鐵路特殊結(jié)構(gòu)聲屏障施工組織設(shè)計(jì)

黨 輝

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 機(jī)械動(dòng)力與環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300308）

1 概述

近年來(lái)，隨著鐵路行業(yè)噪聲污染防治措施的加強(qiáng)，折角式、半封閉式、全封閉式等特殊結(jié)構(gòu)新型聲屏障逐漸增多，這類聲屏障常位于既有鐵路樞紐及城區(qū)既有建(構(gòu))筑物分布密集、外部環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域。聲屏障現(xiàn)場(chǎng)施工干擾較多，加之聲屏障本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工處理難度較大，變更設(shè)計(jì)也有所增多。

2021年9月30日，國(guó)家鐵路局發(fā)布了《鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理辦法》(國(guó)鐵運(yùn)輸監(jiān)〔2021〕31 號(hào))[1]，于2021年12月1日起施行，此辦法第五章安全管理責(zé)任第四十三條明確設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)文件中應(yīng)當(dāng)明確營(yíng)業(yè)線施工期間的行車安全條件，影響范圍內(nèi)行車設(shè)備的狀況，涉及的行車設(shè)備的防護(hù)措施，為確保行車安全采取的營(yíng)業(yè)線施工工藝和指導(dǎo)性施工安全方案、施工過(guò)渡方案等。因此，加強(qiáng)聲屏障前期施工組織設(shè)計(jì)，對(duì)保證施工質(zhì)量、安全、控制工期和投資尤為重要。

本文結(jié)合已有工程實(shí)踐案例，通過(guò)分析特殊結(jié)構(gòu)聲屏障施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決處理方案等，提出此類聲屏障在決策和設(shè)計(jì)階段施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)，為逐步提高聲屏障設(shè)計(jì)質(zhì)量、確保施工安全，以及高鐵全封閉、半封閉式等特殊結(jié)構(gòu)聲屏障技術(shù)發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)。

2 特殊結(jié)構(gòu)聲屏障類型簡(jiǎn)況

目前，鐵路聲屏障分類方式較多，如按照列車運(yùn)行速度可分為高速鐵路、普速鐵路、城際鐵路聲屏障等，按照線路型式可分為路基、橋梁聲屏障等，按照聲屏障單元板的材質(zhì)可分為金屬和非金屬聲屏障等，按照聲屏障的安裝方式可分為插板式、整體式、偏置式聲屏障等，按照聲屏障結(jié)構(gòu)樣式可分為直立式、折角式、框架式聲屏障等。文中所提的鐵路特殊結(jié)構(gòu)聲屏障指折角式、半封閉式和全封閉式聲屏障，并從中選取以下3個(gè)典型工程案例。

2.1 路基折角式金屬聲屏障工程概況

某既有鐵路樞紐噪聲治理工程采用折角式聲屏障，聲屏障主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，鋼架總高度約為12 m，直立部分高約8 m，折角部分長(zhǎng)度約4 m，這兩部分夾角約45°，鋼立柱采用焊接H型鋼，組成間距2 m懸臂式聲屏障體系。聲屏障單元板采用金屬板，聲屏障基礎(chǔ)采用鉆孔樁，間距不大于4 m，如圖1所示。

圖1 折角式聲屏障

2.2 高速鐵路橋梁半封閉金屬聲屏障工程概況

某時(shí)速350 km高速鐵路噪聲治理工程，結(jié)合鐵路沿線敏感點(diǎn)分布，在橋梁段采取半封閉金屬聲屏障。聲屏障主體采用圓形鋼架結(jié)構(gòu)，鋼架立柱間距2 m，主體結(jié)構(gòu)中心高度約為9 m，跨度約為12 m，圓形鋼架間插入金屬?gòu)?fù)合吸聲板和通透隔聲板，形成半封閉吸隔聲系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 橋梁金屬半封閉聲屏障

