中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043

新疆鐵路沿線風(fēng)區(qū)是全世界內(nèi)陸鐵路風(fēng)災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)，嚴(yán)重影響鐵路客貨車輛及運輸生產(chǎn)安全。為使南疆鐵路“快起來”，2019年開行了動力集中動車組。由于動車組自身的重量輕及懸掛參數(shù)與普速車存在很大差異，對風(fēng)載變化的敏感程度和要求比普速客車更高[1]。經(jīng)試車，橋梁與路基間的既有擋風(fēng)墻未設(shè)置過渡段，存在缺口，部分擋風(fēng)墻防風(fēng)高度不足，經(jīng)常因最大瞬時風(fēng)速大于25m/s而停運，嚴(yán)重影響旅客出行。開行動力集中動車組后，南疆線前百公里K9+755～K108+680段擋風(fēng)墻防風(fēng)能力不足是南疆線的主要薄弱環(huán)節(jié)。因此，對南疆線前百公里風(fēng)區(qū)既有擋風(fēng)墻進(jìn)行改造和補強(qiáng)意義重大。

1 既有擋風(fēng)墻情況

既有南疆線平行運行圖通過能力為220對/d，2020年圖定客車21對/d、貨物列車30對/d。南疆線前百公里K9+755～K108+680段屬于吐魯番至魚兒溝區(qū)間，線路走行于北天山南麓與吐善托盆地西北部邊緣，主要地形為交錯分布的山區(qū)和山前傾斜平原。受復(fù)雜地形影響，山體缺口處極易形成風(fēng)口[2]，山梁和山谷抵近線路易形成山梁風(fēng)和山谷風(fēng)，下坡地形下氣流速度加強(qiáng)易形成下坡風(fēng)。南疆線前百公里風(fēng)區(qū)具有風(fēng)速高、大風(fēng)日數(shù)多、持續(xù)時間長、風(fēng)速變化快的特點[1]。2007—2015年，南疆線在改建、增建二線時，針對當(dāng)時在線運行的普速客車、貨車，大部分段落已經(jīng)設(shè)置了擋風(fēng)墻，擋風(fēng)墻主要有土堤式、對拉式、路塹式等[3]。

南疆線前百公里K9+755～K108+680段擋風(fēng)墻補強(qiáng)設(shè)計關(guān)鍵在于綜合考慮既有線地形、大風(fēng)、既有擋風(fēng)墻及行車情況，合理確定擋風(fēng)墻補強(qiáng)高度以滿足動車組運行要求，合理確定擋風(fēng)墻結(jié)構(gòu)形式以適應(yīng)現(xiàn)場情況、方便施工和降低施工對既有線的干擾。

2 既有擋風(fēng)墻加高及過渡段設(shè)置

2.1 既有擋風(fēng)墻加高高度

針對現(xiàn)場調(diào)查的土堤式、對拉式和路塹式擋風(fēng)墻的薄弱地段，按照最大風(fēng)速60m/s設(shè)計，綜合考慮迎風(fēng)側(cè)地面橫坡、迎風(fēng)側(cè)高度（或路塹高度）、凹槽風(fēng)口等因素，采用計算機(jī)模擬確定既有土堤式、對拉式和路塹式擋風(fēng)墻的補強(qiáng)加高高度[4]，如表1、表2所示。需要說明的是，既有土堤式擋風(fēng)墻在土堤頂面加高，既有對拉式擋風(fēng)墻在外側(cè)1.5m外加高以避免破壞對拉式擋風(fēng)墻，塹頂無土堤的既有路塹在塹頂外3.5m加高，塹頂有土堤的既有路塹在土堤頂面加高。

表1 既有土堤式擋風(fēng)墻和對拉式擋風(fēng)墻補強(qiáng)加高高度

表2 既有路塹式擋風(fēng)墻補強(qiáng)加高高度

2.2 過渡段設(shè)置

土堤式擋風(fēng)墻與橋鋼屏風(fēng)、土堤式擋風(fēng)墻與對拉式擋風(fēng)墻過渡處，平面位置的突變將導(dǎo)致氣動力的突變從而造成晃車，應(yīng)設(shè)置過渡段以平緩兩種擋風(fēng)墻的平面位置、高差突變。對拉式擋風(fēng)墻和橋鋼屏風(fēng)平面位置與中線距離基本一致，但銜接處多存在缺口，應(yīng)封閉。路塹與橋梁鋼屏風(fēng)過渡處存在缺口，過渡處地形陡峭且風(fēng)力強(qiáng)勁，此處缺口是列車安全運行的隱患，需要設(shè)置過渡段。

3 既有擋風(fēng)墻補強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式

為適應(yīng)現(xiàn)場情況、方便施工和降低施工對既有線的干擾，借鑒構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、輕量化、少規(guī)格、多組合、工廠易生產(chǎn)、施工易操作的裝配式建筑設(shè)計理念，提出了預(yù)制柱板式、拼裝重力式、拼裝框架式等結(jié)構(gòu)，易于工廠化預(yù)制、裝配式施工。

