全球首例拱形全封闭声屏障潭江特大桥设主动防撞预警系统 多方科技“神器”支撑列车“静音”过 小鸟天堂鸟不惊
已有幸尝鲜乘坐了7月1日开通的江湛铁路的乘客们可能已经体验到了粤西通高铁的便捷，但很多人可能不了解这还是条科技技能满点的新线路：能启动“静音”模式，有防撞自动预警，成功攻克隧道渗漏水的世界性技术难题……它堪称技术“大牛”工程。据悉，全线建设探索运用最新技术50项、创新工艺工法78项，获取专利25项，建成后轨道质量指数和优良率均达到全国同类高铁线路的最高水平。
在江湛铁路沿线有多个隧道、桥梁，从设计到施工采用了多种新技术，运用了各类新材料，而其中技术难点大，攻关最成功的当属为“小鸟天堂”提供护卫的全球首例拱形全封闭声屏障，安装有主动防撞预警系统的潭江特大桥以及横跨两座水库的新台隧道。在多方“神器”支撑下，这条全长357公里，设计时速200公里的铁路充满着满满的科技感。
文/广州日报全媒体记者刘丽琴、卢梦谦
通讯员杨胜
图/广州日报全媒体记者杨耀烨
视频剪辑/广州日报全媒体记者李凡丁
全封闭声屏障为列车“静音”
800米外“小鸟天堂”不闻车声
广东江门市新会区天马村一块约1万平方米的小岛上，一棵大榕树在400余年的繁衍后，覆盖全岛。此岛及周围湿地已成为鹭鸟及20多种国家二级保护鸟类的栖息地，这正是巴金笔下“小鸟天堂”的原型。受选线条件限制，栖息着3万多只鹭鸟的“小鸟天堂”，与江湛铁路最近距离只有800米。
相距如此之近，列车经过时会不会让小鸟受到惊吓、四散逃离？答案是否定的，事实上列车运行后，在“小鸟天堂”测得的噪声只增加了0.2分贝，“相当于没增加，几乎听不到列车声音。”工作人员告诉记者。这全有赖于江湛铁路上一道蓝色风景——全球首例拱形全封闭声屏障。据了解，该全封闭声屏障是国内目前最长声屏障，全长2036米，耗资约1.8亿元。
从新会站往南行驶不过几分钟，就可以看到一道泛着金属光泽的蓝灰色拱形长廊覆盖在铁路上，这就是江湛铁路上的全封闭声屏障，相当于一座桥上隧道。中铁四局深茂铁路JMZQ-2标项目部声屏障分部总工程师简敏告诉记者，与以往铁路开放性的金属声屏障不同，江湛铁路采用的是全封闭拱形声屏障，就是修建了一个降噪的“管子”，用“管子”吸走并封住噪音，让高铁安静下来。
为什么花那么多钱建个“管子”？事实上，这是进行了无数科学实验和测试最终确定下来的，包括全封闭声屏障选型与结构设计、高韧性ECC混凝土研究、结构气动力选型研究、静力及动力性能研究与测试、声屏障降噪效果实验研究等多个方面。有点晕？就是从结构、安全性、噪音、高铁需要等多个方面进行了测试，确保兼顾高铁性能和周边民众甚至野生动物包括小鸟的舒适度，方方面面都进行了考虑和平衡。就是这样一个鱼与熊掌兼得的“不可能完成的任务”，从铁四院接手设计研究任务到完成设计，以桥梁环评为主的设计团队12人，课题研究团队40余人，花了两年半时间全部搞定。
薄型吸声板、高韧性混凝土板皆首用
降噪效果超过25dB
据悉，桥梁设计组根据实际情况提出了多种不同类型的声屏障外形，数据显示，拱形受力更均匀，能抵抗强台风。全封闭声屏障外形美观独特，在结构上，主要由H30型钢结构和屏体两大部分组成。屏体分为透明亚克力板、特制金属吸声板和ECC活性镀铜钢纤维混凝土板三种类型。现场共计安装钢拱架1059榀，吸声板52936平方米，钢结构高9.075米，跨度11.65米，截面面积每榀间距2米。
值得一提的是，声屏障采用了性能独特的新材料，这是江湛铁路全封闭声屏障进行的一次新尝试。简敏表示，“由于是首个圆弧形声屏障，单元板的厚度比以往采用的金属声屏障要薄，否则不易安装。同时线路位于台风区，板厚减薄对结构的强度要求又高，因此所有的单元板内侧都设置了槽钢支撑，绝不会因为单元板薄而影响结构安全性。”据悉，这些隔音板的厚度为8厘米，比普通隔音板薄4厘米，但隔音、防风效果更好。隔音板分为三层，最里层打了很多均匀的小孔，让声音穿透到第二层；第二层为吸音层，将噪音最大程度吸收消解；最外层为防风层，由于江门属于台风区，防风板可以抵御强台风。
此外，ECC混凝土吸声板在铁路声屏障领域也是首次使用。在与武汉理工大学合作进行高韧性纤维增强水泥基复合材料ECC配合比研究后，得到了具有优良韧性与强度的混凝土声屏障材料与混凝土声屏障吸声材料，作为一种高韧性的延性混凝土，其吸收性强。与使用寿命只有25年的金属隔音板相比，这种材料的隔音板理论使用寿命为50年，造价便宜1/3以上。据悉，该配比及板材制造方法已申报相关专利。
在全封闭声屏障建成后，经科研人员的最终检测，时速200公里的高速列车通过声屏障时，降噪效果超过25dB。在“小鸟天堂”几乎不闻车声，列车相当于“静音”驶过。不仅降噪效果极佳，全封闭的建造安装也形成一整套全封闭声屏障设计方案及建造技术，填补了列车气动力效应吸音隔音降噪研究的世界空白。
