120 km/h快線地鐵GJ-Ⅲ扣件減振效果現(xiàn)場測試與分析

王 蕊 張 鐵

(成都地鐵有限責任公司，四川 成都 610031)

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120 km/h快線地鐵GJ-Ⅲ扣件減振效果現(xiàn)場測試與分析

王 蕊 張 鐵

(成都地鐵有限責任公司，四川 成都 610031)

對東莞地鐵R2線某區(qū)間采用DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件直線段軌道結(jié)構(gòu)進行了現(xiàn)場實測，并對實測數(shù)據(jù)進行了時域和頻域?qū)Ρ确治觯芯縂J-Ⅲ扣件在高速120 km/h工況下減振效果，時域分析結(jié)果表明，采用GJ-Ⅲ扣件軌道結(jié)構(gòu)豎向振動最大峰值略大于DZⅢ-1扣件；頻域分析結(jié)果表明，在1/3倍頻程中心頻率40 Hz～200 Hz范圍內(nèi)，GJ-Ⅲ扣件有較好的減振效果，隧道Z振級在此頻段降低值最大可達到22 dB。

地鐵，扣件，道床，減振效果

地鐵由于節(jié)省用地、有效緩解城市交通壓力、安全可靠等諸多優(yōu)點得到各國城市的青睞。隨著生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越嚴格，地鐵引發(fā)振動環(huán)境問題，已經(jīng)引發(fā)了公眾的強烈反應。目前存在于地鐵線路上的減振措施有很多，根據(jù)不同地段的減振需求，可將減振措施分為一般減振、中等減振和特殊減振?，F(xiàn)場測試作為研究地鐵振動重要的方法之一，有著重大的理論和實際意義。針對不同減振措施國內(nèi)外學者開展現(xiàn)場測試，研究不同減振措施帶來的減振效果，為理論研究提供依據(jù)，并為評估地鐵誘發(fā)環(huán)境振動提供依據(jù)。韋凱等[1]對成都地鐵2號線用浮軌式扣件代替DZ-Ⅲ扣件前后地鐵引發(fā)環(huán)境振動進行現(xiàn)場測試，研究浮軌式扣件的減振效果；鄧玉姝等[2]對比分析了北京地鐵5號線高架段梯形軌枕和普通無砟板式軌道的鋼軌、軌枕和橋面振動響應；李克飛等[3]對北京地鐵5號線地下線減振軌道進行現(xiàn)場測試，對比分析安裝了普通扣件、Ⅲ型軌道減振扣件和鋼彈簧浮置板軌道的鋼軌、道床及道壁振動特點，分析了不同減振措施帶來的減振效果。但是，由于城市軌道交通普遍運行速度較低，目前很少有研究針對地鐵高速運行時現(xiàn)場振動測試，因此有必要對高速運行地鐵線路開展現(xiàn)場測試。本文對東莞地鐵某區(qū)間安裝DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件直線段軌道結(jié)構(gòu)振動進行現(xiàn)場測試，研究高速運行條件下GJ-Ⅲ扣件的實際減振效果。

1 現(xiàn)場測試

1.1 測試概況

東莞地鐵R2線是一條北部—西南方向的快速干線，線路全長37.788 km，其中地下線33.78 km，高架線3.644 km。其車輛類型為B型車，最大軸重14 t，六節(jié)編組，設計最高行車速度為120 km/h。為了滿足不同地段減振需要，東莞R2線某區(qū)間采用了DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件。

1.2 測試方案

為了測試地鐵車輛以高速120 km/h通過采用DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件軌道時，鋼軌、道床和隧道的豎向振動加速度，選取了兩個測試斷面。測試斷面均位于區(qū)間直線段且遠離進出站位置，避免了地鐵車輛減速或加速對振動測試的影響。本次測試采集了鋼軌、道床和隧道壁豎向振動加速度，測點布置在鋼軌外側(cè)軌底、道床和隧道壁，見圖1。

