高速铁路桥梁段接触网坠砣与声屏障基础避让措施研究
时间：2023-02-26 20:15:06 来源：千叶帆 本文已影响人
张维成，张学坤，姜海军，王京保，樊庆春
（1.中铁第五勘察设计院集团有限公司 环境与航务工程设计研究院，北京 102600；
2.中铁第五勘察设计院集团有限公司 桥梁设计研究院，北京 102600；
3.中铁第五勘察设计院集团有限公司 电化通号设计研究院，北京 102600；
4.中国铁路兰州局集团有限公司 宁夏工程建设指挥部，宁夏 银川 750021）
为满足铁路建设需要，根据《铁路工程建设标准设计管理办法》(铁建设〔2004〕146号)的规定，铁路组织完成了时速250 km和350 km客运专线铁路路基、桥梁插板式声屏障通用参考图的编制工作，并于2018年11月发布实施[1-3]，系统解决了长期以来路基、桥梁工程中声屏障与接触网相互干扰的问题[4]。在进行西北地区铁路桥梁段声屏障建设中发现，由于桥梁声屏障通用图H型钢立柱中心线间距一般不大于2 000 mm，单元板长为1 960 mm，声屏障H钢基础在线路方向的长度为350 mm，因而H钢基座沿线路方向有效空间为1 650 mm，接触网基座带坠砣时沿线路方向占用有效空间约为1 850 mm，理论上现有桥梁段声屏障H钢基座与接触网及相关设施存在相互干扰的可能。
在南方地区，由于温差变化相对较小使接触网坠砣下降行程变化有限，一般情况下不会产生干扰，亦不会对行车安全产生影响，但在温差较大的西北地区，桥梁声屏障基础与接触网下锚拉线、坠砣及隔离开关操作箱可能会产生干扰，基础会限制接触网坠砣下降至桥面极限状态的情况。本文研究了现有金属声屏障单元板加长至2 260 mm、加筋亚克力通透板、加宽声屏障H钢翼缘并焊接腹板3种情况。经分析，通用金属声屏障板材加长方案由于板材受力检算受控因素较多而存在一定的不确定性，在无试验监测数据的情况下不建议选用，其余2种方案理论可解决上述干扰问题。
铁路声屏障是建于铁道线路两侧用以降低列车运行噪声对声环境产生影响的构筑物[5]。根据《时速250公里、350公里高速铁路桥梁插板式金属声屏障安装图》(通环(2018)8323)的要求，声屏障H型钢立柱中心线间距不得大于2 000 mm，单元板长度为1 960 mm，桥梁地段接触网基础位于桥梁遮板内侧，一般桥梁段50 m设置1根接触网杆，接触网支柱的布置需要考虑与声屏障H钢基座的关系。声屏障、接触网及坠砣平面设计如图1和图2所示。
图1 一般桥梁段声屏障平面设计图(单位：mm)
图2 接触网支柱基础及坠砣平面设计图(单位：mm)
2.1 采用加长通透性隔声板避让措施
为有效落实绕避措施，将插板式声屏障单元板由铝合金复合吸声板调整为通透隔声板，通透隔声板规格为2 260 mm×1 000 mm×20 mm(长×宽×厚)。通透隔声板采用厚度不小于20 mm的加筋亚克力板，具有防撞击、防破损保护措施，通透隔声板设置防鸟撞击标志，四周均需加铝合金框，由于受力结构基本为四周铝合金框围合结构，经测算在一般风速地区工况下，通透板整体性能符合《铁路声屏障声学构件》(TB/T 3122—2019)要求，但宜根据情况加厚铝合金型材。通透隔声板与铝合金框间设垫橡胶条，铝合金框的抗疲劳及其他力学性能同铝合金复合吸声板，金属框的表面要求光滑、无明显缺陷，质量符合相关规定，使用年限不应小于25年，防腐年限不小于25年，铝合金框与H型钢立柱间采用插入式柔性连接，通透隔声板与接触网基础及坠砣位置关系如图3所示。
2.2 采用加宽声屏障H钢翼缘并焊接腹板避让措施