3.1 預(yù)制柱板式擋風(fēng)墻

預(yù)制柱板式擋風(fēng)墻由預(yù)制柱、A型塊板、B型塊板、擋風(fēng)板、工字鋼拼裝而成，如圖1所示。預(yù)制柱設(shè)置0.75m、1m、1.25m、1.5m四種高度，分別配置預(yù)制擋風(fēng)板1塊、2塊、3塊、4塊。

圖1 預(yù)制柱板式擋風(fēng)墻示意圖（單位：m）

3.2 拼裝重力式擋風(fēng)墻

拼裝重力式擋風(fēng)墻由B型塊板、工字鋼拼裝而成，如圖2所示。拼裝重力式擋風(fēng)墻適用于加高高度為1.5～4.0m，根據(jù)加高高度不同設(shè)置不同層數(shù)的B型塊板和采用不同長度的工字鋼。

圖2 拼裝重力式擋風(fēng)墻示意圖（單位：m）

3.3 拼裝框架式擋風(fēng)墻

拼裝框架式擋風(fēng)墻，上部結(jié)構(gòu)由鋼制擋風(fēng)板、鋼立柱、鋼梁等采用螺栓拼裝而成，下部結(jié)構(gòu)為混凝土錨固樁，如圖3所示。拼裝框架式擋風(fēng)墻，根據(jù)高度不同，設(shè)置4.2m、3.2m、2.2m擋風(fēng)屏，分別采用8塊、6塊、4塊擋風(fēng)屏。

圖3 拼裝框架式擋風(fēng)墻示意圖（單位：m）

4 預(yù)制拼裝化擋風(fēng)墻適用性和優(yōu)越性

4.1 適用性

（1）土堤式擋風(fēng)墻加高高度小于1.5m，采用預(yù)制柱板式擋風(fēng)墻；土堤式擋風(fēng)墻加高高度為2～4m，采用拼裝框架式擋風(fēng)墻，樁頂高度同地面線。

（2）對拉式擋風(fēng)墻加高高度為1.25～3.5m，采用拼裝框架式擋風(fēng)墻，橫梁小于對拉式擋風(fēng)墻0.5m。

（3）路塹塹頂加高高度小于1.5m，采用預(yù)制柱板式擋風(fēng)墻；路塹塹頂加高高度大于1.5m，采用拼裝重力式擋風(fēng)墻；路塹風(fēng)口加高高度為4.5m，采用拼裝框架式擋風(fēng)墻，樁頂高度同地面線。

（4）土堤式擋風(fēng)墻與橋鋼屏風(fēng)、土堤式擋風(fēng)墻與對拉式擋風(fēng)墻過渡段采用沿線路12m長、4.5m高的拼裝重力式擋風(fēng)墻斜角過渡。對拉式擋風(fēng)墻與橋鋼屏風(fēng)過渡缺口采用鋼屏風(fēng)擋風(fēng)板封閉，擋風(fēng)板與對拉式擋風(fēng)墻拉桿和橋梁鋼屏風(fēng)通過螺栓連接。路塹邊坡與橋梁鋼屏風(fēng)過渡段，路塹邊坡高度小于5m，采用沿線路12m長、4.5m高的拼裝框架式擋風(fēng)墻順接。

4.2 優(yōu)越性

預(yù)制拼裝化擋風(fēng)墻構(gòu)件在工廠化預(yù)制生產(chǎn)過程中易控制溫度、濕度條件，容易保證質(zhì)量，生產(chǎn)更加環(huán)保，減少了現(xiàn)場現(xiàn)澆產(chǎn)生的環(huán)境污染和破壞。輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件易于吊裝運輸，更好適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境，解決了復(fù)雜地形導(dǎo)致的材料、模板運輸困難，裝配式施工機(jī)械化程度高、施工效率高，裝配式施工有效減小了現(xiàn)澆施工中腳手架、模板對既有線的干擾。由于融入了裝配式建筑的先進(jìn)理念，預(yù)制拼裝化擋風(fēng)墻比傳統(tǒng)現(xiàn)場現(xiàn)澆擋風(fēng)墻具有更突出的優(yōu)勢，特別是在環(huán)境復(fù)雜的既有線附近。

5 結(jié)束語

根據(jù)計算機(jī)模擬結(jié)果顯示，工程完成后，動車組在大風(fēng)區(qū)以最低速度120km/h運行，由原來的最大瞬時風(fēng)速大于25m/s停運，提高至最大瞬時風(fēng)速小于51.56m/時可以運行。根據(jù)2020年3月的實車大風(fēng)試驗，擋風(fēng)墻補強(qiáng)加高工程顯著提高了列車運行能力，降低了大風(fēng)對列車的影響。擋風(fēng)墻補強(qiáng)加高工程完成以來，動車組在大風(fēng)天氣下運行良好。由此可知，預(yù)制拼裝式設(shè)計對相關(guān)工程具有借鑒意義。