減振設(shè)備在北京地鐵線路中運(yùn)用效果淺析

摘 要：隨著城市化的飛速發(fā)展，交通擁堵成為每個(gè)城市發(fā)展所必須面臨的問題，解決交通擁堵其中一個(gè)最有效的辦法就是建設(shè)具有準(zhǔn)時(shí)高效速達(dá)舒適等優(yōu)點(diǎn)的軌道交通。全國多個(gè)城市都在大量推行軌道交通建設(shè)。隨著軌道交通飛速發(fā)展，隨之而來的一個(gè)重要問題就是軌道交通所帶來的振動(dòng)及噪音污染。對(duì)沿線居民的工作生活都造成嚴(yán)重的影響，每年政府主管部門也接到很多居民關(guān)于振動(dòng)及噪聲的投訴。解決以上問題的根本辦法就是增加減振設(shè)備。由于種種原因，目前在軌道交通建設(shè)中所使用的減振措施絕大多數(shù)都是在線路上采用各種減振產(chǎn)品，以此來減輕振動(dòng)及噪聲對(duì)軌道交通沿線建筑物帶來的影響。

本文主要針對(duì)各種振動(dòng)及噪聲類型所出現(xiàn)的如梯形軌枕、鋼彈簧浮置板、軌道減振器等各種減振產(chǎn)品的減振原理進(jìn)行分析。同時(shí)，以北京地鐵為例，對(duì)各種減振設(shè)備在北京地鐵所應(yīng)用的效果進(jìn)行分析，希望以后軌道交通的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營能夠作為參考。

1.振動(dòng)及噪聲的成因

列車引起的噪聲可分為4個(gè)部分：輪軌噪聲、集電噪聲、車廂的空氣動(dòng)力噪聲和橋梁結(jié)構(gòu)的二次振動(dòng)噪聲。軌道交通的主要噪聲源隨著列車的運(yùn)行速度的變化而變化。當(dāng)列車速度小于60 km/h時(shí)，主要噪聲源為動(dòng)力系統(tǒng)噪聲;當(dāng)列車速度在60～200 km/h時(shí)，主要表現(xiàn)為輪軌噪聲;當(dāng)列車速度大于200 km/h時(shí)，主要是為空氣動(dòng)力噪聲。 我國的軌道交通運(yùn)行速度一般為80 km/h，噪聲的主要來源是輪軌噪聲。解決好輪軌噪聲是解決城市軌道交通減振降噪的關(guān)鍵。[1]

2.減振設(shè)計(jì)原理

城市軌道交通軌道減振降噪工程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要相關(guān)專業(yè)共同配合、綜合治理才能取得滿意的效果。減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)的比選，需要根據(jù)具體的環(huán)評(píng)要求，進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。只有合理的選擇減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)型式，才能既經(jīng)濟(jì)、又合理地實(shí)現(xiàn)軌道的減振降噪，從而真正解決城市軌道交通給城市帶來的振動(dòng)與噪聲問題。[2]

3.減振措施及應(yīng)用效果分析

軌道交通中普遍采用的減振措施一般均為綜合減振措施，主要有以下幾個(gè)方面：

3.1采用60kg/m重型鋼軌無縫線路，減少鋼軌接頭，降低輪軌間沖擊作用引起鋼軌的振動(dòng)加速度。

3.2運(yùn)營中定期進(jìn)行鋼軌打磨、車輪鏇圓。

3.3采用減振設(shè)備。以下主要探討在北京地鐵中大面積使用的幾種減振設(shè)備的構(gòu)造原理及應(yīng)用效果。

1.梯形軌枕道床

梯形軌枕道床由梯形軌枕、彈性支墩、混凝土底座構(gòu)成。通過將梯形軌枕支撐在聚氨酯質(zhì)的減振材料上，達(dá)到制約軌道振動(dòng)、減弱傳動(dòng)到支撐構(gòu)造物上的振動(dòng)強(qiáng)度、降低構(gòu)造物噪聲的目的。

梯形軌枕在北京地鐵應(yīng)用較廣泛，從地鐵5號(hào)線開始鋪設(shè)試驗(yàn)段，到后面的新線建設(shè)中大面積使用。梯形軌枕本身減振效果較好，其所使用的高性能預(yù)應(yīng)力混凝土也能夠在一定程度上減輕養(yǎng)護(hù)維修的工作量，但是產(chǎn)品加工及施工環(huán)節(jié)中的一些問題卻給梯形軌枕道床的運(yùn)營維護(hù)帶來了影響。在北京地鐵房山線高架橋減振地段全部使用了梯形軌枕道床進(jìn)行減振，但是從開通半年開始，房山線梯形軌枕多處出現(xiàn)了裂縫。有些裂縫的寬度甚至能夠伸進(jìn)手指，過多的裂縫導(dǎo)致梯形軌枕道床無法保持軌道結(jié)構(gòu)框架尺寸，給運(yùn)營增加了許多安全隱患。因此設(shè)計(jì)階段就應(yīng)對(duì)廠家加工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制及施工時(shí)對(duì)交界面的處理及施工質(zhì)量控制提出要求，以此來保證運(yùn)營時(shí)設(shè)備狀態(tài)的穩(wěn)定。

