特殊地段鋼彈簧浮置板的性能研究

周迎春

（北京九州一軌隔振技術(shù)有限公司，北京 100070）

1 工程概況

該地鐵項目是某市區(qū)一條南北走向的線路，貫穿整個市區(qū)，途徑6個行政區(qū)，因穿越的敏感地段較多，故采用鋼彈簧浮置板里程較長，工況較為復(fù)雜。有現(xiàn)澆板、預(yù)制板、浮置板道岔、液體阻尼鋼彈簧、固體阻尼鋼彈簧等多種工況。其中某一區(qū)間位于繁華路段，側(cè)穿居民區(qū)，隔振要求高，且為兩條地鐵線路上下并行，聯(lián)絡(luò)通道和廢水泵房施工風險高，冷凍法施工工期長、費用高。經(jīng)專家論證決定在線路的最低點取消泵房，安裝數(shù)臺抽水泵用于排除積水。該區(qū)間全線采用預(yù)制板結(jié)構(gòu)，但考慮安裝抽水泵的需要，在線路的最低點采用一塊現(xiàn)澆板與兩端的預(yù)制板銜接，在現(xiàn)澆板上預(yù)留開孔安裝抽水泵。

根據(jù)環(huán)評報告及《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》（HJ 453—2008），該區(qū)間采用的是固體阻尼鋼彈簧浮置板，要求在浮置板使用壽命內(nèi)，振動敏感建筑物處由列車通過時傳到隧道壁的Z振級，比普通整體道床減少15dB以上。

2 設(shè)計方案

該線路采用地鐵B型車，軸重14t，接觸網(wǎng)供電，6輛編組。該區(qū)間最小曲線半徑500m，右線廢水泵房（最低點）位于直線，最低點兩側(cè)線路坡度分別為25‰、14.677‰；左線廢水泵房（最低點）位于曲線，曲線半徑800m，超高21mm，最低點兩側(cè)線路坡度分別為16.6‰、25.4‰；本文以右線為例，具體介紹。

現(xiàn)澆板長度為25m、厚340mm、寬3.3m。兩端為預(yù)制板，長3.6m、厚340mm、寬2.7m。隔振器采用二二布置，剛度約為5700kN/mm。浮置板地段統(tǒng)一采用中心排水溝，寬350mm、深124mm，在線路最低點處做一集水坑，長16m、寬700mm、深200mm，保證集水坑容積滿足消防要求。在集水坑范圍內(nèi)的浮置板上開7個方孔，其中5個方孔用于安裝抽水泵，另2個備用，見圖1。

圖1 現(xiàn)澆板平面圖

3 仿真計算

因現(xiàn)澆板上開了7個500mm×600mm的方孔，浮置板的總重量減少2.53%，對系統(tǒng)的隔振效果會有一定的影響。為了解其影響的程度，建立仿真模型進行驗證，對比列車通過浮置板時傳到隧道壁的Z振級相對普通整體道床的振動減少量。

由于列車通過時，浮置板軌道結(jié)構(gòu)與隧道是相互作用的一個整體。為了分析浮置板的減振性能，建立了浮置板和隧道結(jié)構(gòu)模型（見圖2、圖3）。浮置板軌道結(jié)構(gòu)振動傳遞模型考慮為三層疊合梁形式進行計算，即在隧道結(jié)構(gòu)外施加鋼彈簧邊界條件。

圖2 隧道有限元模型

圖3 開孔浮置板有限元模型

施加列車荷載，分析在不同頻率時不同軌道結(jié)構(gòu)隧道壁振動加速度級。根據(jù)計權(quán)振動加速度計算公式①計算浮置板相對整體道床的Z振級減少量。

計權(quán)振動加速度計算公式：

式中：

VL—振動計權(quán)加速度級，dB；

Li—每個頻帶的振動加速度級，dB；

ai—各個頻帶的計權(quán)因子，dB。

在理論情況下，列車通過時，所設(shè)計的開孔現(xiàn)澆板相對于整體道床振動加速度級理論減少量為19.97dB，采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 453—2008）標準計權(quán)，Z振級理論減少量為15.7dB。

4 現(xiàn)場測試

截至目前，該線路已通車運營一年多，為了解該地段鋼彈簧浮置板的實際隔振效果，驗證設(shè)計方案能否滿足環(huán)評要求，確保線路運行安全可靠和產(chǎn)品正常工作，進行了現(xiàn)場測試。

4.1 測試儀器

采用的測試儀器：動態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)INV306（F），加速度傳感器LC0104、LC0120、LC0130，筆記本電腦等。

