既有铁路声屏障设计问题与研究

平学惠,刘俊青

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 工程概况

朔黄铁路于2002年11月建成并投入运营,为首个既有重载铁路大规模增设声屏障工程。线路横跨山西、河北两省,穿越恒山山系、太行山系和华北平原。山区地势险峻、地质复杂；平原区与公路、铁路交叉频繁,城镇、村庄密布,声屏障设置规模较大。全线48处敏感点采取声屏障降噪措施,其中既有桥上设置16处,路基段设置32处。既有桥多为高架桥,所处自然环境及桥梁现状因素差异较大,设计结合现状特点采取不同设计方案,经济合理地解决了存在问题。

2 问题的提出

2.1 既有桥梁增设声屏障存在问题

(1)既有桥梁形式多样,未预留增设声屏障平面位置及荷载要求,需检算。

(2)设置声屏障后对桥梁日常维护的影响。

①声屏障施工时需将既有护栏拆除,为保证人行步道支架的横向稳定性,需考虑护栏拆除后如何加固的问题；

②人行步道板距桥上电缆槽实际距离偏小,无法正常布设声屏障的问题；

③桥上增设声屏障后外部电缆槽如何管理维修的问题；

④既有人行步道档距、宽度存在异型变化,声屏障存在连接、间距调整的问题；

⑤桥上避车台处增设声屏障如何连接加固及梁缝伸缩的问题。

(3)声屏障下部基础连接与T梁钢丝束干扰的问题。

2.2 既有路基增设声屏障存在问题

(1)既有路基未预留增设声屏障平面位置。

①敏感点处所遇变电箱、接触网杆基础较大；

②敏感点处线路股道较多,接触网杆密集,施工难度大；

③敏感点处声屏障桩基位遇排水沟等基础设施。

(2)沿线路基涵洞形式多样,声屏障遇涵洞处需特殊设计。

①既有涵洞顶部为双层浇筑,声屏障基础连系梁需特殊处理；

②既有涵洞顶部低于或高于路肩处,声屏障基础连系梁需特殊处理。

(3)路基回填土结构(填筑材料)复杂,人工挖孔桩成孔困难。

2.3 营运线增设声屏障施工难度大

(1)朔黄铁路是一条开行电气化重载单元列车的运煤专用铁路,列车追踪间隔时分为8 min,铁路运输繁忙,施工干扰大。

(2)沿线路基多为高填方路段且两侧通信、信号、电力等管线密布,施工难度大。

3 关键问题解决途径

3.1 桥上声屏障设计解决途径

3.1.1 桥上声屏障工艺设计

为保证既有铁路桥增设声屏障后的荷载要求,设计首选一次成功、真空挤压成型的新型吸声板材,桥上声屏障选用金属百叶式吸声板材，其具有质量轻、安装维护方便、吸声效果好的特点,适合既有桥增设声屏障工程。声屏障高度依据声学计算及结构要求综合考虑，采用2.5 m高金属吸音板,选用化学锚栓连接。

3.1.2 桥梁荷载校核设计

(1)对分布在不同区域内形式各异的桥梁敏感点,进行桥梁增设声屏障后荷载检算及T梁内力检算,化学铆栓连接检算,所选用的化学锚栓拉力极限值要经过拉拔试验确定,满足拉力设计值要求。

(2)声屏障对既有桥梁结构影响，进行不同组合截面检算。

3.1.3 细部环节设计

(1)人行步道拆除后加固方案(图1)

桥上增设声屏障后与人行步道护栏相干扰,设计将护栏角钢扶手按跨切除后,加工成适合该跨安装的尺寸,将加工好的扶手角钢与人行步道板下部角钢支架焊接牢固,解决了人行步道板横向稳定性问题。

图1 人行步道加固

(2)人行步道与电缆槽距离偏小及电缆槽维修问题处理方案

既有人行步道板与电缆槽间的实际空隙尺寸仅为90～130 mm,而新建声屏障的结构立柱为H125×125,声屏障立柱不能正常安装。设计采取向外平移电缆槽方案,声屏障安装后为能便于外侧电缆的正常检修,又能保证声屏障本身的各项性能,设计中将声屏障最下一层吸声板采取独立安拆的形式,相应结构部分通过增设异形角钢,T形骨架等结构构件,妥善解决电缆槽的日常管理、维修等问题。底部吸音板安装见图2。

图2 底部吸音板安装

(3)人行步道宽度变化处理方案(图3)