首次应用主动防撞预警系统潭江特大桥会“呼救”
江湛铁路上，还有一座“明星桥”——潭江特大桥，是江门至茂名段的最大跨度桥梁，外形优美的它不仅结构创新多，还是国内双线铁路最大跨度独塔混合梁斜拉桥。它创下多个“首次”：首次采用钢箱双主梁大节段栓接拼装技术施工，首次实现对桥梁结构三维实时检测，首次应用的主动防撞预警系统，更让其成为“神器”加身的“防撞大桥”。
位于江门境内的潭江特大桥全长5641.07米，其中主桥长540.5米，主跨256米的潭江通航孔跨越在550米的潭江水域。据中铁广州工程局集团深茂指挥部书记胡志勇介绍，潭江特大桥率先在国内大跨度桥梁领域全程采用BIM技术完成正向初步设计及施工图设计。BIM即建筑信息化模型，潭江特大桥运用BIM技术，采用三维可视化出图技术完成全套混凝土及钢结构构造图，结合3D打印技术及VR技术，将BIM技术应用于现场交底、施工管理及后期运营维护，实现了复杂桥梁建设全过程的可视化、协同性、模拟性、优化性及可控性。
而更具实用防护功能和超前设计意识的是，大桥在国内首次应用未知荷载识别技术开发了船舶撞击桥梁的未知荷载识别及损伤评估健康监测系统。说白了，就是大桥已经“智能化”：大桥安装有监测系统、“自主意识”，船只来了能感知是什么船，如果船偏离了航道大桥会发出预警，最后即便警告无效被撞了，也会“呼救”，并将“伤情”反馈给有关部门以便及时维修。如果“受伤太重”，可预警直接让有关部门关闭桥梁，大幅降低船舶撞击铁路桥梁的安全风险。
主动防撞预警系统是如何运行的？胡志勇告诉记者，桥上装的工控机可控制激光光束机、摄像头、压力传感器、加速度传感器、LED显示屏以及警示灯，来分别进行超高检测、偏航检测、水位监测、应力分析以及进行预警功能。然后通过网络与后台的集控中心连接，向船舶发送预警信息以及发布其他信息。主桥墩下有一圈红色围堰十分抢眼，这就是被动防撞装置，可承受强力碰撞，以防止桥墩被直接撞击。桥上装有摄像头，而距离大桥两侧500米左右各有一个带着天线的铁塔，是用于接收信号的，系统对船舶高度、航道线、水位、应力进行多方分析判断，然后根据情况作出及时预警。船舶在往桥梁方向行驶时，若检测到触碰虚拟航道线，集控中心发布预警信息，同时发出声光报警信息，提醒船舶调整方向，避免撞击桥墩；在通航孔处会对现场事故进行记录，并进行存档处理。
可改变水体性质新材料
“善解人意”的新混凝土会主动“填空”
新材料在江湛铁路上可谓是无处不在。联合清华大学成功研制的新型水下不分散自密实混凝土，被使用于潭江特大桥主跨桥墩的围堰封底施工。使用水下不分散自密实混凝土，减少水流对混凝土的冲刷，胶凝材料损失小，从而提高混凝土水下抗分散和抗冲散能力，减少其在水流环境中的流失，确保工程质量可控性。也就是说，这混凝土都是智能的，如果因为有流水冲刷等不利条件，这些混凝土十分“善解人意”，会主动“填空”，紧密“团结在一起”，保证混凝土不会变成“豆腐渣”，影响工程质量。实验表明，在静水和低流速水中、水下不分散自密实混凝土胶凝材料损失率小于1%，有效保证有水环境下的施工质量。与此同时，在改性水体中的自密实混凝土能保持其高流动性和超强充填性能，扩展度可达600mm以上，具有优良的流动性与填充性，可依靠自重有效填充复杂结构和地形，密实度高。能够在水下自流平、自密实，较传统工法可减少导管布设数量，配合比中采用大量粉煤灰替代水泥，提高施工效率同时降低成本，效果良好。
新台隧道“横穿”两座水库
攻克世界性技术难题
隧道能从水库下通过？头顶两大盆水还能在豆腐里“打洞”？完全没问题！江湛铁路上，建于江门境内的新台隧道就横跨了两座水库。新台隧道全长6258米，是线路上最长的隧道，位于蓄水量达150万立方米的两座水库下部。施工中日排水高达8000立方米，且贯通7条大断层破碎带，施工难度大、安全风险高，但经过技术攻关，隧道安全贯通。
中交三航局深茂铁路新台隧道技术负责人张春华对记者表示，隧道施工最怕就是碰到水，而新台隧道离水库最近的部分才100多米，且岩层有裂隙，容易出现水渗漏的情况。团队就用帷幕注浆的方式来解决这个问题。虽然地质条件不佳，但对隧道施工而言风险比较大的机械化施工却在新台隧道得到了较好的运用，张春华说这是因为隧道使用了众多科技含量较高的施工设备，如投入了最先进的三臂凿岩台车、机械手等，还研发了自动喷雾系统用于二衬混凝土养护，不仅防控了施工风险，还保障了施工质量、进度。
此外，隧道还采用超前的地质预报、洞内安装大管棚、CRD开挖等先进技法和办法，且全隧道安装了防水板、防水土工布，暗埋排水盲管，精细施工，成功攻克了隧道渗漏水的世界性技术难题。
其实很多在江湛铁路上穿梭的乘客都没想到，坐一趟高铁，不仅穿山越海，还在两个水库下“穿越”一回。
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