車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)軌道振動(dòng)噪聲控制技術(shù)研究

馬曉華，曲 村，鄭瑞武

(1. 北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037；2. 北京市軌道結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，北京 100037；3. 城市軌道交通綠色與安全建造技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100037)

自20世紀(jì)60年代北京建成第一條地鐵線路以來(lái)，經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，中國(guó)進(jìn)入了城市軌道交通的蓬勃發(fā)展期[1]，北京、上海、廣州等多個(gè)城市相繼進(jìn)入城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)時(shí)代，城市軌道交通已經(jīng)成為解決大中城市交通問(wèn)題的主要方式。

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，工程建設(shè)占用了大量的城市土地，其中車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))占地面積較大，但土地利用率卻相對(duì)偏低。隨著城市軌道交通線網(wǎng)的完善，城市規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，而土地作為稀缺資源，利用價(jià)值不斷攀升。因此，有必要對(duì)車(chē)輛段的土地進(jìn)行綜合利用。目前，對(duì)車(chē)輛段土地進(jìn)行上蓋開(kāi)發(fā)已成為一種趨勢(shì)。

車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)是在保證軌道交通功能的前提下，結(jié)合車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))布局特點(diǎn)進(jìn)行的開(kāi)發(fā)利用，除南京地鐵1號(hào)線南延線大學(xué)城停車(chē)場(chǎng)是高架模式外，其余物業(yè)開(kāi)發(fā)一般均為地毯模式。目前，上蓋開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)形式主要有轉(zhuǎn)化層大平臺(tái)和核心筒落地(剪力墻落地)兩類，上蓋區(qū)多采用梁式轉(zhuǎn)換或隔振支座，如寧波地鐵天童莊車(chē)輛段、杭州地鐵七堡車(chē)輛段、北京地鐵東小營(yíng)車(chē)輛段等。

上蓋開(kāi)發(fā)的建筑類型很多，主要包括住宅、學(xué)校、醫(yī)院、商業(yè)辦公、休閑娛樂(lè)、綠地等。早期的上蓋開(kāi)發(fā)主要集中在運(yùn)用庫(kù)和部分落地區(qū)，如北京地鐵郭公莊車(chē)輛段、平西府車(chē)輛段，無(wú)錫地鐵雪浪停車(chē)場(chǎng)等；后期逐漸向車(chē)輛段咽喉區(qū)擴(kuò)展，如北京地鐵五路停車(chē)場(chǎng)、杭州地鐵五常車(chē)輛段、福州地鐵新店車(chē)輛段等；現(xiàn)在很多車(chē)輛段都進(jìn)行了全上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)，如北京地鐵北安河車(chē)輛段、東小營(yíng)車(chē)輛段、石家莊地鐵嘉華車(chē)輛段等。

目前我國(guó)對(duì)地鐵車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))進(jìn)行上蓋開(kāi)發(fā)的主要有香港、北京、上海、廣州、深圳、杭州、蘇州、無(wú)錫、合肥、長(zhǎng)沙、廈門(mén)、福州、鄭州、石家莊、寧波、武漢、西安等城市[2-4]。

1 車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)發(fā)展歷程

香港地鐵在1977年建設(shè)荃灣線時(shí)，就考慮了地鐵上蓋開(kāi)發(fā)。隨著荃灣線荃灣車(chē)輛段、將軍澳線將軍澳車(chē)輛段、港島線柴灣車(chē)輛段的成功開(kāi)發(fā)，我國(guó)其他城市也陸續(xù)開(kāi)始了地鐵車(chē)輛段的上蓋開(kāi)發(fā)建設(shè)。

我國(guó)內(nèi)地早期在北京地鐵1號(hào)線四惠車(chē)輛段進(jìn)行了上蓋開(kāi)發(fā)的嘗試，結(jié)構(gòu)型式為2層大平臺(tái)[5]，上蓋開(kāi)發(fā)建筑直接位于平臺(tái)頂面，除車(chē)輛段外，復(fù)八線、八通線正線均從大平臺(tái)下通過(guò)。目前，車(chē)輛通過(guò)時(shí)上蓋開(kāi)發(fā)的房屋內(nèi)輪軌振動(dòng)噪聲明顯，體感較差。隨著軌道交通建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的不斷發(fā)展，城市軌道交通引發(fā)的居民投訴也不斷增加，在2008年之前，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局要求車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))等設(shè)施與居民區(qū)等敏感目標(biāo)的距離控制在30 m以上，上蓋開(kāi)發(fā)除了四惠車(chē)輛段的嘗試外，基本上處于停滯狀態(tài)。

