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    鐵路特殊結(jié)構(gòu)聲屏障施工組織設(shè)計(jì)

    2022-03-22 00:32:38
    關(guān)鍵詞:折角屏障鐵路

    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)。

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