设计采取制作槽钢柱解决人行步道宽度变化处连接的问题。

图3 人行步道宽度变化连接

(4)避车台处声屏障设计方案

桥上避车台在列车经过时,会有晃感,设计在连接部位均设置角钢支撑；根据受力分析采取支撑点固定端与活动端方式，满足了桥梁避车台梁缝伸缩及声屏障安装要求。图4中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档下部吸音板采取整体板,保持声屏障整体性。

图4 避车台声屏障安装平剖面

(5)桥上声屏障下部连接处理方案

图5 声屏障下部安装(单位：mm)

3.2 路基段声屏障关键问题设计解决途径

3.2.1 路基上声屏障工艺设计

路基上声屏障采用轻质水泥吸声板材,设置于线路外侧股道中心线外3.5 m处,声屏障基础采用人工挖孔桩,直径800 mm,桩长根据路基高度分为4.4、5.4 m 2种。声屏障吸声板材采用专用金属卡件固定于H型钢槽内。

3.2.2 路基声屏障遇障碍物等特殊工点处理方案

(1)路基敏感点处声屏障遇变配电箱、信号设备、接触网杆等较大基础时,设计采取绕避处理,施工时做好防护措施；当遇地下障碍物无法达到设计桩长,采取桩端扩孔增大桩径方法处理,桩端直径不小于1.2 m。

(2)沿线涵洞较多,形式多样,声屏障遇涵洞处需特殊设计,涵洞高或低于路肩时,采取连系梁加高方式处理后用碎石混凝土密封处理。如图6所示。

(3)路基回填土结构复杂,人工挖孔桩成孔困难问题的处理。

沿线路基敏感点多为填石路基,是由山体石头及土砂填成,人工挖孔桩成孔困难。为保证人员施工安全和边坡稳定性,经过结构受力验算采取分段实施。

人工挖孔桩总长度不小于3 m,从桩顶向下40 cm范围桩径为0.8 m,40 cm以下桩径不小于1.2 m(如遇局部挖孔特别困难部位桩径可缩小为1.1 m),限定边坡侧原状未动土必须保证桩体埋深1.8 m要求(图7)；另有个别挖孔桩遇到大于孔径1/3(40 cm)无法移动的填石块时,并且相邻两个桩位孔径和孔深均达到设计要求,该桩与相邻的2个桩之间连系梁按跨度9 m的过涵梁设计断面调整。

图6 涵洞处声屏障(单位：mm)

图7 挖孔桩(单位：mm)

3.3 营运线增设声屏障施工注意事项

沿线各区段行车密度大,施工受行车干扰严重。施工前需制定详细施工进度表,与运营部门密切沟通、精心组织,最大限度减少对铁路运营的干扰。

声屏障桩基础施工时,应先放孔,确认孔位无问题后再施工,严禁挖断电缆、光缆等地下设施。桩基础施工时混凝土的浇筑应一次性完成,浇筑混凝土时应均匀灌注、捣实,严禁出现断桩、缩颈现象。钢构件预埋之前,H型钢组装之前均应严格校正好位置,避免声屏障元件安装时产生空隙。

施工单位应设专职或兼职环保人员,负责施工过程中的环境管理和监控。同时,施工单位应加强施工人员的环保意识教育,制定有关规章制度,严格执行国家、地方有关规定。

4 研究治理效果

设计针对不同敏感点处因布设声屏障产生的问题进行研究、处理,使声屏障降噪与美观效果得以完美地体现。采取声屏障措施后,不同距离敏感点的声级值昼间平均为47.3～54.7 dB(A)、夜间平均为46.7～53.4 dB(A),均满足城市区域环境噪声标准(GB3096—93)4类[昼间70 dB(A)、夜间55 dB(A)]要求；铁路机车运营噪声对居民的影响降低到最小。

5 结论

声屏障工程实施为铁路运输创造了良好的运营环境,取得了良好环境效益，同时也为今后声屏障工程实施提供借鉴,取得较大的社会效益。

[1]GB3096—2008，声环境质量标准[S].

[2]HJ/T90—2004，声屏障声学设计和测量规范[S].

[3]GB12525—90，铁路边界噪声限值及测量方法[S].

[4]TB/T3122—2005，铁路声屏障声学构件技术要求及测试方法[S].

[5]TB10501—98，《铁路工程环境保护设计规范[S].

[6]GB50009—2001，建筑结构荷载规范[S].

[7]TB10002.1—2005，铁路桥涵设计基本规范[S].

[8]JGJ82—91，钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程[S].

[9]国务院令第253号，建设项目环境保护管理条例[S].