4.2 測試斷面

減振軌道隔振效果通過比較有無減振措施時下部結(jié)構(gòu)（如隧道、路基或橋梁）、地面或地面建筑物的振動來評價。測試斷面的選取應(yīng)參考規(guī)范[1]要求，減振地段與非減振地段（普通道床地段）的曲線半徑、道床類型、隧道類型、埋深、縱坡、運行速度等參數(shù)應(yīng)相同或類似，通過二者的對比，得出隔振軌道的隔振效果。區(qū)間右線浮置板總長889.2m，起止里程接整體道床。測試斷面選擇2個：最低點現(xiàn)澆板和普通整體道床，見下表。鑒于該區(qū)間為兩條地鐵重合線路，共用聯(lián)絡(luò)通道，故測試時需分辨不同的車源。

測試斷面

5 測試結(jié)果分析

振動測試的測試量、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方法依據(jù)相關(guān)規(guī)范[1～4]。

5.1 普通整體道床

對15趟地鐵列車通過普通整體道床時的1/3倍頻程譜線性平均得到的振動加速度級見圖4。列車通過時段，普通整體道床的鋼軌、道床、隧道壁鉛垂向振動加速度有效值分別為24.39m/s2、0.21m/s2、0.076m/s2；振動加速度級分別為147.7dB、106.4dB、97.6dB。

圖4 普通整體道床的鋼軌、道床、隧道壁1/3倍頻程振動加速度級

5.2 25m鋼彈簧現(xiàn)澆浮置板道床（開孔）

5.2.1 鋼彈簧浮置板道床的振動特性

對15趟地鐵列車通過鋼彈簧浮置板道床時的1/3倍頻程譜線性平均得到的振動加速度級見圖5。列車通過時段，鋼彈簧浮置板道床的鋼軌鉛垂向、浮置板鉛垂向、隧道壁鉛垂向振動加速度有效值分別為13.68m/s2、3.01m/s2、0.009m/s2；振動加速度級分別為142.7dB、129.6dB、78.9dB。

對比普通整體道床，鋼彈簧浮置板道床0.5～1000Hz范圍內(nèi)鋼軌鉛垂向振動加速度級減小了5dB；隧道壁鉛垂向振動加速度級減小了18.7dB；浮置板（對比道床）鉛垂向振動加速度級增大了23.2dB。鋼彈簧浮置板道床與普通整體道床鋼軌鉛垂向、道床鉛垂向、隧道壁橫向、隧道壁鉛垂向振動加速度對比見圖6。

圖5 鋼彈簧浮置板道床鋼軌、浮置板、隧道壁1/3倍頻程振動加速度級

圖6 鋼彈簧浮置板道床與普通整體道床的隧道壁鉛垂向振動加速度對比

5.2.2 鋼彈簧浮置板道床的鉛垂向減振效果

（1）VLzmax（1～80Hz）

按照規(guī)范[5]計權(quán)得到的普通整體道床隧道壁VLzmax為75.5dB；鋼彈簧浮置板道床隧道壁VLzmax為60.2dB，插入損失ΔVLzmax為15.3dB。

（2）鉛垂向分頻最大振級VLzmax(i)（4～200Hz）

根據(jù)規(guī)范[4]規(guī)定，對15趟地鐵列車通過時隧道壁鉛垂向振動加速度1/3倍頻程譜線性平均，按規(guī)范[6]頻率計權(quán)得到的4～200Hz范圍內(nèi)的分頻振級見圖7。普通整體道床隧道壁VLzmax(i)為74.6dB（中心頻率為50Hz）；鋼彈簧浮置板道床隧道壁VLzmax(i)為53.1dB（中心頻率為63Hz）。

圖7 隧道壁分頻振級

6 結(jié)語

通過具體工程案例，介紹了區(qū)間無泵房處鋼彈簧浮置板的設(shè)計方案，并通過仿真計算和現(xiàn)場實測驗證了該方案的合理性。仿真計算的結(jié)果為，采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 453—2008）標準計權(quán)，開孔浮置板的Z振級理論減少量15.7dB。通過測試結(jié)果可看出，開孔的鋼彈簧浮置板的隔振效果滿足環(huán)評報告的要求，列車通過時傳到隧道壁的Z振級比普通整體道床減少15.3dB。

盡管實測的隔振效果滿足環(huán)評報告的要求，但與常規(guī)浮置板相比還是有所削弱。究其原因有：1）現(xiàn)場測試時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆板（最低點）處存有積水，部分隔振器被浸泡；2）現(xiàn)澆板施工質(zhì)量差，浮置板下的間隙中有雜物；3）泵房埋管處局部貼地發(fā)生短路，導(dǎo)致隔振效果被削減。

綜合以上因素，提出以下建議：1）及時排除最低點處積水，保持隔振器工作狀態(tài)良好；2）提高施工質(zhì)量，浮置板頂升后要及時覆蓋密封條，防止雜物落入浮置板下方的間隙；3）處理泵房埋管處，應(yīng)浮起一定高度且固定牢靠。