北京市軌道交通房山線聲屏障板的安裝設計

劉海成,趙 青,陳 華

(1.北京綠創(chuàng)聲學工程設計研究院,北京 102200； 2.北京市軌道交通建設管理有限公司,北京 100037；3.上海市隧道工程軌道交通設計研究院,上海 200070)

根據(jù)環(huán)評批復及相關聲學計算結(jié)果,北京軌道交通房山線工程在高架橋沿線對應不同的噪聲敏感區(qū)域設置的隔聲屏障類型有直立式、半封閉式和全封閉式3種,隔聲屏障主要隔聲元件有吸聲隔聲板、隔聲窗和PC耐力板(聚碳酸酯板)3種,隔聲元件可設計成各種不同的固定方式,前提是必須滿足隔聲效果和安全使用要求,其次是整體外觀和要求方便安裝。本文以北京軌道交通房山線1標段所采用的直立式、全封閉式隔聲屏障分別闡述如下。

1 隔聲屏障整體結(jié)構(gòu)設計難點

1.1 直立式聲屏障(圖1)

圖1 直立式聲屏障整體結(jié)構(gòu)(單位：mm)

北京軌道交通房山線工程直立式隔聲屏障主要結(jié)構(gòu)形式為：上部1 m高PC耐力板+中部0.5 m高吸聲隔聲板、1.5 m高夾膠玻璃窗+底部0.4 m高吸聲隔聲板,總高度3.4 m,聲屏障標準寬度為2 m,其設計難點主要如下。

(1)每個區(qū)間聲屏障段內(nèi)均設置有伸縮縫跨、調(diào)整跨及非標跨,其中伸縮縫跨需專門設計非標立柱及壓片角鐵等緊固件,調(diào)整跨及非標跨需現(xiàn)場測量埋件間距后設計非標PC板、吸聲隔聲板及夾膠玻璃窗等部件的尺寸。

(2)聲屏障立柱為上部1 m高弧型+下部直立型,圓弧直徑為1.3 m,此段圓弧需進行拉彎成形,然后圓弧段再與直立段焊接成形。

(3)PC板因在屏障的頂端,質(zhì)量較輕,其固定方式必須保證安全與方便施工,結(jié)合相關施工經(jīng)驗,要設計專用的PC板固定用角鐵及壓片角鐵對PC板進行固定。

(4)車站進出口處直立式聲屏障需進行特殊設計。

1.2 全封閉式聲屏障(圖2)

圖2 全封閉式聲屏障整體結(jié)構(gòu)(單位：mm)

北京軌道交通房山線工程蘇莊大街站前隔聲屏障為1標段的全封閉式聲屏障,隔聲屏障主要結(jié)構(gòu)形式為：上部PC耐力板+中部0.5 m高吸聲隔聲板、1.5 m高夾膠玻璃窗+底部0.4 m高吸聲隔聲板,總高度4.4 m,聲屏障標準寬度為2 m。隔聲屏障全長430 m,跨距由15.08 m逐步過渡到23 m(由三軌逐步過渡到四軌)。

1.2.1 概況

(1)三軌段。該段跨距由東往西依次分為：15.11 m(長34 m)、15.5 m(長12 m)、15.08 m(長42 m)、15.5 m(長12 m)、15.16 m(長12 m),總長112 m,整體呈南側(cè)平直而北側(cè)凸凹不平形狀。

