摘要：鐵路聲屏障在降低噪聲污染方面發(fā)揮著重要作用，然而，在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中，聲屏障不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種病害，其中非金屬聲屏障的病害較為嚴(yán)重，這些病害不僅影響聲屏障的正常功能，也會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全和周邊環(huán)境產(chǎn)生一定影響。本文詳細(xì)分析了高速鐵路非金屬聲屏障病害產(chǎn)生的原因，通過(guò)研究非金屬聲屏障病害及整治措施，為提高高速鐵路的運(yùn)行安全和環(huán)境質(zhì)量提供參考，也為非金屬聲屏障的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；非金屬聲屏障；病害；病害整治

1引言

我國(guó)高速鐵路聲屏障在結(jié)構(gòu)形式上可分為整體式聲屏障和插板式聲屏障，在材料性質(zhì)上可分為金屬聲屏障和非金屬聲屏障。隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，非金屬聲屏障病害日漸嚴(yán)重，如不及時(shí)進(jìn)行整治，將嚴(yán)重影響其性能及高速鐵路行車安全。在鐵路運(yùn)維管理中，主要遵循“預(yù)防為主，修養(yǎng)并重“的原則，現(xiàn)場(chǎng)通常采用幾何尺寸測(cè)量、人工目視、敲擊、手推等方法對(duì)聲屏障單元板進(jìn)行檢查，存在檢查結(jié)果精度不足、無(wú)法識(shí)別聲屏障單元板內(nèi)部結(jié)構(gòu)病害等問題，以至于出現(xiàn)非金屬聲屏障單元板的面板開裂、粉化、漏筋甚至整體脫落等嚴(yán)重病害，對(duì)聲屏障鄰近軌行區(qū)的設(shè)備穩(wěn)定及行車安全產(chǎn)生重大影響。因此，深入研究高速鐵路非金屬聲屏障的病害類型及產(chǎn)生原因并提出有效的整治措施，不僅可以提高聲屏障的使用壽命和降噪效果，還能為高速鐵路的安全運(yùn)行提供保障。

2非金屬聲屏障病害類型

根據(jù)相關(guān)要求，非金屬單元板可采用非金屬?gòu)?fù)合吸聲板，隔聲板采用鋼筋混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GRC）、輕質(zhì)水泥等非金屬材料。目前鐵路非金屬聲屏障主要采用鋼筋混凝土非金屬?gòu)?fù)合吸聲板，主材采用C30細(xì)石混凝土，面板采用長(zhǎng)腰孔陣列布置，厚度為30 mm，背板為40 mm混凝土，面板、背板內(nèi)部設(shè)置6 mm的熱軋光圓鋼筋網(wǎng)片，板材中間填充玻璃纖維布、巖棉和泡沫板［1］，如圖1所示。

目前非金屬聲屏障的主要病害有表面蜂窩麻面、混凝土裂紋、缺角掉塊、鋼筋外露和面板整體脫落等，如圖2、圖3所示。

3病害成因分析

非金屬聲屏障以混凝土為基材，本身具有良好的耐候性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但對(duì)其生產(chǎn)工藝、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸安裝具有較高的要求，任何環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)非金屬聲屏障的質(zhì)量產(chǎn)生影響。經(jīng)分析，非金屬聲屏障產(chǎn)生病害主要由單元板自身產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量及外部的環(huán)境原因造成，病害原因分析如下。

（1）非金屬聲屏障以鋼筋混凝土為主材預(yù)制成型，由于配合比不當(dāng)，水灰比較大，脫模劑選型不當(dāng)、澆筑過(guò)程中振搗不實(shí)，容易導(dǎo)致非金屬聲屏障表面出現(xiàn)蜂窩麻面。

（2）非金屬聲屏障格柵層厚度偏薄，同時(shí)面板鋼筋布置位置不均勻?qū)е落摻罨炷帘Ｗo(hù)層厚度不足，內(nèi)部鋼筋在氧化侵蝕下逐漸銹脹；加之跨度長(zhǎng)，橫向受力能力差，從而影響面板整體強(qiáng)度。

（3）建設(shè)前期混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，脫?；蜻\(yùn)輸過(guò)程中聲屏障表面已經(jīng)產(chǎn)生一些微裂紋，在線路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，受到雨水和振動(dòng)的影響，微裂紋逐漸擴(kuò)大延伸導(dǎo)致聲屏障病害產(chǎn)生。

（4）非金屬聲屏障與立柱翼緣板之間的膠條老化，失去阻尼作用，在列車水平氣動(dòng)力的影響下，聲屏障晃動(dòng)導(dǎo)致病害加劇。

（5）非金屬聲屏障一般頂部單元板容易受損，主要原因?yàn)榈撞繂卧迨艿缴喜繂卧宓淖灾睾奢d，受列車水平氣動(dòng)力的影響較小，而頂部單元板受自重影響較小且無(wú)固定扣板施加下壓力，在列車水平氣動(dòng)力影響下出現(xiàn)晃動(dòng)導(dǎo)致病害產(chǎn)生 ［2］。