2.3 路基混凝土結(jié)構(gòu)全封閉聲屏障工程概況

某改建鐵路樞紐噪聲治理工程采用混凝土全封閉式聲屏障，聲屏障主體結(jié)構(gòu)為拱式加肋混凝土薄殼，沿軌道方向拱距6 m，垂直軌道方向跨度40～80 m，拱頂高度14～16 m，拱腳基礎(chǔ)采用重力式條形基礎(chǔ)，具備條件的區(qū)段拱間設(shè)結(jié)構(gòu)中柱，采用樁基礎(chǔ)，拱角基坑采用土釘墻或樁+內(nèi)支撐的支護(hù)體系，如圖3所示。

圖3 混凝土全封閉聲屏障

3 施工組織設(shè)計(jì)要求

依據(jù)原中國(guó)鐵路總公司發(fā)布的《鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(Q/CR 9004—2018)[2]，與設(shè)計(jì)單位有關(guān)的施工組織設(shè)計(jì)職責(zé)和要求主要包括以下方面。

（1）規(guī)范2.0.1施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、安全、工期、投資、環(huán)保和穩(wěn)定“六位一體”的建設(shè)目標(biāo)開(kāi)展工作，按照各階段要求逐步深化細(xì)化。按照此條規(guī)范初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)單位項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人編制施工組織設(shè)計(jì)意見(jiàn)，施工圖設(shè)計(jì)階段建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人共同編制指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)。

（2）規(guī)范3.2.1設(shè)計(jì)單位職責(zé)與要求：設(shè)計(jì)單位應(yīng)按照此規(guī)范及《鐵路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計(jì)文件編制辦法》TB 10504規(guī)定的內(nèi)容及要求開(kāi)展詳細(xì)調(diào)查，充分了解項(xiàng)目情況，編制施工組織方案(設(shè)計(jì))意見(jiàn)，其組成內(nèi)容應(yīng)具有可實(shí)施性。

（3）規(guī)范4.4.1施工組織設(shè)計(jì)意見(jiàn)主要內(nèi)容，其中提到主要內(nèi)容含控制工程和重難點(diǎn)工程(包括高風(fēng)險(xiǎn)工程)施工方案。

（4）規(guī)范4.5.1指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)主要內(nèi)容，其中提到需要專門編制環(huán)保工程施工方案，包括聲屏障工程施工組織方案和時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求。

通過(guò)梳理以上規(guī)范條款可知，初步設(shè)計(jì)階段對(duì)聲屏障施工組織設(shè)計(jì)并沒(méi)有非常清晰的界定和編制要求，應(yīng)依據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)加以判斷，施工圖設(shè)計(jì)階段明確要有聲屏障施工方案。而鐵路聲屏障設(shè)計(jì)過(guò)程中，因聲屏障工程相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)中也僅針對(duì)聲屏障設(shè)計(jì)接口和基礎(chǔ)施工工序、施工注意事項(xiàng)等做介紹，沒(méi)有專項(xiàng)的聲屏障施工組織設(shè)計(jì)內(nèi)容。

4 施工案例分析

4.1 路基折角式金屬聲屏障施工案例

此段聲屏障在環(huán)評(píng)批復(fù)中本著“以新帶老”的原則治理既有鐵路噪聲，因初步設(shè)計(jì)批復(fù)在此范圍內(nèi)主體工程無(wú)土建施工內(nèi)容，所以設(shè)計(jì)中未開(kāi)展深入的勘探調(diào)查，以資料搜集為主。聲屏障進(jìn)場(chǎng)施工準(zhǔn)備期，通過(guò)物探挖探等調(diào)查發(fā)現(xiàn)聲屏障基礎(chǔ)與既有鐵路通道范圍內(nèi)敷設(shè)的地下電纜、光纜、排污管網(wǎng)、鐵路圍墻、拆遷房屋遺留的地基等發(fā)生干擾，并且隨著工程設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，鐵路單位提出這種特殊結(jié)構(gòu)聲屏障須預(yù)留既有鐵路復(fù)線實(shí)施條件。折角聲屏障位置示意如圖4和圖5所示。

