(jié)設計

(1)人行步道拆除后加固方案(圖1)

橋上增設聲屏障后與人行步道護欄相干擾,設計將護欄角鋼扶手按跨切除后,加工成適合該跨安裝的尺寸,將加工好的扶手角鋼與人行步道板下部角鋼支架焊接牢固,解決了人行步道板橫向穩(wěn)定性問題。

圖1 人行步道加固

(2)人行步道與電纜槽距離偏小及電纜槽維修問題處理方案

既有人行步道板與電纜槽間的實際空隙尺寸僅為90～130 mm,而新建聲屏障的結(jié)構立柱為H125×125,聲屏障立柱不能正常安裝。設計采取向外平移電纜槽方案,聲屏障安裝后為能便于外側(cè)電纜的正常檢修,又能保證聲屏障本身的各項性能,設計中將聲屏障最下一層吸聲板采取獨立安拆的形式,相應結(jié)構部分通過增設異形角鋼,T形骨架等結(jié)構構件,妥善解決電纜槽的日常管理、維修等問題。底部吸音板安裝見圖2。

圖2 底部吸音板安裝

(3)人行步道寬度變化處理方案(圖3)

設計采取制作槽鋼柱解決人行步道寬度變化處連接的問題。

圖3 人行步道寬度變化連接

(4)避車臺處聲屏障設計方案

橋上避車臺在列車經(jīng)過時,會有晃感,設計在連接部位均設置角鋼支撐；根據(jù)受力分析采取支撐點固定端與活動端方式，滿足了橋梁避車臺梁縫伸縮及聲屏障安裝要求。圖4中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔下部吸音板采取整體板,保持聲屏障整體性。

圖4 避車臺聲屏障安裝平剖面

(5)橋上聲屏障下部連接處理方案

圖5 聲屏障下部安裝(單位：mm)

3.2 路基段聲屏障關鍵問題設計解決途徑

3.2.1 路基上聲屏障工藝設計

路基上聲屏障采用輕質(zhì)水泥吸聲板材,設置于線路外側(cè)股道中心線外3.5 m處,聲屏障基礎采用人工挖孔樁,直徑800 mm,樁長根據(jù)路基高度分為4.4、5.4 m 2種。聲屏障吸聲板材采用專用金屬卡件固定于H型鋼槽內(nèi)。

3.2.2 路基聲屏障遇障礙物等特殊工點處理方案

(1)路基敏感點處聲屏障遇變配電箱、信號設備、接觸網(wǎng)桿等較大基礎時,設計采取繞避處理,施工時做好防護措施；當遇地下障礙物無法達到設計樁長,采取樁端擴孔增大樁徑方法處理,樁端直徑不小于1.2 m。

(2)沿線涵洞較多,形式多樣,聲屏障遇涵洞處需特殊設計,涵洞高或低于路肩時,采取連系梁加高方式處理后用碎石混凝土密封處理。如圖6所示。

(3)路基回填土結(jié)構復雜,人工挖孔樁成孔困難問題的處理。

沿線路基敏感點多為填石路基,是由山體石頭及土砂填成,人工挖孔樁成孔困難。為保證人員施工安全和邊坡穩(wěn)定性,經(jīng)過結(jié)構受力驗算采取分段實施。

人工挖孔樁總長度不小于3 m,從樁頂向下40 cm范圍樁徑為0.8 m,40 cm以下樁徑不小于1.2 m(如遇局部挖孔特別困難部位樁徑可縮小為1.1 m),限定邊坡側(cè)原狀未動土必須保證樁體埋深1.8 m要求(圖7)；另有個別挖孔樁遇到大于孔徑1/3(40 cm)無法移動的填石塊時,并且相鄰兩個樁位孔徑和孔深均達到設計要求,該樁與相鄰的2個樁之間連系梁按跨度9 m的過涵梁設計斷面調(diào)整。

圖6 涵洞處聲屏障(單位：mm)

圖7 挖孔樁(單位：mm)

3.3 營運線增設聲屏障施工注意事項

沿線各區(qū)段行車密度大,施工受行車干擾嚴重。施工前需制定詳細施工進度表,與運營部門密切溝通、精心組織,最大限度減少對鐵路運營的干擾。

聲屏障樁基礎施工時,應先放孔,確認孔位無問題后再施工,嚴禁挖斷電纜、光纜等地下設施。樁基礎施工時混凝土的澆筑應一次性完成,澆筑混凝土時應均勻灌注、搗實,嚴禁出現(xiàn)斷樁、縮頸現(xiàn)象。鋼構件預埋之前,H型鋼組裝之前均應嚴格校正好位置,避免聲屏障元件安裝時產(chǎn)生空隙。

施工單位應設專職或兼職環(huán)保人員,負責施工過程中的環(huán)境管理和監(jiān)控。同時,施工單位應加強施工人員的環(huán)保意識教育,制定有關規(guī)章制度,嚴格執(zhí)行國家、地方有關規(guī)定。

4 研究治理效果

設計針對不同敏感點處因布設聲屏障產(chǎn)生的問題進行研究、處理,使聲屏障降噪與美觀效果得以完美地體現(xiàn)。采取聲屏障措施后,不同距離敏感點的聲級值晝間平均為47.3～54.7 dB(A)、夜間平均為46.7～53.4 dB(A),均滿足城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準(GB3096—93)4類[晝間70 dB(A)、夜間55 dB(A)]要求；鐵路機車運營噪聲對居民的影響降低到最小。

5 結(jié)論

聲屏障工程實施為鐵路運輸創(chuàng)造了良好的運營環(huán)境,取得了良好環(huán)境效益，同時也為今后聲屏障工程實施提供借鑒,取得較大的社會效益。

[1]GB3096—2008，聲環(huán)境質(zhì)量標準[S].

[2]HJ/T90—2004，聲屏障聲學設計和測量規(guī)范[S].

[3]GB12525—90，鐵路邊界噪聲限值及測量方法[S].

[4]TB/T3122—2005，鐵路聲屏障聲學構件技術要求及測試方法[S].

[5]TB10501—98，《鐵路工程環(huán)境保護設計規(guī)范[S].

[6]GB50009—2001，建筑結(jié)構荷載規(guī)范[S].

[7]TB10002.1—2005，鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].

[8]JGJ82—91，鋼結(jié)構高強螺栓連接的設計、施工及驗收規(guī)程[S].

[9]國務院令第253號，建設項目環(huán)境保護管理條例[S].