（6）在安裝過(guò)程中沒有嚴(yán)格按照規(guī)范要求，單元板與立柱之間插入深度不足，且安裝時(shí)沒有將面板和背板的橡膠條固定牢靠，存在前后連結(jié)不密貼及左右間隙過(guò)大現(xiàn)象，從而造成混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)碰撞沖擊。在列車高速通過(guò)的氣動(dòng)力影響下，逐步出現(xiàn)混凝土裂紋并加速發(fā)展的情況，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范中對(duì)單元板必須抵抗不小于400萬(wàn)次疲勞荷載影響的要求。

（7）國(guó)內(nèi)外研究表明，混凝土材料聲屏障的固有頻率接近高速列車行駛時(shí)的干擾力頻率，共振產(chǎn)生的動(dòng)荷載放大效應(yīng)導(dǎo)致病害發(fā)展迅速［3］。

4病害整治措施

4.1非金屬聲屏障產(chǎn)品質(zhì)量控制

非金屬聲屏障由于其材質(zhì)及結(jié)構(gòu)的特殊性，產(chǎn)品在生產(chǎn)加工及運(yùn)輸過(guò)程中必須嚴(yán)格把控各工序質(zhì)量關(guān)，做好原材料、半成品和成品的出廠檢測(cè)。混凝土材料上可添加自溶性微膠囊作為混凝土結(jié)構(gòu)自修復(fù)增強(qiáng)劑，不僅可增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的早期抗裂性能，而且持續(xù)自行修復(fù)混凝土硬化體內(nèi)因各種原因所造成的不大于0.4 mm的微裂縫或微損傷，促進(jìn)裂縫修復(fù)后基體強(qiáng)度的繼續(xù)增長(zhǎng)。從根本上解決了混凝土結(jié)構(gòu)易開裂、開裂后修復(fù)以及修復(fù)后整體強(qiáng)度降低，使用壽命短的問題［4］。

非金屬聲屏障基材可采用超高性能混凝土（UHPC），作為一種新型的混凝土材料，其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、耐久性等各項(xiàng)性能指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到130 MPa、抗折強(qiáng)度約為28 MPa。超高的密實(shí)度可以讓材料內(nèi)部幾乎沒有空隙和微裂紋。由于其特殊的性能可以使得非金屬聲屏障輕量化，便于聲屏障的施工［5］。

4.2非金屬聲屏障病害現(xiàn)場(chǎng)處置

針對(duì)已破損的非金屬聲屏障根據(jù)相關(guān)辦法進(jìn)行更換處理。非金屬聲屏障具有造價(jià)低廉、加工簡(jiǎn)單、模具可重復(fù)利用等優(yōu)勢(shì)，但同樣還存在自重較大、不可修復(fù)、運(yùn)輸困難等缺點(diǎn)。高速鐵路行車密度高，聲屏障主體結(jié)構(gòu)使用壽命長(zhǎng)，材料必須具備很高的抗沖擊、耐腐蝕、耐老化、耐久性的能力［6］。為貫徹落實(shí)“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的總體指導(dǎo)方針，從行車安全方面綜合考慮，金屬聲屏障較非金屬聲屏障更適用于高速鐵路。因此，非金屬聲屏障病害現(xiàn)場(chǎng)處置方案為：針對(duì)已出現(xiàn)破損露筋等無(wú)法修復(fù)病害的非金屬聲屏障拆除后更換為金屬聲屏障，其鋼立柱利舊；針對(duì)暫未產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損壞的非金屬聲屏障，采用納米改性聚氨酯防老化材料對(duì)非金屬聲屏障表面進(jìn)行涂裝保護(hù)，以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的貫穿性裂紋、表面脫落、漏筋以及嚴(yán)重影響列車行車安全的非金屬聲屏障，結(jié)合營(yíng)業(yè)線施工難度大、安全保障要求高、天窗時(shí)間有限等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采取非金屬聲屏障原地更換金屬聲屏障的方案，先拆除既有非金屬聲屏障后安裝金屬聲屏障。

4.2.1拆除非金屬聲屏障失效單元板作業(yè)