現(xiàn)場測試采集儀使用德國IMC公司CS5008型系列智能信號采集儀，最大采樣頻率40 kHz。傳感器為東華測試壓電式振動加速度傳感器。

2 測試結(jié)果分析

現(xiàn)場測試記錄了至少20組列車通過兩個測試斷面時軌道結(jié)構(gòu)豎向振動加速度時程數(shù)據(jù)。限于篇幅，僅以1組120 km/h工況下，兩個測試斷面上典型振動加速度時程數(shù)據(jù)為例進行時域和頻域內(nèi)對比分析，研究GJ-Ⅲ扣件減振效果。

2.1 時域分析

首先對比各個測點在不同行車速度工況下振動加速度時程曲線，分析軌道結(jié)構(gòu)豎向振動加速度的時域變化規(guī)律，如圖2～圖4所示。

從圖2～圖4可清晰分辨出地鐵車輛經(jīng)過采用GJ-Ⅲ扣件軌道時，每節(jié)車廂引起的鋼軌、道床和隧道壁的振動，但采用DZⅢ-1扣件軌道很難分辨每節(jié)車廂通過軌道時刻。從圖2～圖4中可看出，地鐵車輛以相近的速度經(jīng)過時，GJ-Ⅲ扣件的鋼軌、道床和隧道壁豎向振動加速度最大峰值均略大于DZⅢ-1扣件。

2.2 頻域分析

根據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》[4]定義Z振級(VLZ)，dB。

(1)

其中，a為豎向振動加速度的有效值，m/s2；a0為基準加速度，取值為1×106m/s2。根據(jù)式(1)計算鋼軌、道床和隧道壁豎向振動加速度1/3倍頻程譜，如圖5所示。由于地鐵引起環(huán)境振動頻率主要在200 Hz以內(nèi)，高頻部分會隨著傳遞距離的增大快速衰減，因此本文鋼軌、道床和隧道頻率只取到200 Hz。

圖5a)和圖5b)分別為DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件工況下鋼軌、道床和隧道壁豎向振動加速度1/3倍頻程譜。從圖5a)中可看出，由于采用DZⅢ-1扣件，鋼軌和道床間VLZ振級落差在13 dB～26 dB范圍內(nèi)，且在1/3倍頻程1 Hz～200 Hz范圍內(nèi)衰減較為均勻。而GJ-Ⅲ扣件工況下，鋼軌和道床間VLZ振級與DZⅢ-1扣件工況下明顯不同。從圖中可看出，1/3倍頻程1 Hz～80 Hz在范圍內(nèi)，鋼軌和道床間VLZ振級衰減不明顯，鋼軌VLZ振級與道床幾乎相同，而在高頻80 Hz～200 Hz范圍內(nèi)鋼軌和道床間VLZ振級衰減快速增大，最大值可達到32 dB。DZⅢ-1和GJ-Ⅲ扣件，對比分析如圖6所示。

從圖中可看出，GJ-Ⅲ扣件測試斷面隧道壁低頻1 Hz～40 Hz范圍內(nèi)VLZ振級大于DZⅢ-1測試斷面，而在高頻40 Hz～200 Hz則小于DZⅢ-1測試斷面。低頻范圍內(nèi)GJ-Ⅲ扣件測試斷面隧道VLZ振級大于GJ-Ⅲ扣件測試斷面，這是由于GJ-Ⅲ剛度較小，地鐵車輛通過時準靜態(tài)荷載對軌道結(jié)構(gòu)沖擊變大，導致低頻范圍內(nèi)

