北京市轨道交通房山线声屏障板的安装设计

刘海成,赵 青,陈 华

(1.北京绿创声学工程设计研究院,北京 102200； 2.北京市轨道交通建设管理有限公司,北京 100037；3.上海市隧道工程轨道交通设计研究院,上海 200070)

根据环评批复及相关声学计算结果,北京轨道交通房山线工程在高架桥沿线对应不同的噪声敏感区域设置的隔声屏障类型有直立式、半封闭式和全封闭式3种,隔声屏障主要隔声元件有吸声隔声板、隔声窗和PC耐力板(聚碳酸酯板)3种,隔声元件可设计成各种不同的固定方式,前提是必须满足隔声效果和安全使用要求,其次是整体外观和要求方便安装。本文以北京轨道交通房山线1标段所采用的直立式、全封闭式隔声屏障分别阐述如下。

1 隔声屏障整体结构设计难点

1.1 直立式声屏障(图1)

图1 直立式声屏障整体结构(单位：mm)

北京轨道交通房山线工程直立式隔声屏障主要结构形式为：上部1 m高PC耐力板+中部0.5 m高吸声隔声板、1.5 m高夹胶玻璃窗+底部0.4 m高吸声隔声板,总高度3.4 m,声屏障标准宽度为2 m,其设计难点主要如下。

(1)每个区间声屏障段内均设置有伸缩缝跨、调整跨及非标跨,其中伸缩缝跨需专门设计非标立柱及压片角铁等紧固件,调整跨及非标跨需现场测量埋件间距后设计非标PC板、吸声隔声板及夹胶玻璃窗等部件的尺寸。

(2)声屏障立柱为上部1 m高弧型+下部直立型,圆弧直径为1.3 m,此段圆弧需进行拉弯成形,然后圆弧段再与直立段焊接成形。

(3)PC板因在屏障的顶端,质量较轻,其固定方式必须保证安全与方便施工,结合相关施工经验,要设计专用的PC板固定用角铁及压片角铁对PC板进行固定。

(4)车站进出口处直立式声屏障需进行特殊设计。

1.2 全封闭式声屏障(图2)

图2 全封闭式声屏障整体结构(单位：mm)

北京轨道交通房山线工程苏庄大街站前隔声屏障为1标段的全封闭式声屏障,隔声屏障主要结构形式为：上部PC耐力板+中部0.5 m高吸声隔声板、1.5 m高夹胶玻璃窗+底部0.4 m高吸声隔声板,总高度4.4 m,声屏障标准宽度为2 m。隔声屏障全长430 m,跨距由15.08 m逐步过渡到23 m(由三轨逐步过渡到四轨)。

1.2.1 概况

(1)三轨段。该段跨距由东往西依次分为：15.11 m(长34 m)、15.5 m(长12 m)、15.08 m(长42 m)、15.5 m(长12 m)、15.16 m(长12 m),总长112 m,整体呈南侧平直而北侧凸凹不平形状。

(2)三轨渐变到四轨段。该段总长62 m,跨距由15.02 m过渡到20.02 m,中间包含1道桥梁伸缩缝,整体呈南侧平直而北侧圆滑渐变形状。

(3)四轨段。该段总长170 m,跨距20.02 m,中间包含5道桥梁伸缩缝。

(4)四轨拐弯+渐变段。该段总长86 m,跨距由20.02 m拐弯过渡到23 m(方向西北侧)。

(5)声屏障要求顶部中心位置预留2 m的缝隙以满足消防、通风散热等的需要。

1.2.2 设计难点

(1)必须在现场复杂多变的情况下,使声屏障整体外观做到和谐统一。

(2)需设计大量的非标件(含大型弯梁、直梁、檩条、夹胶玻璃窗、吸隔声板等)。

(3)需对PC板的支撑檩条排列与PC板数量及规格进行合理搭配设计,满足整体与局部的安装需求。

(4)声屏障顶部中心位置预留的2 m缝隙(消防排烟口)自三轨过渡到四轨时从整体美观的角度要设计成圆滑缓慢过渡形式,据此,需逐跨测量跨距,并对过渡处的弯梁及北侧直梁、立柱进行逐跨单独设计,前后要自然衔接。

(5)四轨拐弯+渐变段需逐跨测量跨距,并设计非标弯梁。

(6)全线测量埋件的纵向间距,对钢梁进行合理布局设计。

2 吸声隔声板、隔声窗不同安装方式对比分析

2.1 安装方式概述

北京轨道交通房山线工程直立式隔声屏障中吸声隔声板与隔声窗的安装方式与全封闭式相同。吸声隔声板与隔声窗相互之间采用凸凹槽的方式连接,此种连接方式具有良好的密封性能从而防止噪声外泄(图3)。