2008年后，隨著北京奧運(yùn)會(huì)的舉辦，軌道交通帶來(lái)周邊土地的升值，越來(lái)越多的人口涌入大城市，住房供求關(guān)系日趨緊張。上海、北京等城市物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目相繼落地。

隨著軌道交通技術(shù)的進(jìn)步和大城市住宅需求的不斷攀升，國(guó)家對(duì)于車(chē)輛段開(kāi)發(fā)的態(tài)度也在發(fā)生轉(zhuǎn)變。2015年以后國(guó)家生態(tài)環(huán)境部提出：在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，不反對(duì)車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))上蓋建設(shè)敏感建筑物。

目前，全國(guó)各大城市地鐵車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)建設(shè)開(kāi)展得如火如荼，但也存在著軌道振動(dòng)噪聲超標(biāo)[6]、消防與降噪沖突等方面的問(wèn)題。本文主要對(duì)已有工程出現(xiàn)的軌道振動(dòng)噪聲問(wèn)題和控制措施進(jìn)行總結(jié)和分析，為后續(xù)工程提供技術(shù)支持。

2 車(chē)輛段上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)的振動(dòng)與噪聲分析

車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))一般包含出入線、庫(kù)外線、庫(kù)內(nèi)線，車(chē)輛段還包含試車(chē)線，主要承擔(dān)停車(chē)列檢、綜合維修、試車(chē)等作業(yè)。車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))線路特征與正線有明顯區(qū)別：空車(chē)低速運(yùn)行、曲線半徑小，大部分線路位于平坡，接頭多、道岔多。

車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))相較于正線有以下特點(diǎn)：

(1) 早上發(fā)車(chē)時(shí)間比正線早，晚上收車(chē)時(shí)間比正線晚，振動(dòng)及噪聲的影響時(shí)段比正線更長(zhǎng)。

(2) 車(chē)輛段上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)完全在其正上方，列車(chē)引起的振動(dòng)波不經(jīng)過(guò)土體的衰減，直接通過(guò)道床、立柱傳遞到上蓋作用的平臺(tái)上，影響更大。

(3) 庫(kù)外線最小曲線半徑一般為150 m，列車(chē)通過(guò)小半徑曲線時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦嘯叫聲[7]。

(4) 除試車(chē)線外一般均采用普通線路，車(chē)輛經(jīng)過(guò)鋼軌接頭時(shí)“咣當(dāng)”聲頻繁出現(xiàn)[8]。

(5) 庫(kù)外線道岔多采用50 kg/m鋼軌7號(hào)系列道岔，為固定型轍叉，車(chē)輛通過(guò)道岔“有害空間”的振動(dòng)放大聲明顯。

車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))振源主要是軌道車(chē)輛在鋼軌行駛時(shí)，輪軌的不平順及車(chē)輪與軌道的摩擦、撞擊等造成的，會(huì)通過(guò)車(chē)輪及鋼軌以及軌枕、道床等結(jié)構(gòu)向外傳播[9]。由于輪軌沖擊作用而引起軌道振動(dòng)，該振動(dòng)波通過(guò)道床傳遞到上蓋，激發(fā)周邊建筑物產(chǎn)生振動(dòng)，并進(jìn)一步誘發(fā)室內(nèi)結(jié)構(gòu)的二次振動(dòng)和振動(dòng)噪聲[10-11]。

噪聲主要來(lái)源于車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))自身公用設(shè)備運(yùn)行、汽車(chē)噪聲、車(chē)輛段運(yùn)行噪聲、地鐵風(fēng)亭和冷卻塔噪聲等。

本文主要針對(duì)軌道專業(yè)設(shè)計(jì)可以改善的輪軌振動(dòng)及二次結(jié)構(gòu)噪聲進(jìn)行分析。

3 運(yùn)營(yíng)車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)采取的減振降噪措施

車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)，目前多采用源強(qiáng)減振，其中軌道減振措施最為成熟。國(guó)外常采用的措施有減振接頭夾板、減振扣件和鋼軌阻尼等。

