高速铁路声屏障存在的问题及展望

王卫东， 张 营

(1.江苏新光环保工程有限公司，江苏 南京 210042；2.南京中衡元环保科技有限公司，江苏 南京 210042)

0 引 言

运行噪声是高速铁路所产生的主要公害，随高速列车运行速度的提高，高速铁路各类噪声总值进一步提高。当高速列车运行时速为160 km时，距轨道25 m处噪声值为80 dB(A)；运行时速增加90 km至250 km时，噪声值增加6dB(A)；再增加150 km至400 km时，噪声值增加16 dB(A)[1]。《声环境质量标准》(GB 3096-2008)要求铁路噪声排放应满足4类中的4b规定，即铁路干线两侧区域噪声值夜间不大于60 dB(A)，白天不大于70 dB(A)。

根据《铁路工程环境保护设计规范》(TB 10501-2016)，铁路噪声污染防治设计应以噪声敏感构筑物及其集中区域为声环境敏感目标，从受声点防护、阻隔传播途径和降低声源强等方面提出工程治理或综合防治措施。其中，采用声屏障将铁路沿线的噪声敏感点保护起来，是解决当前高速铁路噪声污染的重要措施之一[2，3]。

自2008年京津城际高速铁路开通运行以来，截至目前，我国高速铁路营业里程超过3.5万km。经过10余年运行检验发现，高速铁路声屏障建设及运行过程中存在诸多问题，给运行安全带来隐患，本文针对这些问题进行分析并提出解决途径。

1 高速铁路声屏障结构设计形式

我国高速铁路声屏障结构设计形式基本上以原铁道部经济规划研究院发布的铁路工程建设通用参考图(2007版、2008版和2009版)为依据[4-8]和中国铁路总公司(2016版和2018版)等为依据[9，10]，从形式上将高速铁路声屏障区分为整体式声屏障和插板式声屏障，其中插板式声屏障又可分为插板式金属声屏障和插板式非金属声屏障。另外,实际应用的还有少部分为半封闭声屏障、全封闭声屏障及砌体式声屏障。由于半封闭声屏障、全封闭声屏障及砌体式声屏障在我国高速铁路中应用相对较少，故本文主要对铁路工程建设通用参考图中的插板式声屏障和整体式声屏障展开分析。

从10余年高速铁路安装的声屏障情况来看，我国高速铁路安装的声屏障以插板式声屏障为主，占声屏障总数的90%以上[11]，如京津城际高速铁路、京沪高速铁路、合福高速铁路等安装插板式金属声屏障(图1)，南广高速铁路、沪昆高速铁路、郑徐高速铁路等安装插板式非金属声屏障(图2)。

图1 插板式金属声屏障

图2 插板式非金属声屏障

整体式声屏障主要以非金属材料(混凝土)为主，在我国沿海高速铁路客运专线上应用较多(图3)，如甬台温高速铁路、温福高速铁路、福夏高速铁路、海南西环及东环高速铁路等多条线路。

图3 整体式声屏障

2 插板式声屏障存在主要的问题

我国高速铁路声屏障通过近十来年的建设和运行，插板式声屏障均出现了诸多的问题。现总结如下：

(1)插板式声屏障钢立柱与桥梁连接的预埋螺栓是桥梁施工单位在桥梁制作时预埋，预埋的尺寸精度和预埋件的防腐处理质量与声屏障制作和安装单位不是一个责任主体，质量控制难度大。由于声屏障单元板在工厂制作，其尺寸可满足设计要求，而钢立柱的间距受预埋螺栓精度的制约，有可能造成超过设计允许偏差，这样的偏差会使声屏障在列车运行过程中不断受到振动，并且在列车高速运行时空气脉动力所产生的动荷载的冲击下振动进一步加大，从而造成声屏障单元板飞出钢立柱的安全事故。这种事故曾在2013年6月的京沪高速铁路和2013年7月的武广高速铁路上发生过。

(2)2009版通用图中钢立柱与桥梁连接的预埋螺栓分别设置在声屏障的内侧和外侧，在桥梁上外侧的螺栓无法检查和维护，如果外侧的螺栓出现腐蚀和松动，将会使声屏障失稳从而构成行车安全隐患。2015年成渝高速铁路采用箱型盒基钢底座，2016和2018版通用图采用倒L支架及PZ式钢立柱方案，虽然解决了外侧螺栓维护检修的问题，但仍然避免不了螺栓松动的问题。据统计，运行3年以上的线路基本都存在螺栓有松动的现象，造成螺栓检修维护工作量极大。