2.2 安装方式

与立柱的主要安装方式有4种,分别阐述如下。

2.2.1 安装方式一

采用压片角铁、螺栓组紧固件固定吸声隔声板和隔声窗(图4)。

图3 吸声隔声板与隔声窗连接节点

图4 采用压片角钢固定

2.2.2 安装方式二

伸缩缝处采用加宽立柱翼缘板和压片角钢的方式固定,如图5、图6所示。

图5 伸缩缝双侧立柱翼缘板和压片角钢均加宽

图6 伸缩缝单侧立柱翼缘板和压片角钢加宽,另一侧用自攻钉固定

2.2.3 安装方式三

采用压簧紧固件固定吸声隔声板和隔声窗,如图7～图9所示。

图7 采用端面和侧面压簧固定(单位：mm)

图8 采用侧面压簧固定

图9 典型压簧制作(单位：mm)

2.2.4 安装方式四

伸缩缝处采用加宽立柱翼缘板的方式固定,如图10、图11所示。

图10 双侧立柱翼缘板加宽

图11 单侧立柱翼缘板加宽,另一侧用自攻钉固定

2.3 不同安装方式对比分析

(1)采用压片角钢和螺栓组固定的方式，具有固定牢固、不因在地铁列车运行时产生的振动及活塞风长期作用下而松动等优点,安全系数最高,但安装工序较多。

(2)采用压簧紧固件的方式具有安装简单、快捷的优点,但存在着在地铁列车运行时产生的振动及活塞风的长期作用下,压簧弹力下降而致使隔声板/窗产生松动的缺点。

综合对比分析,决定采用安全系数最高的用压片角钢及螺栓组固定的方式(方式一、方式二)。

3 PC耐力板不同安装方式对比分析

3.1 安装方式概述

北京轨道交通房山线工程直立式隔声屏障中PC耐力板采用内装式,全封闭式隔声屏障中PC耐力板采用外装式,现分别阐述如下。

3.2 直立式隔声屏障PC耐力板安装方式

3.2.1 安装方式一

采用压片角铁、螺栓组紧固件压紧PC耐力板,为进一步提高抗风能力,在立柱两侧翼缘板、角钢、PC耐力板端面处开孔用螺栓组连接在一起,在PC板顶部、底部用自攻钉与固定角铁连接,如图12、图13所示。

图12 角钢压紧+螺栓组连接

图13 PC板与固定角钢连接大样(单位：mm)

3.2.2 安装方式二

伸缩缝处采用单侧加宽压片角钢、立柱翼缘板并在伸缩侧为PC板开长条形孔,孔的位置及长短与伸缩方向及距离相关(图14)。

图14 直立式伸缩缝处PC耐力板与立柱连接节点

3.2.3 安装方式三

采用压片角钢、螺栓组紧固件压紧PC耐力板,为进一步提高抗风能力,在立柱两侧翼缘板处用自攻钉将PC板与立柱、角钢连接在一起(图15)。

图15 压片角钢+自攻钉固定PC耐力板

3.2.4 安装方式四

伸缩缝处在伸缩侧采用单侧加宽压片角铁、立柱翼缘板的方式,并在固定侧立柱翼缘板处用自攻钉将PC板与立柱、角钢连接在一起(图16)。

图16 直立式伸缩缝处PC耐力板与立柱连接节点(单位：mm)

3.2.5 安装方式五

在伸缩缝处制作异型PC耐力板,两端用螺栓与立柱腹板连接在一起,靠PC板中间凹槽可自动伸缩来实现功能(图17)。

图17 伸缩缝处安装异型PC耐力板(单位：mm)

3.3 全封闭式隔声屏障PC耐力板安装方式

3.3.1 安装方式一

若PC耐力板采用内装式,安装方式同直立式PC耐力板安装方式(见上述各类型)。

3.3.2 安装方式二

PC耐力板采用外装式,用压板和螺栓组与立柱翼缘板进行连接,用自攻钉与钢框架檩条进行连接(图18)。

图18 全封闭式PC耐力板安装(单位：mm)

3.3.3 安装方式三

在伸缩缝处伸缩侧制作加宽PC板压板和对立柱单侧翼缘板加宽(若立柱翼缘板宽度足够,可不加宽压板和翼缘板),为PC板开长条形孔,孔的位置及长短与伸缩方向及距离相关(图19)。

图19 伸缩缝处全封闭式PC板安装大样

3.4 不同安装方式对比分析

因全封闭声屏障跨距大(15～23 m),在同类工程中属于首创,采用外装式PC耐力板可满足PC板吊装方便的要求(PC板可做成整张,板幅在2 m×7.7 m～2 m×11.6 m,可整张铺在钢框架外侧)。PC板端面采用压板+螺栓组固定的方式与弯梁翼缘板连接,中部采用自攻钉与檩条连接,具有使PC板固定牢固、不因在地铁列车运行时产生的振动及活塞风长期作用下而松动等优点,安全系数最高,即直立式声屏障采用方式一、方式二,全封闭式采用方式二、方式三。

4 结语

通过对吸声隔声板、隔声窗及PC耐力板等3种不同类型屏障板的不同安装固定方式的设计及对比分析,确定了适合本工程特点的安装方式。合理的结构及安装设计是提高隔声屏障整体隔声性能、安全性能及方便安装的前提,也是满足隔声屏障设计初衷的根本保证,同时也充分体现了北京轨道交通房山线声屏障工程在设计过程中以安全为核心,外观和方便安装并重的基本原则。

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