上蓋開(kāi)發(fā)除了源強(qiáng)減振外還應(yīng)考慮采取綜合減振降噪措施，傳播途徑的減振降噪包含隔振溝、剛性排樁或筏基等；建筑物減振降噪可以考慮采用隔振支座、浮置樓板等減振措施，聲屏障、隔音玻璃、隔音窗等降噪措施。國(guó)內(nèi)目前在地鐵上蓋開(kāi)發(fā)中采取了多種措施，技術(shù)較國(guó)外更為先進(jìn)、種類更多，現(xiàn)運(yùn)營(yíng)車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)，多是考慮振源減振，采取軌道類的減振降噪措施，主要措施分析如下。

3.1 鋼軌類措施

鋼軌作為輪軌的接觸面，是輪軌沖擊振動(dòng)的源頭，目前常采用的措施主要有：

(1) 保持良好的輪軌關(guān)系。良好的輪軌關(guān)系可以有效地減少輪軌振動(dòng)及產(chǎn)生的二次結(jié)構(gòu)噪聲。目前，國(guó)內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目測(cè)試報(bào)告顯示，同樣的軌道結(jié)構(gòu)形式，不同車(chē)輛通過(guò)，振動(dòng)差別為3～7 dB；同樣車(chē)輛不同養(yǎng)護(hù)狀態(tài)振動(dòng)差別達(dá)到3～7 dB。建議定期打磨鋼軌、定期鏇輪，在小半徑曲線地段設(shè)置涂油器等措施既可以保持良好的輪軌關(guān)系也可以減少嘯叫聲，也是目前最易采用、最普遍的措施。

(2) 采用重型鋼軌和降低鋼軌高度。地鐵車(chē)輛段項(xiàng)目一般采用50 kg/m鋼軌，這也是地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。根據(jù)以往的研究經(jīng)驗(yàn)，增加鋼軌重量可以有效抑制鋼軌的垂向振動(dòng)，降低鋼軌高度和寬度可以減少鋼軌垂向和橫向輻射。

(3) 減小鋼軌接頭沖擊振動(dòng)。目前，可以通過(guò)采用減振接頭夾板[12]、凍結(jié)接頭和焊接接頭的方式實(shí)現(xiàn)減小鋼軌接頭沖擊振動(dòng)的目標(biāo)。無(wú)上蓋開(kāi)發(fā)的車(chē)輛段多采用普通接頭，接頭沖擊振動(dòng)能量大，在鋼軌接縫處采用減振接頭夾板，可以減小接頭沖擊振動(dòng)，達(dá)到減振的效果。減振接頭夾板主要是通過(guò)將接頭夾板中間部位加高至與軌面平齊，當(dāng)車(chē)輪通過(guò)接頭范圍時(shí)，減振接頭夾板頂面與鋼軌頂面同時(shí)接觸車(chē)輪，減振接頭夾板剛度大，可以減小車(chē)輪通過(guò)軌縫時(shí)的臺(tái)階和折角，從而減小接頭沖擊振動(dòng)。其目前在蘇州地鐵太平車(chē)輛段，長(zhǎng)沙地鐵黃興車(chē)輛段，北京地鐵東小營(yíng)車(chē)輛段、北安河車(chē)輛段、天竺車(chē)輛段等均有采用。

庫(kù)內(nèi)線采用普通線路，后期物業(yè)開(kāi)發(fā)實(shí)施后多建議采用焊接接頭，鋼軌焊接取消了接縫，可以徹底消除列車(chē)通過(guò)時(shí)的沖擊振動(dòng)、打擊噪聲，是最直接減小輪軌沖擊振動(dòng)的方式。庫(kù)外線由于最小曲線半徑多為150 m，且道岔數(shù)量多，不滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2013)鋪設(shè)無(wú)縫線路的條件，不建議大面積采用焊接接頭。