拆除非金屬聲屏障失效單元板作業(yè)如圖4所示，具體施工步驟如下。

（1）2人用撬棍將聲屏障單元板撬離原位置，之后從縫隙處穿過(guò)工業(yè)三角皮帶，掛于自制吊裝架吊鉤上，1人轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)雙向自鎖絞盤，帶動(dòng)吊裝鋼索起吊單元板，使單元板緩慢地從H型鋼立柱內(nèi)側(cè)滑出，待單元板完全脫離H型鋼立柱時(shí)，1人于線路側(cè)拉繩固定單元板并往線路側(cè)緩慢牽引，吊裝架上橫桿通過(guò)活動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)至線路側(cè)，此時(shí)2人扶住單元板，1人反向轉(zhuǎn)動(dòng)絞盤，將單元板緩慢放置在四輪平板小車上。

（2）重復(fù)上述步驟，逐一拆除破損的聲屏障。

（3）在有下錨拉線的接觸網(wǎng)支柱附近進(jìn)行拆除作業(yè)時(shí)，下錨拉線用棉被包裹防護(hù)，同時(shí)降低拆除速度緩慢拆除，保證單元板不碰觸損壞下錨拉線。

（4）某一跨只有個(gè)別單元板破損，該跨所有單元板均予以拆除。但為保證設(shè)備管理單位作業(yè)人員人身安全，預(yù)留2塊較完好的單元板作為臨時(shí)橋梁欄桿防護(hù)。

（5）某一跨破損單元板未完全拆除時(shí)，剩余單元板若有松動(dòng)，則用泡沫填充劑填充固定。

（6）作業(yè)結(jié)束后，用四輪平板小車將拆除下來(lái)的單元板倒運(yùn)下線，集中裝車運(yùn)至合適地點(diǎn)。

4.2.2安裝金屬聲屏障單元板

安裝金屬聲屏障單元板時(shí)將單元板用四輪平板小車倒運(yùn)至安裝位置，按安裝順序規(guī)格尺寸做到有序存放，具體施工步驟如下：

（1）用卷尺復(fù)核單元板尺寸是否符合待安裝處尺寸。

（2）檢查H型鋼立柱翼緣是否存在異物。

（3）作業(yè)時(shí)2名作業(yè)人員搭梯于兩側(cè)鋼立柱頂部，地面2名人員負(fù)責(zé)扶穩(wěn)聲屏障單元板遞送至2名頂部作業(yè)人員。當(dāng)單元板底部高出H型鋼立柱頂部50 mm時(shí)穩(wěn)住，對(duì)準(zhǔn)H型鋼立柱安裝槽插入，然后施力下壓，使單元板下落。待單元板下落至離地面（或下面一個(gè)單元板頂部）100 mm時(shí)減小加壓力度，使單元板以緩慢速度被壓到底部。

（4）重復(fù)上述步驟，安裝下一個(gè)單元板。

（5）金屬聲屏障單元板安裝完成后，安裝綜合接地裝置（銅導(dǎo)線），安裝完工如圖5所示。

5結(jié)論及建議

高速鐵路非金屬聲屏障在降低噪聲污染方面發(fā)揮著重要作用，但在實(shí)際應(yīng)用中也容易出現(xiàn)各種病害問題。本文通過(guò)對(duì)高速鐵路非金屬聲屏障的病害類型、產(chǎn)生原因、整治措施、維護(hù)管理等方面進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論及建議。

5.1結(jié)論

（1）非金屬聲屏障病害整治是一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)，關(guān)系到高速鐵路運(yùn)營(yíng)的安全和鐵路沿線周邊環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)定期進(jìn)行日常檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理聲屏障的病害問題。同時(shí)，還應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案，對(duì)突發(fā)的聲屏障病害問題進(jìn)行及時(shí)處理。

（2）針對(duì)高速鐵路非金屬聲屏障的病害問題，應(yīng)采取相應(yīng)的整治措施。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)日常維護(hù)管理，提高施工質(zhì)量，選用優(yōu)質(zhì)材料等，以預(yù)防和整治非金屬聲屏障病害。

5.2建議

（1）加強(qiáng)材料研發(fā)與質(zhì)量管控，加大對(duì)非金屬聲屏障材料的研發(fā)投入，開發(fā)出性能更加優(yōu)越、耐久性更好的新型材料。同時(shí)，建立嚴(yán)格的材料質(zhì)量檢測(cè)體系，確保投入使用的非金屬材料符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)聲屏障的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)。

（2）規(guī)范施工安裝流程，制定詳細(xì)的非金屬聲屏障施工安裝規(guī)范，加強(qiáng)對(duì)施工人員的培訓(xùn)和監(jiān)督，確保施工過(guò)程嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，提高聲屏障的安裝質(zhì)量和穩(wěn)定性。

（3）高速鐵路非金屬聲屏障具有廣闊的發(fā)展前景。未來(lái)，非金屬聲屏障將朝著更加智能化、高效化、多樣化的方向發(fā)展。材料創(chuàng)新和設(shè)計(jì)創(chuàng)新也將為非金屬聲屏障的發(fā)展提供新的動(dòng)力。

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