隧道壁振動較大。

對比GJ-Ⅲ扣件和DZⅢ-1扣件兩個測試斷面隧道壁VLZ振級發(fā)現(xiàn)，GJ-Ⅲ扣件在高頻40 Hz～200 Hz減振效果優(yōu)于DZⅢ-1扣件，而在低頻1 Hz～40 Hz范圍內(nèi)則DZⅢ-1扣件減振效果較為明顯。由于地鐵引起環(huán)境振動在低頻1 Hz～40 Hz范圍內(nèi)較小，很難對人的正常生活產(chǎn)生影響。因此，GJ-Ⅲ扣件主要考慮在40 Hz～200 Hz范圍內(nèi)的減振效果。從圖中可看出，在40 Hz～200 Hz范圍內(nèi)GJ-Ⅲ扣件工況下隧道振動相比于DZⅢ-1扣件工況隧道Z振級降低值最高可達22 dB，效果明顯。

3 結(jié)語

對東莞R2線某區(qū)采用DZⅢ-1和GJ-Ⅲ扣件段軌道結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場測試，車輛以120 km/h左右速度通過測試斷面時鋼軌、道床和隧道壁的豎向振動加速度，并對實測結(jié)果進行時域和頻域分析，研究地鐵高速行駛時GJ-Ⅲ扣件的減振效果，得到以下主要結(jié)論：

1)相比于DZⅢ-1扣件軌道結(jié)構(gòu)分散均勻的振動模式，采用GJ-Ⅲ扣件軌道，列車經(jīng)過時軌道結(jié)構(gòu)時域振動由若干集中振動簇組成，能清晰分辨每節(jié)車廂經(jīng)過測試斷面時刻。且采用GJ-Ⅲ扣件軌道鋼軌、道床和隧道壁豎向振動加速度最大峰值略大于DZⅢ-1扣件。

2)采用DZⅢ-1扣件軌道，鋼軌和道床間豎向振動加速度衰減較為均勻，衰減范圍為13 dB～26 dB；采用GJ-Ⅲ扣件軌道，鋼軌和道床間豎向振動加速度在低頻1 Hz～80 Hz范圍內(nèi)衰減不明顯，而在高頻80 Hz～200 Hz衰減較大。

3)對比兩個測試斷面隧道壁VLZ振級發(fā)現(xiàn)GJ-Ⅲ扣件在40 Hz～200Hz范圍內(nèi)有較好的減振效果，在此頻段內(nèi)VLZ振級最大降低值可達22 dB。

[1] 韋 凱，梁迎春，張 攀，等.地鐵浮軌式扣件減振效果的測試與分析[J].鐵道工程學報，2016，33(5)：100-105.

[2] 鄧玉姝，夏 禾，善田康雄，等.城市軌道交通梯形軌枕軌道高架橋梁試驗研究[J].工程力學，2011，28(3)：49-54.

[3] 李克飛，劉維寧，孫曉靜，等.北京地鐵5號線地下線減振措施現(xiàn)場測試與分析[J].鐵道學報，2011，33(4)：112-118.

[4] GB 10070—88,城市區(qū)域環(huán)境振動標準[S].

Test and analysis of vibration reduction effect of GJ-Ⅲ fastener on metro at speed of 120 km/h

Wang Rui Zhang Tie

(ChengduMetroCo.,Ltd，Chengdu610031,China)

A field experiment in straight section of Dongguan metro line R2 using DZⅢ-1 and GJ-Ⅲ rail fasteners respectively was been performed. The experimental data using the two types of rail fasteners were compared in both time and frequency domains to investigate the vibration-attenuating effect of GJ-Ⅲ rail fastener at the speed of 120 km/h. The results in time-domain demonstrated that the peak value of the track using GJ-Ⅲ rail fastener was slightly bigger than that using DZⅢ-1 rail fastener. The results in frequency-domain indicated that the vibration-reduction effect of GJ-Ⅲ rail fastener is remarkable in the 1/3 octave center frequencies of 40 Hz～200 Hz, and the maximum decrease of Z vibration level of the tunnel in this frequency range is 22 dB.

merto, fastening, ballast bed, damping effect

1009-6825(2016)28-0144-02

2016-07-23

王 蕊(1982- )，女，工程師； 張 鐵(1974- )，男，工程師

U213.53

A