鋼彈簧浮置板系統(tǒng)減震技術(shù)與城市軌道交通

孫中銀 李強

成都地鐵運營有限公司 610081

摘要：研究目的：鋼彈簧浮置板減振道床近年來在國內(nèi)城市地鐵建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，由于地鐵建設(shè)要求高、專業(yè)眾多、工期緊迫，研究其減振性能及其與相關(guān)施工工序的科學(xué)銜接顯得尤為必要。

研究結(jié)論：相比別的減振方式，鋼彈簧浮置板道床具有減振效果明顯、少維修等優(yōu)點，同時通過對各施工工序的科學(xué)安排，可彌補鋼彈簧浮置板減振道床施工周期長的缺陷，進一步發(fā)揮其在城市軌道交通建設(shè)中特殊減振地段的重要作用。

關(guān)鍵詞：地鐵；鋼彈簧浮置板；減振；施工

一 概況

如何解決城市軌道交通中振動和噪聲對周圍環(huán)境和居民的影響，成為地鐵建設(shè)的焦點，也是城市軌道交通建設(shè)能否可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。在國外軌道交通建設(shè)中采用了鋼彈簧浮置板道床軌道結(jié)構(gòu)，如在德國、日本、韓國、新加坡等國得到應(yīng)用和推廣。國內(nèi)最先在北京地鐵、上海、廣州等城市隨后也相繼采用。

成都地鐵是成都城市軌道交通系統(tǒng)。成都地鐵1號線一期工程于2005年12月28日正式啟動建設(shè)，2010年9月27日正式投入運營。全長36km，共設(shè)車站28 座。為南北向骨干線，北起升仙湖，向南串聯(lián)文殊院、成都國鐵最大的客運火車站──火車北站，成都城市中心廣場──天府廣場，火車南站，成都市城市新核心──世紀(jì)城，至華陽的華龍路附近。（1號線一期工程（升仙湖──世紀(jì)城），已于2010年9月27日正式投入運營），根據(jù)勘察設(shè)計要求及線路實際工礦，成都地鐵1號線升仙湖至火車北站區(qū)段，騾馬市至天府廣場區(qū)段采用了鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)。

二 鋼彈簧浮置板減振軌道簡介

一）鋼彈簧浮置板道床簡介

鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)是一種新型的特殊減振軌道結(jié)構(gòu)形式，由道床板、鋼彈簧隔振器、剪力鉸、密封條、水平限位裝置、鋼軌與扣件等組成。它將具有一定質(zhì)量和剛度的混凝土道床板置于鋼彈簧隔振器上，構(gòu)成質(zhì)量-彈簧-隔振系統(tǒng)。其基本原理就是在軌道和基礎(chǔ)間插入一固有頻率遠低于激振頻率的線性隔振器，借以減少傳入基礎(chǔ)的振動量，是減小向下部結(jié)構(gòu)傳振和傳聲的最有效方法。彈簧---質(zhì)量---道床隔振系統(tǒng)的隔振作用的有效性，主要取決于道床的質(zhì)量、彈簧的剛度及相互作用。經(jīng)過鋼彈簧浮置板到床的隔離，列車產(chǎn)生的強大振動只有極少量會傳遞到下部結(jié)構(gòu)，對下部結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境起到很好的保護作用。

鋼彈簧浮置板技術(shù)幾乎可用于各種軌道交通線路，包括：有軌電車、輕軌、地鐵、城際鐵路、高速客運專線等。

1、道床板

每塊道床板長度一般情況在30m左右，厚度在300mm---500mm之間，由C40混凝土和HRB400級鋼筋一次性澆注而成，有良好的整體性。道床板的斷面形式根據(jù)其所處工況的不同，有所區(qū)別。

2、鋼彈簧隔振器

鋼彈簧隔振器由外套筒、內(nèi)套筒和調(diào)平鋼板等部件構(gòu)成。外套筒與浮置板結(jié)構(gòu)澆筑為一個整體，內(nèi)套筒內(nèi)有鋼彈簧和專用阻尼材料。

鋼彈簧采用磨皮工藝，以保證表面質(zhì)量及尺寸精度，彈簧表面噴涂一層厚70μm的環(huán)氧樹脂，應(yīng)經(jīng)過噴丸、磷酸鹽處理、裂紋檢查。套筒經(jīng)雙層熱浸鍍鋅，其關(guān)鍵部件、彈簧設(shè)計壽命及阻尼老化壽命大于50年。鋼彈簧按《螺旋彈簧疲勞試驗規(guī)范》GB/T16947標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過300萬次循環(huán)載荷作用后，內(nèi)、外彈簧無斷裂和任何裂紋。隔振器內(nèi)套筒使用的粘滯阻尼材料是隔而固集團公司的專有技術(shù)，保證隔振器在500Hz以下無共振區(qū)，動態(tài)剛度等于靜態(tài)剛度。溫度在+80℃和-40℃之間，隔振器在額定載荷下能正常工作，阻尼材料的性能不會發(fā)生永久性變化。

