車(chē)輛段道砟墊減振特性分析研究

李騰

（北京九州一軌隔振技術(shù)有限公司，北京 100070）

引言

隨著城市土地資源逐漸稀缺，軌道交通發(fā)展迅速。城市軌道交通需設(shè)置一場(chǎng)一段以滿(mǎn)足全線(xiàn)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的需求。車(chē)輛基地內(nèi)部一般需設(shè)置運(yùn)用庫(kù)、聯(lián)合檢修庫(kù)、綜合維修中心、綜合維修樓、食堂宿舍等建筑物，還需要設(shè)置咽喉區(qū)軌道連接庫(kù)內(nèi)軌道及其他建筑單體，所以整個(gè)車(chē)輛基地的體量相對(duì)較大，對(duì)其綜合利用，即上蓋開(kāi)發(fā)也愈發(fā)迫切。在車(chē)輛段上蓋綜合利用開(kāi)發(fā)的同時(shí)，其下部的軌道交通運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)。尤其是車(chē)輛段咽喉區(qū)域，由于道岔眾多，且以小號(hào)碼道岔為主，均存在有害空間，導(dǎo)致振動(dòng)加劇，目前多采用有砟道床的設(shè)計(jì)。與無(wú)砟軌道相比，有砟道床具有一定的減振效果，但也難以滿(mǎn)足車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)的環(huán)境需求，故在某些車(chē)輛段的咽喉區(qū)采用鋪設(shè)道砟墊的方式，以提升其減振性能。

2 道砟墊工程測(cè)試概況

以工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析道砟墊在軌旁和上蓋建筑上的對(duì)比減振效果。工程項(xiàng)目為北京市某地鐵車(chē)輛段，由于其在咽喉區(qū)全部鋪設(shè)減振墊，對(duì)比斷面選擇雙層碎石道床，試驗(yàn)方案為在鋼軌、軌枕、軌旁0.7m、行車(chē)股道上方上蓋位置處設(shè)置加速度傳感器，測(cè)量列車(chē)運(yùn)行時(shí)對(duì)環(huán)境周邊的加速度影響，傳感器具體位置見(jiàn)圖1、圖2；測(cè)試期間采用的設(shè)備見(jiàn)表1。

圖1 咽喉區(qū)軌道斷面?zhèn)鞲衅鞑贾脠D

圖2 雙層碎石軌道斷面?zhèn)鞲衅鞑贾脠D

表1 測(cè)試儀器設(shè)備

分析頻率為1000Hz，為保證測(cè)試精度，在雙層道砟和咽喉區(qū)道砟墊上采取同一列車(chē)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)為避免咽喉區(qū)行車(chē)速度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，列車(chē)時(shí)速統(tǒng)一為25km/h，本工程項(xiàng)目采用B型車(chē)，8節(jié)車(chē)輛編組，軸重14t。

測(cè)試規(guī)程參考標(biāo)準(zhǔn)為《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—1988）。區(qū)域環(huán)境允許的標(biāo)準(zhǔn)值，參照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—1988）。

城市軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)基本評(píng)價(jià)量為列車(chē)通過(guò)時(shí)的鉛垂向VLz10〔按ISO 2631:1-1985規(guī)定的全身振動(dòng)Z計(jì)權(quán)因子計(jì)算，即按照《人體全身震動(dòng)環(huán)境的測(cè)量規(guī)范》（GB/T 13441—1992）中計(jì)權(quán)〕，對(duì)工程中擬采取的軌道減振或樓內(nèi)地板等處理措施提供數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)，其評(píng)價(jià)量見(jiàn)表2。

表2 城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)限值

3 道砟墊測(cè)試數(shù)據(jù)分析

本次測(cè)試中的鋼軌垂向、軌枕垂向、基礎(chǔ)垂向、基礎(chǔ)水平加速度時(shí)域圖見(jiàn)圖3。從圖3鋼軌和軌枕的加速度時(shí)域圖中可明顯判斷出車(chē)輛采取8節(jié)編組，振動(dòng)加速度幅值自鋼軌（20m/s2）、軌枕（3 m/s2）、基礎(chǔ)（0.01m/s2）依次遞減，其幅值衰減明顯。

