铁路特殊结构声屏障施工组织设计

党 辉

（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 300308）

1 概述

近年来，随着铁路行业噪声污染防治措施的加强，折角式、半封闭式、全封闭式等特殊结构新型声屏障逐渐增多，这类声屏障常位于既有铁路枢纽及城区既有建(构)筑物分布密集、外部环境相对复杂的区域。声屏障现场施工干扰较多，加之声屏障本身结构复杂，施工处理难度较大，变更设计也有所增多。

2021年9月30日，国家铁路局发布了《铁路营业线施工安全管理办法》(国铁运输监〔2021〕31 号)[1]，于2021年12月1日起施行，此办法第五章安全管理责任第四十三条明确设计单位在设计文件中应当明确营业线施工期间的行车安全条件，影响范围内行车设备的状况，涉及的行车设备的防护措施，为确保行车安全采取的营业线施工工艺和指导性施工安全方案、施工过渡方案等。因此，加强声屏障前期施工组织设计，对保证施工质量、安全、控制工期和投资尤为重要。

本文结合已有工程实践案例，通过分析特殊结构声屏障施工过程中遇到的问题、解决处理方案等，提出此类声屏障在决策和设计阶段施工组织设计应关注的重点，为逐步提高声屏障设计质量、确保施工安全，以及高铁全封闭、半封闭式等特殊结构声屏障技术发展积累经验。

2 特殊结构声屏障类型简况

目前，铁路声屏障分类方式较多，如按照列车运行速度可分为高速铁路、普速铁路、城际铁路声屏障等，按照线路型式可分为路基、桥梁声屏障等，按照声屏障单元板的材质可分为金属和非金属声屏障等，按照声屏障的安装方式可分为插板式、整体式、偏置式声屏障等，按照声屏障结构样式可分为直立式、折角式、框架式声屏障等。文中所提的铁路特殊结构声屏障指折角式、半封闭式和全封闭式声屏障，并从中选取以下3个典型工程案例。

2.1 路基折角式金属声屏障工程概况

某既有铁路枢纽噪声治理工程采用折角式声屏障，声屏障主体结构为钢结构，钢架总高度约为12 m，直立部分高约8 m，折角部分长度约4 m，这两部分夹角约45°，钢立柱采用焊接H型钢，组成间距2 m悬臂式声屏障体系。声屏障单元板采用金属板，声屏障基础采用钻孔桩，间距不大于4 m，如图1所示。

图1 折角式声屏障

2.2 高速铁路桥梁半封闭金属声屏障工程概况

某时速350 km高速铁路噪声治理工程，结合铁路沿线敏感点分布，在桥梁段采取半封闭金属声屏障。声屏障主体采用圆形钢架结构，钢架立柱间距2 m，主体结构中心高度约为9 m，跨度约为12 m，圆形钢架间插入金属复合吸声板和通透隔声板，形成半封闭吸隔声系统，如图2所示。

图2 桥梁金属半封闭声屏障

2.3 路基混凝土结构全封闭声屏障工程概况

某改建铁路枢纽噪声治理工程采用混凝土全封闭式声屏障，声屏障主体结构为拱式加肋混凝土薄壳，沿轨道方向拱距6 m，垂直轨道方向跨度40～80 m，拱顶高度14～16 m，拱脚基础采用重力式条形基础，具备条件的区段拱间设结构中柱，采用桩基础，拱角基坑采用土钉墙或桩+内支撑的支护体系，如图3所示。

图3 混凝土全封闭声屏障

3 施工组织设计要求

依据原中国铁路总公司发布的《铁路工程施工组织设计规范》(Q/CR 9004—2018)[2]，与设计单位有关的施工组织设计职责和要求主要包括以下方面。

（1）规范2.0.1施工组织设计应围绕实现质量、安全、工期、投资、环保和稳定“六位一体”的建设目标开展工作，按照各阶段要求逐步深化细化。按照此条规范初步设计阶段设计单位项目技术负责人编制施工组织设计意见，施工图设计阶段建设单位和设计单位项目技术负责人共同编制指导性施工组织设计。

（2）规范3.2.1设计单位职责与要求：设计单位应按照此规范及《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》TB 10504规定的内容及要求开展详细调查，充分了解项目情况，编制施工组织方案(设计)意见，其组成内容应具有可实施性。

（3）规范4.4.1施工组织设计意见主要内容，其中提到主要内容含控制工程和重难点工程(包括高风险工程)施工方案。

（4）规范4.5.1指导性施工组织设计主要内容，其中提到需要专门编制环保工程施工方案，包括声屏障工程施工组织方案和时间节点要求。

通过梳理以上规范条款可知，初步设计阶段对声屏障施工组织设计并没有非常清晰的界定和编制要求，应依据项目特点加以判断，施工图设计阶段明确要有声屏障施工方案。而铁路声屏障设计过程中，因声屏障工程相对简单，设计中也仅针对声屏障设计接口和基础施工工序、施工注意事项等做介绍，没有专项的声屏障施工组织设计内容。