3、剪力鉸

剪力鉸布置在兩塊道床板之間，主要由銷軸和軸套兩個部件組成，分別與兩塊道床板端部的鋼筋混凝土澆注在一起。道床板工作狀態(tài)下，剪力鉸起著傳遞剪力、協(xié)調(diào)道床板變形的重要作用。

4、輔助水平限位裝置

輔助水平限位裝置安裝在基底混凝土內(nèi)，隔振器內(nèi)筒置于其上，二者形成配合，但相互間有一定間隙。正常工作狀態(tài)下，列車運行產(chǎn)生的水平力完全由隔振器與基底的摩擦力承受，輔助水平限位裝置并不參與工作。只有在非正常偶遇情況下（如地震、事故等）才有可能參與工作，提供附加安全水平約束。因此，水平限位裝置只是鋼彈簧浮置板隔振系統(tǒng)的一項輔助安全措施。

5、鋼軌與扣件

鋼軌和扣件在鋼彈簧浮置板道床地段的布置、安裝等技術(shù)要求與普通地段完全相同。

二）鋼彈簧浮置板道床隔振原理

鋼彈簧浮置板道床是將具有一定質(zhì)量和剛度的混凝土道床板置于鋼彈簧隔振器上，構(gòu)成質(zhì)量-彈簧-隔振系統(tǒng)。道床板與底部及側(cè)面的隧道結(jié)構(gòu)相隔離，兩者之間通過鋼彈簧隔振器相接，隔振器上部結(jié)構(gòu)的動擾力通過隔振器傳遞到結(jié)構(gòu)底。在此過程中由隔振器進行調(diào)諧、濾波、吸收能量，達到隔振、減振的目的。

盡管浮置板具有很多高階振動模態(tài)，但對隔振效果起關(guān)鍵作用的是浮置板-彈簧系統(tǒng)的6個低階剛體固有振動模態(tài)，其隔振原理仍然可以用單質(zhì)量-單自由度振動體系來分析。由于激振力可以分解為不同頻率正弦變化的激力的疊加，所以，可假設(shè)激振力是某一正弦函數(shù)，橫坐標(biāo)軸是激振頻率與系統(tǒng)固有頻率之比，簡稱調(diào)諧比；縱坐標(biāo)軸為傳遞到基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)力振幅與激振力振幅之比VF，簡稱傳遞比。當(dāng)調(diào)諧比接近1時，即當(dāng)激振頻率接近系統(tǒng)固有頻率時，傳遞比大于1，系統(tǒng)處于共振區(qū)；而當(dāng)調(diào)諧比大于以后，系統(tǒng)進入隔振區(qū)，傳遞比開始小于1，基礎(chǔ)力動載振幅小于激振力振幅，激振力被慣性質(zhì)量的慣性力部分平衡掉。而當(dāng)調(diào)諧比遠大于以后，質(zhì)量塊的慣性力與激振力相位相反，而數(shù)值接近，相互平衡掉，僅有靜荷載和小部分殘余動荷載通過彈簧阻尼元件傳到基礎(chǔ)上。

浮置板隔振系統(tǒng)的設(shè)計原則是，應(yīng)使浮置板的結(jié)構(gòu)固有頻率避開地鐵車輛運行時的激振頻率，并使浮置板的主要固有頻率，尤其是垂向固有頻率盡量遠低于激振頻率倍以下，可取得好的隔振效果。

三 總述

從目前運營狀況來看，成都地鐵1號線升仙湖至火車北站區(qū)段，騾馬市至天府廣場區(qū)段采用了鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)。達到了減震防噪的作用。全國而言，鋼彈簧浮置板減振系統(tǒng)早已在北京地鐵、上海地鐵、廣州地鐵中得到采用，近年來逐步用到深圳地鐵、南京地鐵、杭州地鐵，成為國內(nèi)地鐵建設(shè)不可分割的組成部分，可以預(yù)見該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

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作者簡介：

孫中銀：生于1975年，現(xiàn)為成都地鐵運營公司軌道技術(shù)高級主管，從事軌道檢修管理工作，對軌道檢修、打磨及檢測技術(shù)有一定研究。