2.鋼彈簧浮置板道床

鋼彈簧浮置板軌道是將具有一定質(zhì)量和剛度的混凝土道床板浮置在鋼彈簧隔振器上，構(gòu)成質(zhì)量一彈簧隔振系統(tǒng)。其隔振系統(tǒng)構(gòu)造可分為下部基礎(chǔ)、彈性隔振器、混凝土浮置板、軌道結(jié)構(gòu)、剪力鉸5部分。[5]

鋼彈簧浮置板在北京地鐵線路中使用的也非常廣泛，最早在13號(hào)線中就開始使用，從5號(hào)線建設(shè)開始大范圍的出現(xiàn)在地鐵線路中，現(xiàn)在北京地鐵4、5、6、9、10、13、房山線、亦莊線等多條線路中都使用了此設(shè)備。

鋼彈簧浮置板道床的減振效果極好，但是如果設(shè)計(jì)時(shí)因?yàn)槊つ靠紤]道床板的承載力計(jì)算而忽略了截面形式對(duì)運(yùn)營的影響就會(huì)造成事故的隱患。2012年北京地鐵10號(hào)線發(fā)生了一起由于列車通過鋼彈簧浮置板道床時(shí)引起振動(dòng)造成了線路專業(yè)維修人員臨時(shí)存放在線路附近的備用材料滑落，造成了接觸軌短路從而影響了正常運(yùn)營。（圖1）

如圖1所示，該地段道床截面設(shè)計(jì)中，線路中心采用了凸臺(tái)，同時(shí)將在接觸軌后面道床也設(shè)計(jì)成了高臺(tái)形式，從而形成了鋼軌臥在槽里的效果。造成了存放在接觸軌后面的備用材料因列車振動(dòng)從臺(tái)上滑落，同時(shí)與接觸軌及走行軌接觸造成了接觸軌短路。此外，這種道床截面形式還造成了線路專業(yè)在養(yǎng)護(hù)維修中無法進(jìn)行更換鋼軌及鋼軌打磨作業(yè)，在線路狀態(tài)不穩(wěn)定的地段也無法安裝軌距拉桿，給運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)維修造成了極大的不便及嚴(yán)重的安全隱患。

3.軌道減振器扣件

軌道減振器扣件是將承軌板和底座通過橡膠圈硫化在一起，利用橡膠的剪切變形提供豎向和橫向彈性，通過橡膠的阻尼特性達(dá)到隔振減振的目的，其減振效果可達(dá)到10dB左右，使用于中級(jí)減振地段。[6]

軌道減振器扣件是在北京地鐵應(yīng)用較早的一種減振設(shè)備，在北京地鐵13、八通線、5、10、15、亦莊線中都做為主力產(chǎn)品應(yīng)用在中級(jí)減振地段中。

在運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)在軌道減振器扣件地段產(chǎn)生了嚴(yán)重的鋼軌波浪形磨耗。由于列車通過鋼軌波磨地段時(shí)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)及尖銳的嘯叫聲，對(duì)沿線居民的生活造成了非常嚴(yán)重的影響。同時(shí)，由于劇烈的振動(dòng)，造成了線路扣件折斷的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，為運(yùn)營帶來了安全隱患;而波磨目前在國際上還沒有根治的方法，只能通過定期打磨來處理，這也大量的增加維修保養(yǎng)得工作量。此問題在大量使用軌道減振器扣件的5號(hào)線及10號(hào)線尤為突出。

4.結(jié)論及建議

減振降噪應(yīng)以工程環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告為依據(jù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)研，明確振動(dòng)與噪聲的保護(hù)對(duì)象和范圍，確定期望值，根據(jù)線路鋪設(shè)形式、地質(zhì)條件等合理選型。減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意：

4.1盡量使用較為成熟且有成功案例的產(chǎn)品，避免在運(yùn)營線路作試驗(yàn)段。

4.2選型時(shí)應(yīng)充分考慮運(yùn)營后的使用效果，避免引入次生病害。

4.3充分考慮運(yùn)營維護(hù)的需要，盡量使用便于維護(hù)的設(shè)備類型及結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭積程 城軌交通軌道減振設(shè)計(jì)分析 現(xiàn)代城市軌道交通[J]2010（05） 29-32

[2]李建斌 城市軌道交通軌道減振降噪設(shè)計(jì)研究 石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)[J] 2011（3）? ?73-77

[3]蘇宇等 梯形軌道減振性能研究 鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[J] 2007（10） 71-74

[4]張珍珍 梯形軌枕軌道力學(xué)性能分析 鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)[J]2010（6）34-37

[5]孫曉靜等 浮置板軌道結(jié)構(gòu)在城市軌道交通減振降噪上的應(yīng)用中國安全科學(xué)學(xué)報(bào) [J] 2005（8） 65-69

[6] 鄧嬌等 Ⅲ型軌道減振器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[J] 2007（10）44-46

作者簡(jiǎn)介：

邳士萌（1991-10-）女，漢，籍貫：天津市，最高學(xué)歷：大學(xué)本科;目前職稱：初級(jí)政工師;研究方向：軌道交通線路工程。