圖4 折角聲屏障平面位置示意

圖5 折角聲屏障橫斷面位置示意

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，設(shè)計(jì)單位啟動(dòng)了聲屏障變更設(shè)計(jì)，在平面布置上盡量繞避地面和地下建(構(gòu))筑物，減少聲屏障基礎(chǔ)施工干擾，對(duì)無(wú)法繞避的管線等與地方和鐵路局集團(tuán)公司協(xié)商開(kāi)展管線的遷改工作，對(duì)地面堆砌的垃圾堆土山，因最大高度約10 m，研究了清除和保留堆土的聲屏障方案，最終推薦堆土清運(yùn)方案。該工程變更設(shè)計(jì)[3]因聲屏障工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少了聲屏障投資，但因管線、電力線遷改，土方外運(yùn)等，配套工程投資增加，最終工程造價(jià)略有增加。

4.2 高速鐵路橋梁半封閉金屬聲屏障施工案例

該工程特點(diǎn)是聲屏障設(shè)置長(zhǎng)度較長(zhǎng)，受施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制，主體圓形鋼架需分成3 段，采用工廠化加工，運(yùn)送至指定場(chǎng)地進(jìn)行焊接拼裝后，在吊裝點(diǎn)先將平板車和拼裝好的鋼架吊裝上橋，再用平板車將鋼架倒運(yùn)至對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行安裝，如圖6 和圖7 所示。因聲屏障鋼架施工與橋面系及“四電”工程施工交叉作業(yè)，所以合理確定施工組織方案，合理布局焊接加工棚、確定吊裝施工機(jī)械運(yùn)輸通道，控制大氣污染滿足地方環(huán)保要求等，成為本工程施工的重難點(diǎn)。

圖6 地面向橋面材料倒運(yùn)示意

圖7 鋼結(jié)構(gòu)橋面吊裝示意

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段未開(kāi)展詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)，后期施工單位實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)[4]中增設(shè)橋下鋼架加工廠、焊接棚等臨時(shí)工程(見(jiàn)圖8)。針對(duì)運(yùn)營(yíng)單位介入后提出的增設(shè)聲屏障檢修通道等，因方案與主體施工進(jìn)度不匹配，又啟動(dòng)了變更設(shè)計(jì)增加少量臨時(shí)工程措施及投資工程。

圖8 臨時(shí)加工場(chǎng)效果圖

4.3 路基混凝土結(jié)構(gòu)全封閉聲屏障施工案例

該工程特點(diǎn)為大跨度、拱形混凝土結(jié)構(gòu)、全封閉形式，聲屏障主體工程龐大、施工工藝及防護(hù)措施復(fù)雜，且既有鐵路和新建鐵路交叉分布，聲屏障施工既要考慮鐵路運(yùn)營(yíng)安全，還要結(jié)合新建車站施工過(guò)渡方案，解決聲屏障結(jié)構(gòu)空間范圍內(nèi)新建路基、U型槽、框構(gòu)、“四電”等鐵路工程施工工序干擾問(wèn)題；同時(shí)，還需處理聲屏障基礎(chǔ)與沿線房屋拆遷、地下電纜溝、市政道路、管線的干擾問(wèn)題(見(jiàn)圖9)，該工程施工組織設(shè)計(jì)和施工難度極大。

圖9 全封閉聲屏障平面位置示意

為保證封閉式聲屏障施工期間既有線路正常運(yùn)營(yíng)，結(jié)合臨近車站施工過(guò)渡，聲屏障設(shè)計(jì)施工總體原則為“先東側(cè)、分階段、分結(jié)構(gòu)、后西側(cè)”的倒邊施工方案，即先施工東側(cè)聲屏障(運(yùn)營(yíng)線路為西側(cè)既有線路)，再施工西側(cè)聲屏障(此時(shí)西側(cè)既有線路倒邊至東側(cè)新建線路)，設(shè)置臨時(shí)柱支撐，聲屏障內(nèi)部空間搭設(shè)滿堂紅支架，聲屏障基坑采用放坡開(kāi)挖和土釘墻支護(hù)方案。