將準(zhǔn)備好的插干挖穴栽植，每穴垂直插干一株。插干所需洞穴由人工挖深法或水沖法獲得。將剪制好的插條每30個(gè)捆成一捆，頭朝上，插干2/3置于清潔的流水中浸泡，時(shí)間約30～40d為宜。若無(wú)流水條件，視水位而定(低于插干1/3處)及時(shí)灌水浸泡。

庫(kù)內(nèi)線和試車(chē)線多個(gè)車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)項(xiàng)目通過(guò)采用焊接長(zhǎng)軌條的方式取消接縫，是目前庫(kù)內(nèi)線減振降噪的首選方案之一，北京地鐵五路停車(chē)場(chǎng)、郭公莊、平西府、北安河，杭州地鐵七堡、湘湖等車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))均采用了此類方案。運(yùn)營(yíng)線路采用鋁熱焊較為便捷，從目前焊接方法反饋來(lái)看，鋁熱焊的折損率約為0.5%。北京運(yùn)營(yíng)部門(mén)不建議在既有線上采取鋁熱焊，因此平西府車(chē)輛段和五路停車(chē)場(chǎng)上蓋開(kāi)發(fā)后采取了凍結(jié)接頭。東小營(yíng)車(chē)輛段采用移動(dòng)閃光焊，相較于鋁熱焊、閃光焊焊接效果更好，質(zhì)量更容易控制。

(4) 采用鋼軌阻尼降噪裝置。庫(kù)外線最小曲線半徑多為150 m，輪軌作用產(chǎn)生的噪聲比較大，建議在庫(kù)外線鋪設(shè)鋼軌阻尼降噪裝置。鋼軌阻尼降噪裝置主要用于降低噪聲及延緩鋼軌的波磨，產(chǎn)品的有效作用頻率范圍應(yīng)在800～8 000 Hz。

鋼軌阻尼降噪裝置[13-14]在上海地鐵吳中路車(chē)輛段、蘇州地鐵太平車(chē)輛段、杭州地鐵七堡車(chē)輛段、北京地鐵東小營(yíng)、北安河車(chē)輛段等均有采用。鋼軌阻尼降噪裝置主要有兩類產(chǎn)品，一類是調(diào)頻式鋼軌阻尼降噪裝置(TRD)，如圖1所示；一類是寬頻型鋼軌阻尼減振降噪裝置(TMD)，如圖2所示。

TRD作用原理為：當(dāng)鋼軌發(fā)生振動(dòng)時(shí)，諧振質(zhì)量塊產(chǎn)生諧振，轉(zhuǎn)移吸收鋼軌振動(dòng)能量，抑制鋼軌振動(dòng)，衰減鋼軌振幅，降低鋼軌的振動(dòng)和噪聲輻射。

TMD是在鋼軌表面設(shè)置由阻尼材料和約束板構(gòu)成的復(fù)合阻尼板并在軌腰設(shè)置吸振器。采用這種阻尼結(jié)構(gòu)后，列車(chē)運(yùn)行時(shí)鋼軌的振動(dòng)強(qiáng)迫阻尼體產(chǎn)生剪切變形，將鋼軌的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，降低鋼軌所產(chǎn)生的振動(dòng)，相應(yīng)的噪聲也大幅降低。軌腰吸振器通過(guò)調(diào)整質(zhì)量塊和彈簧系統(tǒng)的剛度可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)頻。

采用鋼軌類的減振措施在正線上減振效果不小于3 dB，低速狀態(tài)下缺乏測(cè)試數(shù)據(jù)，工程設(shè)計(jì)中認(rèn)為采用此類措施可以有效緩解輪軌振動(dòng)對(duì)上蓋建筑的影響；鋼軌阻尼降噪裝置在招標(biāo)中要求在車(chē)輛段使用降噪效果不小于3 dB。

3.2 扣件類措施

1) 將普通扣件更換為減振扣件

扣件類減振措施是指通過(guò)更換車(chē)輛段的普通扣件為減振扣件達(dá)到減振的效果，在北京地鐵五路停車(chē)場(chǎng)、郭公莊車(chē)輛段、平西府車(chē)輛段、北安河車(chē)輛段、鄭州地鐵鐵爐西車(chē)輛段等均有采用。車(chē)輛段減振扣件主要有壓縮型扣件、浮軌式扣件兩類，壓縮型扣件包含雙層非線性減振扣件和分體嵌套式減振扣件。浮軌式扣件如圖3所示，雙層非線性減振扣件如圖4所示，分體嵌套式減振扣件如圖5所示。