(3)插板式声屏障单元板安装在钢立柱上，钢立柱经预埋螺栓与桥梁或路基连接，这些金属构件的防腐处理很难做到百分之百都达到设计要求，所以经常可以看到H型钢立柱出现腐蚀生锈，锈水迹自上而下进入底部连接处的现象。

(4)插板式声屏障由于组件较多，连接节点多，在运行过程中由于振动容易出现连接节点松动，可能出现二次噪声和造成安全隐患。

(5)插板式金属声屏障和大部分插板式非金属声屏障单元板都是采用穿孔板作为罩面层，内部填充纤维类材料作为吸声材料如岩棉、矿棉、玻璃棉等。但岩棉等这些纤维类材料容易吸水，吸水受潮后吸声性能将大大减弱；另外它们存在性脆易断、强度较低、吸尘且容易粉化，粉尘化后易飞扬造成二次污染，且长期处于大流量交通流风压和振动影响下，纤维材料的粉尘化和脆性断裂使原来的匀质结构不复存在，不能有效起到吸声降噪作用。另外，声屏障单元板一旦出现变形或破裂，其空腔内的吸音棉纤维有可能飞出从而对环境造成危害(图4)。

图4 变形或破裂的金属声屏障单元板

(6)插板式金属声屏障若用在沿海台风区域，由于带盐分的海风的侵蚀使金属构件的腐蚀会更加严重，隐患会更多，再加上金属声屏障单元板重量轻，当遇到台风的时候，单元板更容易飞出造成安全事故。

3 整体式声屏障存在的主要问题

虽然整体式声屏障具有降噪效果好，耐久性好，与桥梁浑然一体等优点，但在整体式声屏障单元板生产和安装施工过程中，发现存在以下一些问题：

(1)整体式声屏障混凝土单元板体积庞大，耗费大量的钢材和水泥，且由于自重过大增加了桥梁荷载。

(2) 在工厂预制的混凝土单元板在吊装运输和安装的过程中需要大型的吊装设备，运输和安装成本过高(图5)。

图5 整体式声屏障单元板吊装

(3)现有的整体式声屏障通用图[通环(2007)8321，通环(2008)8322]，混凝土单元板和吸声板都是分开制作的，然后再将吸声板粘贴到混凝土单元板上，在运行过程中会由于受长期振动的作用导致个别粘贴不牢的吸声板脱落。

4 展 望

4.1 插板式声屏障

考虑到插板式声屏障作为传统的声屏障形式还会在一定时间和范围内使用，为了方便钢立柱连接螺栓的检修，由中国铁路总公司发布的最新的通用图已采用倒L支架或PZ型钢立柱的形式,但还是存在繁重的螺栓检修任务，因此建议借鉴其他领域成果，采用自动巡检螺栓紧固机器人，降低维护人员的工作量。

另外，可采用超高强混凝土(如RPC、UHPC等)制作轻质高强的H型立柱代替钢立柱，并采用插孔或现浇与桥梁或路基连接成一体，不存在螺栓连接可能的腐蚀和松动，既避免了安全隐患，又可免维护。

4.2 整体式声屏障

利用超高强混凝土制成单元板，可以根据需要制成各种直面或者曲面形式。吸声材料同时复合在单元板的迎声面上与单元板成为一个整体。单元板与路基可通过插孔连接，单元板与桥梁可按照通环(2007)8321中桥梁预留条件通过现浇连接为一个整体，如图6所示。利用超高强混凝土的高强度、高韧性降低单元板的截面尺寸，减轻桥梁荷载；利用超高强混凝土的高耐久性及插孔或现浇连接技术，可以做到免维护，避免安全隐患，同时可以与桥梁浑然一体，更加美观协调。

图6 超高强混凝土整体式声屏障单元板

5 结 论

通过以上分析，利用超高强混凝土材料制作声屏障能有效解决当前我国高速铁路声屏障存在的安全和维护检修问题，尤其是采用全非金属插板式声屏障或整体式声屏障,不但可以一劳永逸地解决安全和维护问题，而且综合成本低于插板式金属声屏障，故可作为我国高速铁路声屏障未来的重点发展方向。