高速铁路封闭式声屏障的应用现状与展望

党 辉，王瑞梅

(中国铁路设计集团有限公司 机械动力与环境工程设计研究院，天津 300251)

1 概述

声屏障是降低交通噪声影响的最有效措施，是铁路环境保护工程的重要组成部分。随着公众环保诉求的提高，直立式、折角式声屏障得到广泛应用。为降低特殊敏感点的噪声，近年来逐步在试点封闭式声屏障，从公路及城市轨道交通监测数据[1-4]来看，其降噪能力能达到10～20 dB(A)，但受运营安全与维护、造价及施工技术等因素影响，在铁路特别是高速铁路上实施较少。

目前，我国封闭式声屏障主要应用于公路和城市轨道交通，因为汽车和城轨车辆尺寸较小、运行速度低，产生的气动力小，采用封闭式声屏障不会对其行车安全产生影响。而高速铁路运行速度快、车厢尺寸也较大，行驶时产生的气动力大，既要保证列车安全运行又要保证声屏障结构的稳定性，具有较大难度。目前已建成的哈齐客运专线、沪昆高速铁路(沪杭、杭长段)，在建的京沈高速铁路、京张高速铁路、深茂铁路、杭绍台铁路等都在研究或实施封闭式声屏障，声屏障建设情况如表1所示。

表1 铁路封闭式声屏障建设情况

2 封闭式声屏障案例

参考封闭式框架结构声屏障综合技术研究课题，我国高速铁路封闭式声屏障形式有路基段混凝土拱形结构声屏障，桥梁段圆形、门形金属声屏障。

2.1 京沈客运专线全封闭声屏障

京沈客运专线北京段线路并行既有铁路，结合环评要求设置封闭式声屏障，将既有铁路和新建铁路噪声一并治理。由于该通道全部为路基，建成后将出现5～6线格局，且线路布局不规则，垂直轨道方向跨度32～65 m，在国内研究如此大跨度封闭式声屏障也是首次。

通过多方案比选论证、结合工程实际，设计采用现浇拱式加肋混凝土结构，混凝土厚度150 mm，局部管沟桥涵跨越区段采用钢结构，基础采用混凝土拱脚基础+重力式条形基础，中柱采用桩基础，封闭式声屏障建筑高度11～13.5 m，跨度40～80 m，声屏障剖面图如图1所示。

图1 声屏障剖面图

2.2 深茂铁路全封闭声屏障

深(圳)茂(名)铁路经过“小鸟天堂”景区，为有效保护生态环境，该项目设置了桥上全封闭声屏障和遮光板，全长2 036.35 m。该声屏障景观效果新颖，采用圆拱形钢构架和金属吸声、隔声板，声屏障与桥梁梁体的连接采用螺栓连接，通过在桥梁梁体内预埋高强螺栓和预埋钢板，将声屏障立柱与底板固定于桥梁上，金属声屏障安装采用插入式，声屏障实景如图2所示。

图2 深茂铁路声屏障现场实景

2.3 哈齐客运专线半封闭声屏障

哈齐客运专线松花江桥段半封闭声屏障总长度约362 m，是我国首个高纬度、极寒地区铁路框架式半封闭声屏障。哈齐客运专线最高设计时速250 km，其中松花江桥设计为2个独立双线桥并行，设计最终采用形似“门洞”的轻钢框架结构，垂直轨道方向总宽度17.35 m，其中门洞部分12.55 m，外沿部分4.8 m，主体结构总高度约为8.8 m。钢架立柱分别放置于哈齐客运专线右侧竖墙和改建滨州线右侧竖墙上，其中哈齐客运专线右侧竖墙上柱脚采用刚接，改建滨州线右侧竖墙上柱脚采用铰接。吸隔声材料采用外包整体式安装方式，较传统插板式更适合当地寒冷、温差大的气候特点，具有较好的防水、隔声性能，且安装和运营更安全、不易脱落。

2.4 沪昆高速铁路(杭长段)半封闭声屏障

沪昆高速铁路杭州至长沙段工程在金华市区与既有浙赣铁路并行引入既有金华西站，该地段较既有铁路更靠近北侧噪声敏感建筑物，且敏感点较为密集，工程采用框架结构半封闭声屏障1.51 km，设计采用门式框架插板式结构，填充吸隔声板材，此种结构形式在铁路及轨道交通上应用较多。

3 封闭式声屏障的降噪效果

目前高速铁路封闭式声屏障措施中，在桥梁上采用半封闭声屏障措施的已有通车运营线路，采用全封闭声屏障的铁路尚处于研究和建设过程。针对桥梁半封闭声屏障降噪效果有实测数据，路基封闭式声屏障降噪效果通过研究建模计算得出。

(1)结合课题研究[5]，对沪昆高速铁路(沪杭段)桥梁框架结构单侧封闭式声屏障降噪效果实测，针对声屏障中部距离线路外轨中心30 m、地面以上1.5 m处测点的测试结果表明：该线路单侧封闭式声屏障(桥上声屏障、直立部分约8 m、顶部单元板宽度约5 m、CRH2动车组8辆或16辆、运行速度约180 km/h)的降噪效果为9.5～13.0 dB(A)。

(2)通过验收调查[6]，对沪昆高速铁路(杭长段)金华地区桥梁半封闭声屏障路段监测，采取声屏障措施后声环境质量达标且较工程实施前声环境有所改善，根据实测结果对比预测数据，该段线路半封闭声屏障降噪约15 dB(A)。

(3)结合课题研究[5]单侧封闭式声屏障(路基声屏障、直立部分约9 m、顶部单元板宽度约13 m、动车组运行速度约100 km/h)，采用边界元法、能量叠加法等数值计算方法，利用SYSNOISE、VAone等噪声预测软件，通过建模方式取得理论降噪效果，并结合国内铁路现有直立式、倒L式，以及轨道交通实际应用的框架式结构声屏障降噪效果类比加以验证分析，路基半封闭金属插板声屏障的插入损失可以达到16 dB(A)以上。

4 结论与建议

(1)结合课题研究预测及实测数据，高速铁路封闭式声屏障的降噪效果明显，半封闭声屏障降噪效果可达15 dB(A)。

(2)高速铁路封闭式声屏障尚无标准规范可循，相关设计仍在探索之中，应在设计中将施工过程与各专业接口问题考虑在内，积极开展封闭式声屏障的声学性能、结构形式、景观设计、接触网、环控通风、检修通道等附属工程的综合设计，对声屏障工程造价、施工组织、施工质量、运行安全等深入研究，通过风洞试验和仿真分析高速列车通过时封闭式声屏障内部气动力状态，并确定不同形状声屏障风压力体型系数。

(3)从环境保护及噪声控制的技术角度看，封闭式框架结构声屏障虽然在目前的铁路降噪措施中降噪效果最佳，在穿越城市区域路段已多次采用。但是，因其造价相比单侧直立式声屏障措施偏高及后期养护难度大等问题，是否广泛推广尚需决策部门反复论证，同时也需要进一步得到居民及社会的认可。