圖3 浮軌式扣件

圖4 雙層非線性減振扣件

圖5 分體嵌套式減振扣件

浮軌式扣件把約束鋼軌的部位由軌底移動(dòng)到軌腰，從鋼軌兩側(cè)夾緊鋼軌，正常工作時(shí)鋼軌處于懸浮狀態(tài)，利用彈性體的剪切特性，最大限度地獲得低的垂向剛度，減少振動(dòng)向軌下基礎(chǔ)傳播，目前此類扣件在北京地鐵五路停車(chē)場(chǎng)、北安河車(chē)輛段、福州地鐵新店車(chē)輛段等有所采用。

(1) 雙層非線性減振扣件采用分離式結(jié)構(gòu)，由軌下橡膠墊板、上鐵墊板、中間橡膠墊板、下鐵墊板和自鎖機(jī)構(gòu)等組成，利用兩層橡膠墊板的壓縮變形實(shí)現(xiàn)減振，橡膠墊板與鐵件分離，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)更換。雙層非線性減振扣件目前主要應(yīng)用于北京地鐵磁各莊車(chē)輛段、西安地鐵阿房宮車(chē)輛段等。

(2) 分體嵌套式減振扣件采用子母鐵墊板分體嵌套的理念，由子鐵墊板、基礎(chǔ)彈性墊板、母鐵墊板、絕緣緩沖嵌套圈和其余常規(guī)零件如彈條、螺旋道釘、軌距墊等組成，該扣件的特點(diǎn)是：可與普通扣件實(shí)現(xiàn)通用互換；減振能力達(dá)到同類產(chǎn)品較高水平；造價(jià)便宜；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆卸方便，可更換減振橡膠，降低維修費(fèi)用等。分體嵌套式減振扣件目前主要應(yīng)用于西安地鐵阿房宮車(chē)輛段。

減振扣件多用于庫(kù)內(nèi)線的減振，也應(yīng)用于北京地鐵北安河車(chē)輛段和磁各莊車(chē)輛段等庫(kù)外線。

2) 更換扣件墊板為高彈性墊板

更換扣件墊板[15-16]通過(guò)將普通扣件墊板更換為彈性更好的材料達(dá)到減振效果。在車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)初期，在深圳地鐵蛇口西車(chē)輛段、塘朗車(chē)輛段，長(zhǎng)沙地鐵黃興車(chē)輛段，無(wú)錫地鐵雪浪停車(chē)場(chǎng)等采用了將庫(kù)內(nèi)扣件墊板更換為熱塑聚酯高彈性墊板的措施，通過(guò)降低扣件節(jié)點(diǎn)靜剛度以滿足減振的需求。該方案相較于其他減振措施投資低、養(yǎng)護(hù)維修工作量小，但其減振效果也較為依賴于中標(biāo)廠家提供產(chǎn)品的質(zhì)量。

扣件類減振措施在正線的減振效果一般不小于5 dB，車(chē)輛段低速狀態(tài)下減振效果測(cè)試數(shù)據(jù)比較少，暫沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 軌枕類措施

1) 合成軌枕

目前為止僅在北京地鐵北安河車(chē)輛段庫(kù)外線上蓋開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中采用過(guò)合成軌枕作為減振降噪措施，主要使用在道岔區(qū)，合成軌枕的優(yōu)勢(shì)在于其與各種扣件配套使用靈活，但相對(duì)成本較高。

2) 梯形軌枕

梯形軌枕是一種在正線常用的高等減振措施，主要應(yīng)用在廣州、上海等地的地鐵車(chē)輛段項(xiàng)目，出入線和試車(chē)線均有使用，梯形軌枕鋪設(shè)示意如圖6所示。調(diào)研發(fā)現(xiàn)常使用的梯形軌枕為在縱梁下部鋪設(shè)減振墊，主要由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土縱梁與鋼軌形成雙彈性疊合梁，增大軌道抗彎剛度，擴(kuò)大輪軌力分布范圍，降低基底輪軌動(dòng)態(tài)力的峰值和變化幅度，從而改善輪軌動(dòng)力學(xué)性能，起到減振作用。該方案實(shí)施時(shí)需要注意在小半徑曲線段鋪設(shè)的精度。