受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜條件影響，建設(shè)單位對(duì)車站施工過(guò)渡方案進(jìn)行了調(diào)整，據(jù)此開(kāi)展了實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)和變更設(shè)計(jì)[5]。首先，為便于聲屏障施工組織和施工進(jìn)度控制，對(duì)聲屏障本體工程由漸變式輪廓調(diào)整為等截面形式，現(xiàn)澆混凝土殼板調(diào)整為預(yù)制混凝土殼板；其次，將施工工藝由倒邊施工方案調(diào)整為一次澆筑成形的全斷面施工方案；同時(shí)，為滿足施工期間既有線路及新建正線鋪軌通道的正常運(yùn)行，確保鐵路設(shè)備和行車安全，采取在全封閉聲屏障內(nèi)鐵路上方搭設(shè)防護(hù)棚架的措施并結(jié)合搭設(shè)滿堂紅支架(見(jiàn)圖10)；為盡可能保證鐵路的運(yùn)營(yíng)安全、解決房屋拆遷難題，局部調(diào)整聲屏障基坑支護(hù)方案為止水帷幕+鉆孔灌注樁及拉森鋼板樁方案。通過(guò)上述方案的優(yōu)化，保證了工期，降低了施工難度，解決了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，創(chuàng)新研究了施工工法，但該工程施工臨時(shí)措施投資增加較大。

圖10 全封閉聲屏障立面示意

5 施工組織設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題與建議

5.1 特殊結(jié)構(gòu)聲屏障施工存在問(wèn)題及影響

5.1.1 存在問(wèn)題

分析以上案例，歸納聲屏障施工存在問(wèn)題如下。

（1）特殊結(jié)構(gòu)聲屏障尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可循，相關(guān)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)仍在探索之中。

（2）跨越既有鐵路的路基封閉式聲屏障交叉接口極為復(fù)雜，缺少聲屏障施工組織設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因施工工藝、施工過(guò)程中各設(shè)計(jì)接口專業(yè)工序不匹配及臨近既有營(yíng)業(yè)線的施工防護(hù)方案考慮不足，會(huì)導(dǎo)致主體工程施工圖設(shè)計(jì)方案無(wú)法完全落地實(shí)施。

（3）橋梁封閉式聲屏障基礎(chǔ)預(yù)埋件等的施工受橋梁制梁架梁的工序影響；聲屏障主體鋼結(jié)構(gòu)安裝受鐵路鋪架工程交叉作業(yè)工序影響；圓形主體鋼結(jié)構(gòu)的加工制作需要考慮運(yùn)輸條件、加工工藝，臨時(shí)加工場(chǎng)地的規(guī)模、布局等需要結(jié)合站前工程實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)和地方環(huán)保政策要求確定；“四電”專業(yè)接口預(yù)留工程受站后工程設(shè)計(jì)進(jìn)度和深度的影響。

（4）特殊結(jié)構(gòu)聲屏障一般位于既有鐵路樞紐范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)前期受征地拆遷、地質(zhì)勘探調(diào)查深度影響，聲屏障施工進(jìn)場(chǎng)后會(huì)發(fā)現(xiàn)與地下管線、電纜、建(構(gòu))筑物干擾，使聲屏障設(shè)計(jì)方案無(wú)法實(shí)施，協(xié)調(diào)難度大，施工處理方案復(fù)雜費(fèi)用不足，工期受影響。

5.1.2 產(chǎn)生影響

施工中存在的上述問(wèn)題將會(huì)對(duì)施工質(zhì)量、安全、工期、投資、環(huán)保和穩(wěn)定“六位一體”的建設(shè)目標(biāo)產(chǎn)生以下影響。

（1）特殊結(jié)構(gòu)聲屏障施工組織設(shè)計(jì)深度不足，會(huì)導(dǎo)致施工工序不匹配，造成施工難度，影響施工工期，降低施工質(zhì)量，增加臨時(shí)工程措施防護(hù)費(fèi)用。

（2）臨近鐵路營(yíng)業(yè)線施工防護(hù)措施不足將影響鐵路行車安全。

（3）后期防護(hù)措施的補(bǔ)強(qiáng)將增加工程造價(jià)。

（4）鐵路用地范圍內(nèi)既有設(shè)施調(diào)查深度不足，可能存在施工影響設(shè)施安全使用的風(fēng)險(xiǎn)，并且因施工遷改協(xié)調(diào)、實(shí)施難度大等，存在工程可實(shí)施性問(wèn)題及大幅增加工程造價(jià)。