(2)三軌漸變到四軌段。該段總長62 m,跨距由15.02 m過渡到20.02 m,中間包含1道橋梁伸縮縫,整體呈南側(cè)平直而北側(cè)圓滑漸變形狀。

(3)四軌段。該段總長170 m,跨距20.02 m,中間包含5道橋梁伸縮縫。

(4)四軌拐彎+漸變段。該段總長86 m,跨距由20.02 m拐彎過渡到23 m(方向西北側(cè))。

(5)聲屏障要求頂部中心位置預留2 m的縫隙以滿足消防、通風散熱等的需要。

1.2.2 設計難點

(1)必須在現(xiàn)場復雜多變的情況下,使聲屏障整體外觀做到和諧統(tǒng)一。

(2)需設計大量的非標件(含大型彎梁、直梁、檁條、夾膠玻璃窗、吸隔聲板等)。

(3)需對PC板的支撐檁條排列與PC板數(shù)量及規(guī)格進行合理搭配設計,滿足整體與局部的安裝需求。

(4)聲屏障頂部中心位置預留的2 m縫隙(消防排煙口)自三軌過渡到四軌時從整體美觀的角度要設計成圓滑緩慢過渡形式,據(jù)此,需逐跨測量跨距,并對過渡處的彎梁及北側(cè)直梁、立柱進行逐跨單獨設計,前后要自然銜接。

(5)四軌拐彎+漸變段需逐跨測量跨距,并設計非標彎梁。

(6)全線測量埋件的縱向間距,對鋼梁進行合理布局設計。

2 吸聲隔聲板、隔聲窗不同安裝方式對比分析

2.1 安裝方式概述

北京軌道交通房山線工程直立式隔聲屏障中吸聲隔聲板與隔聲窗的安裝方式與全封閉式相同。吸聲隔聲板與隔聲窗相互之間采用凸凹槽的方式連接,此種連接方式具有良好的密封性能從而防止噪聲外泄(圖3)。

2.2 安裝方式

與立柱的主要安裝方式有4種,分別闡述如下。

2.2.1 安裝方式一

采用壓片角鐵、螺栓組緊固件固定吸聲隔聲板和隔聲窗(圖4)。

圖3 吸聲隔聲板與隔聲窗連接節(jié)點

圖4 采用壓片角鋼固定

2.2.2 安裝方式二

伸縮縫處采用加寬立柱翼緣板和壓片角鋼的方式固定,如圖5、圖6所示。

圖5 伸縮縫雙側(cè)立柱翼緣板和壓片角鋼均加寬

圖6 伸縮縫單側(cè)立柱翼緣板和壓片角鋼加寬,另一側(cè)用自攻釘固定

2.2.3 安裝方式三

采用壓簧緊固件固定吸聲隔聲板和隔聲窗,如圖7～圖9所示。

圖7 采用端面和側(cè)面壓簧固定(單位：mm)

圖8 采用側(cè)面壓簧固定

圖9 典型壓簧制作(單位：mm)

2.2.4 安裝方式四

伸縮縫處采用加寬立柱翼緣板的方式固定,如圖10、圖11所示。

圖10 雙側(cè)立柱翼緣板加寬

圖11 單側(cè)立柱翼緣板加寬,另一側(cè)用自攻釘固定

2.3 不同安裝方式對比分析

(1)采用壓片角鋼和螺栓組固定的方式，具有固定牢固、不因在地鐵列車運行時產(chǎn)生的振動及活塞風長期作用下而松動等優(yōu)點,安全系數(shù)最高,但安裝工序較多。

(2)采用壓簧緊固件的方式具有安裝簡單、快捷的優(yōu)點,但存在著在地鐵列車運行時產(chǎn)生的振動及活塞風的長期作用下,壓簧彈力下降而致使隔聲板/窗產(chǎn)生松動的缺點。

綜合對比分析,決定采用安全系數(shù)最高的用壓片角鋼及螺栓組固定的方式(方式一、方式二)。

3 PC耐力板不同安裝方式對比分析

3.1 安裝方式概述

北京軌道交通房山線工程直立式隔聲屏障中PC耐力板采用內(nèi)裝式,全封閉式隔聲屏障中PC耐力板采用外裝式,現(xiàn)分別闡述如下。

3.2 直立式隔聲屏障PC耐力板安裝方式

3.2.1 安裝方式一

采用壓片角鐵、螺栓組緊固件壓緊PC耐力板,為進一步提高抗風能力,在立柱兩側(cè)翼緣板、角鋼、PC耐力板端面處開孔用螺栓組連接在一起,在PC板頂部、底部用自攻釘與固定角鐵連接,如圖12、圖13所示。