圖6 梯形軌枕鋪設(shè)示意

合成軌枕在車(chē)輛段是否存在減振效果有爭(zhēng)議，梯形軌枕正線減振效果不小于10 dB，車(chē)輛段梯形軌枕的減振效果在行業(yè)內(nèi)尚未達(dá)成共識(shí)。

3.4 道床類措施

1) 減振墊

減振墊在碎石道床和整體道床均有鋪設(shè)，墊按照材質(zhì)可以分為橡膠和聚氨酯兩大類。橡膠類材料利用橡膠下部凸臺(tái)的變形、橡膠實(shí)體的剛度和阻尼層實(shí)現(xiàn)減振的目標(biāo)；聚氨酯類是由聚氨酯材料發(fā)泡而成的微孔彈性體形成，通過(guò)實(shí)體的高彈特性實(shí)現(xiàn)減振。

碎石道床區(qū)減振墊施工時(shí)，首先在滿足壓實(shí)度要求的路基上開(kāi)挖厚度不小于200 mm的基底，綁好鋼筋，澆筑混凝土底板，鋪設(shè)減振墊和道砟，起道至設(shè)計(jì)高程。其在國(guó)內(nèi)大多數(shù)車(chē)輛段上蓋項(xiàng)目庫(kù)外線和試車(chē)線上均有使用，庫(kù)外線減振墊如圖7所示。庫(kù)內(nèi)線檢查坑地段減振墊鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)橫梁下，按照檢查坑的形式進(jìn)行側(cè)面包裹(按照實(shí)際工況選擇)，庫(kù)內(nèi)線減振墊鋪設(shè)效果如圖8所示。庫(kù)內(nèi)線鋪設(shè)減振墊的項(xiàng)目主要有北京地鐵北安河、東小營(yíng)車(chē)輛段，石家莊地鐵嘉華車(chē)輛段等。該方案需要注意必須鋪設(shè)減振墊基底，以保持良好的狀態(tài)，另外在水位較高地段采用聚氨酯材質(zhì)需要對(duì)材料的吸水率提出要求，以免減振墊泡水后影響減振效果。

圖7 庫(kù)外線減振墊

圖8 庫(kù)內(nèi)線減振墊鋪設(shè)效果

目前北京地鐵16號(hào)線北安河車(chē)輛段在道岔區(qū)采用了減振墊與減振扣件組合的減振措施。

2) 道砟加厚

在車(chē)速、土層相近的深圳地鐵前海車(chē)輛段和橫崗車(chē)輛段采用單層道砟和雙層道砟不同工況下，振動(dòng)源強(qiáng)相差8.1 dB[17]，通過(guò)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)道砟每加厚10 cm相較于普通碎石道床振動(dòng)減弱4 dB，加厚20 cm減弱約6.5 dB。因此，在北京地鐵東小營(yíng)車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)中，庫(kù)外線采取了加厚道砟的方案，交叉渡線區(qū)段加厚20 cm，其余地段加厚10 cm。后期在北京地鐵磁各莊、石家莊地鐵嘉華車(chē)輛段上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中也采用了此方案。該方案工程實(shí)施容易，但在全上蓋開(kāi)發(fā)中需要預(yù)留足夠的軌道結(jié)構(gòu)高度，以免后期影響上蓋下凈空。

3) 鋼彈簧浮置板

車(chē)輛段內(nèi)整體道床鋼彈簧浮置板主要用在出入線整體道床地段和試車(chē)線整體道床，其工況近似于正線工程，相關(guān)案例也比較多。

在合肥地鐵濱湖車(chē)輛段首次采用了碎石道床鋼彈簧浮置板，如圖9所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)固有頻率為6 Hz，在混凝土基礎(chǔ)上設(shè)置現(xiàn)澆槽形板，側(cè)式鋼彈簧隔振器支撐在結(jié)構(gòu)底板，槽形板內(nèi)鋪設(shè)道砟。