（5）涉及地方民房建筑的拆遷會(huì)增加社會(huì)不穩(wěn)定因素，也會(huì)間接增加工程實(shí)施難度，影響工期。

（6）聲屏障主體和臨時(shí)輔助工程施工設(shè)計(jì)，不考慮國(guó)家和地方環(huán)保政策要求，可能開(kāi)工后會(huì)被環(huán)保部門督查和公眾投訴，直接影響工程工期。

5.2 強(qiáng)化聲屏障施工組織設(shè)計(jì)建議

鐵路特殊結(jié)構(gòu)聲屏障是隨著社會(huì)發(fā)展及公眾環(huán)保意識(shí)提高而逐步在探討和研發(fā)過(guò)程中的新型聲屏障，從設(shè)計(jì)、施工、管理、驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)結(jié)合每一次的工程實(shí)踐積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合上述工程施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)階段施工組織設(shè)計(jì)內(nèi)容提出建議如下。

（1）決策階段(可行性研究階段)，加強(qiáng)特殊結(jié)構(gòu)聲屏障施工組織方案意見(jiàn)的編寫。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況調(diào)查，開(kāi)展特殊結(jié)構(gòu)聲屏障設(shè)計(jì)的方案比選，側(cè)重研究施工方案，確保聲屏障工程的可實(shí)施性。

（2）初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)全封閉和半封閉聲屏障的施工方案和施工方法、資源配置、臨時(shí)及過(guò)渡工程進(jìn)行全面深化和設(shè)計(jì)優(yōu)化，提出相對(duì)準(zhǔn)確的施工設(shè)計(jì)方案，并給出主要臨時(shí)工程數(shù)量及投資。

（3）施工設(shè)計(jì)階段，在建設(shè)單位的組織下，與施工單位一起，針對(duì)分部分項(xiàng)工程，結(jié)合標(biāo)段實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)，開(kāi)展聲屏障專項(xiàng)施工設(shè)計(jì)方案的編制，盡量通過(guò)最優(yōu)的施工組織設(shè)計(jì)提高聲屏障施工質(zhì)量、控制工程投資。

（4）強(qiáng)化臨近鐵路營(yíng)業(yè)線施工防護(hù)措施設(shè)計(jì)。例如，對(duì)臨近既有線聲屏障基坑開(kāi)挖防護(hù)方案，聲屏障安裝工藝等均應(yīng)結(jié)合既有線的防護(hù)要求充分考慮，并在初步設(shè)計(jì)階段給出防護(hù)工程設(shè)計(jì)圖紙，并將施工防護(hù)工程數(shù)量和投資納入工程投資。

（5）強(qiáng)化特殊結(jié)構(gòu)聲屏障接口設(shè)計(jì)，除主體工程設(shè)計(jì)中考慮各專業(yè)接口設(shè)計(jì)內(nèi)容外，還應(yīng)統(tǒng)籌考慮各專業(yè)施工工序的接口配合，給出施工組織意見(jiàn)，避免因非必要的返工增加施工成本。

（6）聲屏障工程是防治噪聲污染的綠色環(huán)保工程，但因施工噪聲、揚(yáng)塵及遷改等也會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染等問(wèn)題，建議設(shè)計(jì)中對(duì)聲屏障構(gòu)件工廠化加工、現(xiàn)場(chǎng)裝配施工等綠色環(huán)保的施工工藝進(jìn)行深入的研究。

6 結(jié)束語(yǔ)

鐵路特殊結(jié)構(gòu)聲屏障設(shè)計(jì)尚處于起步階段，相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范正在研究，本文結(jié)合已有施工案例，總結(jié)了特殊結(jié)構(gòu)聲屏障施工組織設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提出可研、初設(shè)、施工圖等不同階段加強(qiáng)聲屏障施工組織的設(shè)計(jì)建議，為決策特殊結(jié)構(gòu)聲屏障方案、保證方案的現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)施性、減少施工過(guò)程中的變更設(shè)計(jì)及合理確定聲屏障工程概算提供參考，同時(shí)也為今后編制特殊結(jié)構(gòu)聲屏障設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等積累經(jīng)驗(yàn)。