圖12 角鋼壓緊+螺栓組連接

圖13 PC板與固定角鋼連接大樣(單位：mm)

3.2.2 安裝方式二

伸縮縫處采用單側(cè)加寬壓片角鋼、立柱翼緣板并在伸縮側(cè)為PC板開長條形孔,孔的位置及長短與伸縮方向及距離相關(圖14)。

圖14 直立式伸縮縫處PC耐力板與立柱連接節(jié)點

3.2.3 安裝方式三

采用壓片角鋼、螺栓組緊固件壓緊PC耐力板,為進一步提高抗風能力,在立柱兩側(cè)翼緣板處用自攻釘將PC板與立柱、角鋼連接在一起(圖15)。

圖15 壓片角鋼+自攻釘固定PC耐力板

3.2.4 安裝方式四

伸縮縫處在伸縮側(cè)采用單側(cè)加寬壓片角鐵、立柱翼緣板的方式,并在固定側(cè)立柱翼緣板處用自攻釘將PC板與立柱、角鋼連接在一起(圖16)。

圖16 直立式伸縮縫處PC耐力板與立柱連接節(jié)點(單位：mm)

3.2.5 安裝方式五

在伸縮縫處制作異型PC耐力板,兩端用螺栓與立柱腹板連接在一起,靠PC板中間凹槽可自動伸縮來實現(xiàn)功能(圖17)。

圖17 伸縮縫處安裝異型PC耐力板(單位：mm)

3.3 全封閉式隔聲屏障PC耐力板安裝方式

3.3.1 安裝方式一

若PC耐力板采用內(nèi)裝式,安裝方式同直立式PC耐力板安裝方式(見上述各類型)。

3.3.2 安裝方式二

PC耐力板采用外裝式,用壓板和螺栓組與立柱翼緣板進行連接,用自攻釘與鋼框架檁條進行連接(圖18)。

圖18 全封閉式PC耐力板安裝(單位：mm)

3.3.3 安裝方式三

在伸縮縫處伸縮側(cè)制作加寬PC板壓板和對立柱單側(cè)翼緣板加寬(若立柱翼緣板寬度足夠,可不加寬壓板和翼緣板),為PC板開長條形孔,孔的位置及長短與伸縮方向及距離相關(圖19)。

圖19 伸縮縫處全封閉式PC板安裝大樣

3.4 不同安裝方式對比分析

因全封閉聲屏障跨距大(15～23 m),在同類工程中屬于首創(chuàng),采用外裝式PC耐力板可滿足PC板吊裝方便的要求(PC板可做成整張,板幅在2 m×7.7 m～2 m×11.6 m,可整張鋪在鋼框架外側(cè))。PC板端面采用壓板+螺栓組固定的方式與彎梁翼緣板連接,中部采用自攻釘與檁條連接,具有使PC板固定牢固、不因在地鐵列車運行時產(chǎn)生的振動及活塞風長期作用下而松動等優(yōu)點,安全系數(shù)最高,即直立式聲屏障采用方式一、方式二,全封閉式采用方式二、方式三。

4 結(jié)語

通過對吸聲隔聲板、隔聲窗及PC耐力板等3種不同類型屏障板的不同安裝固定方式的設計及對比分析,確定了適合本工程特點的安裝方式。合理的結(jié)構(gòu)及安裝設計是提高隔聲屏障整體隔聲性能、安全性能及方便安裝的前提,也是滿足隔聲屏障設計初衷的根本保證,同時也充分體現(xiàn)了北京軌道交通房山線聲屏障工程在設計過程中以安全為核心,外觀和方便安裝并重的基本原則。

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