4 施工案例分析

4.1 路基折角式金属声屏障施工案例

此段声屏障在环评批复中本着“以新带老”的原则治理既有铁路噪声，因初步设计批复在此范围内主体工程无土建施工内容，所以设计中未开展深入的勘探调查，以资料搜集为主。声屏障进场施工准备期，通过物探挖探等调查发现声屏障基础与既有铁路通道范围内敷设的地下电缆、光缆、排污管网、铁路围墙、拆迁房屋遗留的地基等发生干扰，并且随着工程设计方案的优化，铁路单位提出这种特殊结构声屏障须预留既有铁路复线实施条件。折角声屏障位置示意如图4和图5所示。

图4 折角声屏障平面位置示意

图5 折角声屏障横断面位置示意

结合现场实际工况，设计单位启动了声屏障变更设计，在平面布置上尽量绕避地面和地下建(构)筑物，减少声屏障基础施工干扰，对无法绕避的管线等与地方和铁路局集团公司协商开展管线的迁改工作，对地面堆砌的垃圾堆土山，因最大高度约10 m，研究了清除和保留堆土的声屏障方案，最终推荐堆土清运方案。该工程变更设计[3]因声屏障工艺和结构设计优化，减少了声屏障投资，但因管线、电力线迁改，土方外运等，配套工程投资增加，最终工程造价略有增加。

4.2 高速铁路桥梁半封闭金属声屏障施工案例

该工程特点是声屏障设置长度较长，受施工现场条件限制，主体圆形钢架需分成3 段，采用工厂化加工，运送至指定场地进行焊接拼装后，在吊装点先将平板车和拼装好的钢架吊装上桥，再用平板车将钢架倒运至对应位置进行安装，如图6 和图7 所示。因声屏障钢架施工与桥面系及“四电”工程施工交叉作业，所以合理确定施工组织方案，合理布局焊接加工棚、确定吊装施工机械运输通道，控制大气污染满足地方环保要求等，成为本工程施工的重难点。

图6 地面向桥面材料倒运示意

图7 钢结构桥面吊装示意

该项目设计阶段未开展详细的施工组织设计，后期施工单位实施性施工组织设计[4]中增设桥下钢架加工厂、焊接棚等临时工程(见图8)。针对运营单位介入后提出的增设声屏障检修通道等，因方案与主体施工进度不匹配，又启动了变更设计增加少量临时工程措施及投资工程。

图8 临时加工场效果图

4.3 路基混凝土结构全封闭声屏障施工案例

该工程特点为大跨度、拱形混凝土结构、全封闭形式，声屏障主体工程庞大、施工工艺及防护措施复杂，且既有铁路和新建铁路交叉分布，声屏障施工既要考虑铁路运营安全，还要结合新建车站施工过渡方案，解决声屏障结构空间范围内新建路基、U型槽、框构、“四电”等铁路工程施工工序干扰问题；同时，还需处理声屏障基础与沿线房屋拆迁、地下电缆沟、市政道路、管线的干扰问题(见图9)，该工程施工组织设计和施工难度极大。

图9 全封闭声屏障平面位置示意

为保证封闭式声屏障施工期间既有线路正常运营，结合临近车站施工过渡，声屏障设计施工总体原则为“先东侧、分阶段、分结构、后西侧”的倒边施工方案，即先施工东侧声屏障(运营线路为西侧既有线路)，再施工西侧声屏障(此时西侧既有线路倒边至东侧新建线路)，设置临时柱支撑，声屏障内部空间搭设满堂红支架，声屏障基坑采用放坡开挖和土钉墙支护方案。

受现场复杂条件影响，建设单位对车站施工过渡方案进行了调整，据此开展了实施性施工组织设计和变更设计[5]。首先，为便于声屏障施工组织和施工进度控制，对声屏障本体工程由渐变式轮廓调整为等截面形式，现浇混凝土壳板调整为预制混凝土壳板；其次，将施工工艺由倒边施工方案调整为一次浇筑成形的全断面施工方案；同时，为满足施工期间既有线路及新建正线铺轨通道的正常运行，确保铁路设备和行车安全，采取在全封闭声屏障内铁路上方搭设防护棚架的措施并结合搭设满堂红支架(见图10)；为尽可能保证铁路的运营安全、解决房屋拆迁难题，局部调整声屏障基坑支护方案为止水帷幕+钻孔灌注桩及拉森钢板桩方案。通过上述方案的优化，保证了工期，降低了施工难度，解决了现场实际问题，创新研究了施工工法，但该工程施工临时措施投资增加较大。