由圖4可見(jiàn)，列車(chē)在經(jīng)過(guò)道砟墊斷面時(shí)，鋼軌在40Hz以下頻率振動(dòng)大于雙層軌道砟道床的鋼軌垂向振動(dòng)，并可推斷出，有砟軌道-道砟墊的系統(tǒng)固有頻率在40Hz范圍內(nèi)，在低于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，對(duì)鋼軌振動(dòng)具有放大作用，這與經(jīng)典隔振理論相符。

圖3 鋼軌、軌枕、基礎(chǔ)振動(dòng)加速度

圖4 鋼軌垂向振動(dòng)1/3倍頻對(duì)比圖

由圖5可見(jiàn)，在列車(chē)經(jīng)過(guò)道砟墊時(shí)，軌枕的振動(dòng)與雙層道砟處軌枕的振動(dòng)差別不大，但在10～40Hz內(nèi)，有增大的跡象，原因是道砟墊+道砟作為質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，其固有頻率在此范圍內(nèi)，故軌枕振動(dòng)也有增大的現(xiàn)象。

圖5 軌枕垂向振動(dòng)1/3倍頻對(duì)比圖

圖6為軌道兩旁基礎(chǔ)位置測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度對(duì)比圖，在評(píng)價(jià)其振動(dòng)時(shí)采取Z振級(jí)下的集權(quán)值，通過(guò)對(duì)比可知，道砟墊在40Hz后開(kāi)始起減振效果，并在40～200Hz內(nèi)均有良好的減振效果，這覆蓋了軌道交通的典型頻率范圍（60～100Hz），能夠保證在低速范圍（25km/h）咽喉區(qū)的減振需求。

圖6 基礎(chǔ)垂向振動(dòng)Z振級(jí)1/3倍頻程對(duì)比圖

根據(jù)計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，給出在柱基礎(chǔ)位置的減振效果插入損失見(jiàn)表3。

表3 基礎(chǔ)位置VLz10減振效果插入損失

按照GB/T 13441—1992、GB/T 13441.1—2007計(jì)權(quán)得到的插入損失ΔVLz10，均在8.2dB左右，可以推斷該道砟墊減振效果：在25km/h低速狀態(tài)下，采用8B車(chē)輛編組狀態(tài)的減振量，能夠達(dá)到8.2dB。

對(duì)比軌道行車(chē)正上方上蓋的振動(dòng)，其Z振級(jí)下的1/3倍頻譜見(jiàn)圖7。

圖7 二層上蓋垂向振動(dòng)Z振級(jí)1/3倍頻程對(duì)比圖

在列車(chē)經(jīng)過(guò)測(cè)試斷面時(shí)，二層上蓋的振動(dòng)特性，在行車(chē)引起的典型頻率范圍內(nèi)，道砟墊能夠顯著降低行車(chē)對(duì)蓋上振動(dòng)的影響，但在道砟墊固有頻率范圍附近，減振能力降低，符合基本理論。

但對(duì)比兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，上部結(jié)構(gòu)有些不同，咽喉區(qū)道砟墊的上蓋結(jié)構(gòu)有三層，并且為連續(xù)梁結(jié)構(gòu)；雙層碎石道床上部?jī)H為兩層，并且采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，其對(duì)低頻振動(dòng)具有一定的放大作用。上蓋位置VLz10減振效果插入損失見(jiàn)表4。

表4 上蓋位置VLz10減振效果插入損失

4 結(jié)論

綜上所述，在咽喉區(qū)低速行車(chē)區(qū)當(dāng)采用有砟道床結(jié)合道砟墊設(shè)計(jì)，能夠提供良好的減振效果，垂向減振效果可以達(dá)到7dB。對(duì)上蓋開(kāi)發(fā)而言，在咽喉道岔區(qū)，行車(chē)速度在25km/h，采用有砟軌道結(jié)合道砟墊設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到環(huán)境振動(dòng)67dB以下，可滿(mǎn)足居民、文教區(qū)的區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值。