圖9 碎石道床鋼彈簧浮置板

此方案需要的軌道結(jié)構(gòu)高度比較大，北京地鐵馬泉營(yíng)車(chē)輛段軌道結(jié)構(gòu)高度為1.84 m，合肥地鐵濱湖車(chē)輛段軌道結(jié)構(gòu)高度為1.35 m，都用在試車(chē)線，相較于以往車(chē)輛段采用的碎石道床基礎(chǔ)處理費(fèi)用也有所增加。上述工程在單開(kāi)道岔區(qū)采用了此方案，而交叉渡線區(qū)因?yàn)楹奢d較大，采用此方案需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，目前沒(méi)有應(yīng)用案例。

正線減振墊、鋼彈簧浮置板的減振效果不小于10 dB，對(duì)于低速狀態(tài)下的減振效果，目前已知的測(cè)試數(shù)據(jù)離散性比較大。

4 結(jié)論及建議

本文通過(guò)調(diào)研和分析目前全國(guó)各城市車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))常用的軌道減振降噪控制措施，在實(shí)際使用中建議根據(jù)工程具體情況選擇合理的方案，建議如下：

(1) 車(chē)輛段開(kāi)發(fā)初期需要結(jié)合振動(dòng)噪聲分布情況，合理設(shè)置上蓋的業(yè)態(tài)分布；上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)中軌道方面的改進(jìn)措施是目前最為成熟的減振降噪控制措施，但是同時(shí)也要意識(shí)到車(chē)輛段的激勵(lì)、荷載與正線不同，軌道專業(yè)對(duì)其研究也處于初期階段，上蓋開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)還要充分考慮綜合減振措施，如隔振措施、結(jié)構(gòu)減振措施等。

(2) 車(chē)輛段內(nèi)行駛車(chē)輛最大的特點(diǎn)是低速、空載，各類措施的減振效果在行業(yè)內(nèi)未達(dá)成共識(shí)，工程中不能將正線的減振效果數(shù)據(jù)引用到車(chē)輛段；另外車(chē)輛段內(nèi)振動(dòng)噪聲的傳播途徑與正線不同，直接由道床、柱傳遞到上蓋，目前對(duì)于車(chē)輛段的減振降噪處于研究階段，有必要對(duì)振源、已采取的措施效果進(jìn)行綜合的測(cè)試研究。

(3) 車(chē)輛段在庫(kù)內(nèi)采用軌道減振措施，建議首選焊接接頭，出庫(kù)速度控制在5 km/h以內(nèi)，東小營(yíng)車(chē)輛段采用的無(wú)縫線路方案相較于普通線路，費(fèi)用增加約25 萬(wàn)元/km，為最成熟、安全性最高的方案。困難時(shí)考慮采用減振扣件或者鋪設(shè)減振墊道床，減振扣件在上蓋開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中應(yīng)用較多，磁各莊車(chē)輛段鋪設(shè)減振扣件增加費(fèi)用約76.3 萬(wàn)元/km；減振墊方案在北安河和東小營(yíng)項(xiàng)目中應(yīng)用，效果如何需要進(jìn)一步驗(yàn)證，東小營(yíng)車(chē)輛段庫(kù)內(nèi)線采用全包裹的減振墊方案，增加費(fèi)用約352.8 萬(wàn)元/km。

車(chē)輛段庫(kù)外線軌道減振降噪措施首選道砟加厚、減振接頭夾板，東小營(yíng)車(chē)輛段采用此方案增加費(fèi)用約為20 萬(wàn)元/km；困難時(shí)考慮鋪設(shè)減振墊或者梯形軌枕，采用減振墊一般增加費(fèi)用506萬(wàn)元/km，梯形軌枕增加費(fèi)用600 萬(wàn)元/km；對(duì)于組合道床的減振措施慎用；庫(kù)外線和試車(chē)線軌道減振降噪控制措施建議采用鋼軌阻尼降噪措施，此措施中應(yīng)采用含質(zhì)量塊、彈簧系統(tǒng)、彈性元件的裝置。試車(chē)線軌道減振措施建議采用鋪設(shè)減振墊或者鋼彈簧浮置板的措施。

(4) 建議車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)下階段進(jìn)一步深化研究鋼軌接頭處的措施，盡量減少道岔區(qū)有害空間的影響。