图10 全封闭声屏障立面示意

5 施工组织设计存在的问题与建议

5.1 特殊结构声屏障施工存在问题及影响

5.1.1 存在问题

分析以上案例，归纳声屏障施工存在问题如下。

（1）特殊结构声屏障尚无标准规范可循，相关设计、施工及验收标准仍在探索之中。

（2）跨越既有铁路的路基封闭式声屏障交叉接口极为复杂，缺少声屏障施工组织设计经验，因施工工艺、施工过程中各设计接口专业工序不匹配及临近既有营业线的施工防护方案考虑不足，会导致主体工程施工图设计方案无法完全落地实施。

（3）桥梁封闭式声屏障基础预埋件等的施工受桥梁制梁架梁的工序影响；声屏障主体钢结构安装受铁路铺架工程交叉作业工序影响；圆形主体钢结构的加工制作需要考虑运输条件、加工工艺，临时加工场地的规模、布局等需要结合站前工程实施性施工组织设计和地方环保政策要求确定；“四电”专业接口预留工程受站后工程设计进度和深度的影响。

（4）特殊结构声屏障一般位于既有铁路枢纽范围内，设计前期受征地拆迁、地质勘探调查深度影响，声屏障施工进场后会发现与地下管线、电缆、建(构)筑物干扰，使声屏障设计方案无法实施，协调难度大，施工处理方案复杂费用不足，工期受影响。

5.1.2 产生影响

施工中存在的上述问题将会对施工质量、安全、工期、投资、环保和稳定“六位一体”的建设目标产生以下影响。

（1）特殊结构声屏障施工组织设计深度不足，会导致施工工序不匹配，造成施工难度，影响施工工期，降低施工质量，增加临时工程措施防护费用。

（2）临近铁路营业线施工防护措施不足将影响铁路行车安全。

（3）后期防护措施的补强将增加工程造价。

（4）铁路用地范围内既有设施调查深度不足，可能存在施工影响设施安全使用的风险，并且因施工迁改协调、实施难度大等，存在工程可实施性问题及大幅增加工程造价。

（5）涉及地方民房建筑的拆迁会增加社会不稳定因素，也会间接增加工程实施难度，影响工期。

（6）声屏障主体和临时辅助工程施工设计，不考虑国家和地方环保政策要求，可能开工后会被环保部门督查和公众投诉，直接影响工程工期。

5.2 强化声屏障施工组织设计建议

铁路特殊结构声屏障是随着社会发展及公众环保意识提高而逐步在探讨和研发过程中的新型声屏障，从设计、施工、管理、验收等各环节结合每一次的工程实践积累总结经验，结合上述工程施工中出现的问题，对设计阶段施工组织设计内容提出建议如下。

（1）决策阶段(可行性研究阶段)，加强特殊结构声屏障施工组织方案意见的编写。结合现场工况调查，开展特殊结构声屏障设计的方案比选，侧重研究施工方案，确保声屏障工程的可实施性。

（2）初步设计阶段，对全封闭和半封闭声屏障的施工方案和施工方法、资源配置、临时及过渡工程进行全面深化和设计优化，提出相对准确的施工设计方案，并给出主要临时工程数量及投资。

（3）施工设计阶段，在建设单位的组织下，与施工单位一起，针对分部分项工程，结合标段实施性施工组织设计，开展声屏障专项施工设计方案的编制，尽量通过最优的施工组织设计提高声屏障施工质量、控制工程投资。

（4）强化临近铁路营业线施工防护措施设计。例如，对临近既有线声屏障基坑开挖防护方案，声屏障安装工艺等均应结合既有线的防护要求充分考虑，并在初步设计阶段给出防护工程设计图纸，并将施工防护工程数量和投资纳入工程投资。

（5）强化特殊结构声屏障接口设计，除主体工程设计中考虑各专业接口设计内容外，还应统筹考虑各专业施工工序的接口配合，给出施工组织意见，避免因非必要的返工增加施工成本。

（6）声屏障工程是防治噪声污染的绿色环保工程，但因施工噪声、扬尘及迁改等也会产生环境污染等问题，建议设计中对声屏障构件工厂化加工、现场装配施工等绿色环保的施工工艺进行深入的研究。

6 结束语

铁路特殊结构声屏障设计尚处于起步阶段，相关设计标准规范正在研究，本文结合已有施工案例，总结了特殊结构声屏障施工组织设计中存在的问题，提出可研、初设、施工图等不同阶段加强声屏障施工组织的设计建议，为决策特殊结构声屏障方案、保证方案的现场可实施性、减少施工过程中的变更设计及合理确定声屏障工程概算提供参考，同时也为今后编制特殊结构声屏障设计、施工、验收标准等积累经验。