采用加宽声屏障H钢翼缘并焊接腹板的避让措施需对有接触网下锚、隔离开关安装位置的声屏障H型钢立柱等进行局部调整，避免与接触网坠砣、下锚拉线及隔离开关操作箱干扰。对接触网下锚支柱顺线路方向桥梁区段声屏障H型钢立柱应避开接触网下锚支柱基础，即以基础中心为起点，下锚方向(坠坨侧)1 350 mm、非下锚方向500 mm范围内。竖直方向，以支柱中心为起点，下锚方向1 350 mm范围内，竖墙不加高，与接触网支柱基础面平齐，接触网下锚支柱处与声屏障相对位置关系示意如图4所示。异形柱加焊钢立柱腹板、翼缘板厚度同HW175型钢，宽度为140 mm。HW175×175型钢立柱与加焊钢立柱满焊，并应在厂内整体进行热镀锌防腐处理，H钢顶部加盖扣板，声屏障单元板规格可保持不变，即单块单元板规格仍为1 960 mm×500 mm×140 mm。
图3 加长通透性隔声板与接触网基础及坠砣位置关系
图4 H钢立柱加宽方案接触网下锚支柱处与声屏障位置关系
2.3 桥梁遮板声屏障预制基础调整方案
为避免坠砣与竖墙、遮板和声屏障基础预埋件冲突，加长亚克力板避让措施和加宽声屏障H钢翼缘并焊接腹板避让措施均需调整H型钢立柱位置，采取的方案一致，即坠砣范围内竖墙A3c高度调整至412 cm，与接触网基础同高，坠砣和接触网基础范围内遮板H5a、H5b、H5c、H5d、H5e横向宽度统一为250 cm。采用加长通透隔声板材料时H型钢立柱位置的调整方案与H钢翼缘并焊接腹板避让措施方案一致。施工时应注意坠砣和拉线基础不得位于接触网立柱同侧，对原通用图接触网立柱两侧各两块遮板尺寸进行调整。由于调整后接触立柱位置不在遮板交接处，故坠砣在跨中侧和梁端侧遮板和竖墙布置不同，具体如图5至图10所示。
现有金属声屏障单元板从1 960 mm加长至2 260 mm、采用加长加筋通透亚克力隔声板、加焊H型钢立柱3种方案进行研究。结果表明：现有金属声屏障单元板从1 960 mm加长至2 260 mm方案力学特性需进一步开展试验研究，存在一定不确定性，其余2个方案均可以解决温差变化较大地区桥梁段接触网坠砣与声屏障H钢基础的干扰问题。
（1）现有金属声屏障单元板从1 960 mm加长至2 260 mm方案，因板材受力检算受控因素较多，存在一定不确定性，在无试验检测数据的情况下不建议选用。
（2）采用加筋亚克力通透板方案，单元板材料挠度、抗力等可通过加强铝合金框厚度等满足受力要求，但会增强声屏障单元板的异质性而影响其整体景观效果，同时大量隔声板的使用会降低声屏障降噪效果，不利于铁路噪声的控制，但局部使用影响可控。
（3）采用加宽声屏障H钢翼缘并焊接腹板的方案可维持声屏障单元板标准规格，未改变原声屏障单元板的长度和气动力布局，整体结构强度未降低，安全性能有保障，技术经济上有一定优势，可作为解决温差变化较大地区桥梁段接触网坠砣与声屏障H钢基础干扰的推荐方案。
综上，桥梁遮板埋设声屏障基础时需要充分考虑接触网支柱，特别是带坠砣的接触网支柱及拉线基础处的布置形式等综合性影响。研究提出加宽声屏障H钢翼缘并焊接腹板的方案存在部分翼缘悬空及螺栓被占压问题，异形立柱安装需预留孔窗，后续将根据相关项目应用及运营检验等予以进一步优化。
图5 拉线基础位于桥梁中侧遮板声屏障基础布置(单位：mm)
图6 拉线基础靠近桥梁端侧遮板声屏障基础布置(单位：mm)
图7 A-A断面(单位：mm)
图8 B-B断面(单位：mm)
图9 C-C断面(单位：mm)
图10 D-D断面(单位：mm)
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