城市軌道交通工程聚氨酯浮置板減振道床技術應用研究

張 波，張 濤

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

城市軌道交通工程聚氨酯浮置板減振道床技術應用研究

張 波，張 濤

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

重慶軌道交通會展支線軌道工程中首次引進奧地利聚氨醋浮置板減振技術，針對聚氨醋浮置板整體道床施工，總結其施工技術工藝流程。通過對施工工藝的不斷優化和改進，結合聚氨醋浮置板整體道床軌道設計技術要求，采用″先附屬后主體″的施工方式，完成了此種新型減振材料的浮置板整體道床軌道。通過對鋪設道床的減振效果進行試驗和評價，道床質量及減振效果良好，同時對于聚氨醋浮置板整體道床工藝進行了完善，為國內城市軌道交通工程采用聚氨醋浮置板減振技術起到指導性作用。

城市軌道交通；聚氨醋浮置板道床；減振技術；應用

1 概述

隨著城市軌道交通的大規模建設,人們對周邊環境的要求不斷提高,地鐵車輛運行中產生的振動問題越來越受到人們的關注,為了抑制軌道交通的振動和噪聲問題,在軌道交通設計時,從土建結構、軌道、車輛等方面都考慮了減振降噪的措施。軌道系統為車輛提供支承和導向作用,并將車輛荷載傳遞給土建結構,軌道系統的減振對整個系統的減振降噪起到決定性作用。針對不同的減振級別,目前國內城市軌道交通工程不斷應用了多種形式的減振降噪軌道結構［1],已滿足減緩城市軌道交通噪聲污染,創造良好生活環境的需求。

聚氨醋浮置板減振墊是應用于鐵路軌道上部結構的彈性材料,主要構成為聚氨醋微孔彈性體化學材料,具有耐腐蝕性、韌性強度高、彈性性能好、減振性能效果及耐久性能好的特性,又被稱之為“質量-彈簧系統”。其形成的軌道結構是一種中等級減振形式,是我國首次引進奧地利Getzner Werks GmbH公司的一項新型、輕型減振降噪結構形式的減振技術,目前在重慶軌道交通會展支線地下軌道工程中試驗性的投入使用,減振、降噪效果良好,能夠有效減小噪聲和振動頻率對地鐵線路上部及附近居民的影響。

2 聚氨醋浮置板整體道床結構及減振原理

聚氨醋浮置板整體道床軌道是一種新型低噪聲、低振動的軌道系統,它是奧地利Getzner Werks GmbH公司在隔振技術領域研發的又一新項目,先后在德國柏林、韓國首爾、美國紐約、新加坡及香港鐵路線路中有著成功的經驗。結合我國地鐵軌道結構設計形式,聚氨醋浮置板整體道床軌道系統構成主要由道床側墻、聚氨醋浮置板減振墊、道床軌枕及混凝土道床結構等部分組成,詳見圖1。聚氨醋浮置板減振道床由道床兩側側墻和結構基底構成槽形狀,在側墻及基底處滿鋪聚氨醋減振墊,形成槽形聚氨醋減振墊層,在槽內按照標準軌枕間距布置軌枕并澆筑整體道床,在承軌臺中部澆筑承重凸臺,使其滿鋪的減振墊與其道床結構組合連接形成聚氨醋浮置板減振道床軌道系統。

聚氨醋浮置板整體道床軌道屬于輕型中等級減振道床軌道系統,而鋼彈簧浮置板屬于高等級減振整體道床軌道系統。其鋼彈簧減緩振動是依靠隔振桶中預設的彈簧系統,在承受列車運行過程中產生的活載時,靠彈簧系統收縮減緩對軌道及傳遞至道床的振幅,從而有效起到減振作用；而聚氨醋浮置板則依靠自身設計的微孔收縮反彈,將承受的振幅在傳遞至減振墊表面時給予削弱,從而起到減振降噪的功效。

圖1 聚氨醋浮置板整體道床軌道結構（單位：mm)

減振原理:聚氨醋浮置板整體道床軌道系統通過聚氨醋減振墊支撐在混凝土道床底部及兩側,車輛荷載作用在整體道床上,之后通過整體道床承軌臺及承重凸臺將所受荷載傳遞于聚氨醋減振墊,這樣就形成了一個質量-彈簧減振系統,通過減振墊材料達到減振降噪的目的。聚氨醋浮置板減振道床軌道與普通整體道床軌道相比較,實現了減振材質輕量級的彈簧系統,從而提高了減振降噪效果。通過理論分析及試驗,該系統減振降噪效果可達15 dB,其減振頻率在22 Hz以上,在70～125 Hz頻率段減振效果最為顯著,測試基底鋪設的減振墊在發生最大減振量100 Hz時,其處的加速度超級插入損失為38.17 dB［3]。

3 聚氨醋浮置板整體道床軌道試驗效果

3.1 減振效果試驗對比

針對首次使用于城市軌道交通工程中的聚氨醋浮置板整體道床進行的一系列測試,通過將地下線普通整體道床與之對比,其普通道床鉛垂方向的振動級最大值達到72.6 dB,而聚氨醋微孔彈性減振墊,鉛垂方向的振動級最大值減小到57.0 dB,該值低于《城市區域環境振動標準》中對于居民文教區晝間70 dB,夜間65 dB的要求［1],減振效果明顯。普通整體道床與聚氨醋浮置板減振整體道床隧道壁鉛垂方向振動值測試對比見表1、表2。

3.2 聚氨醋浮置板減振軌道系統測試結論

對于施工完成的聚氨醋浮置板整體道床軌道減振墊測試時,在大于22 Hz的頻率段上其插入損失值＞0,說明滿鋪于道床基底的減振墊減振工作頻率為22 Hz以上。而在70～125 Hz頻率段內減振的效果最為明顯,最大減振量發生在100 Hz處,基底測點在100 Hz處的加速度級插入損失為38.17 dB,基底測點2的Z振級插入損失為21.37 dB,基底測點5的Z振級插入損失為20.97 dB,兩者平均值為20.17 dB,詳見圖2。

表1 測試普通整體道床VLZmax、VLZ10值對比dB

表2 測試減振浮置板VLZmax、VLZ10值對比dB

測試結果最終表明:

(1)試驗軌道系統自振頻率為16.4 Hz,理論計算結果為14.8 Hz；

(2)減振工作頻率為22 Hz以上；

(3)在70～120 Hz頻率段內減振效果最為明顯,最大減振量發生在100 Hz處,基底測點在100 Hz處的加速度級插入損失為38.17 dB；

(4)基底測點Z振級插入損失為15.98 dB(根據國家標準GB10071―88,分析頻段取1～80 Hz)；

(5)基底測點Z振級插入損失為21.17 dB(根據行業標準JGJ/T170―2009,分析頻段取4～200 Hz)。

由此表明,聚氨醋微孔浮置板減振材料與道床整體形成了一個質量彈簧系統,其聚氨醋微孔減振墊具有最低的動靜態剛度比和對車輛運行過程中產生振幅降低的性能,對于微孔減振墊材料在支撐上部道床結構部分傳授的荷載時,動態剛度可能還會由于振幅頻率和荷載的大小產生較小的變化,采用在槽形道床基底及側墻范圍內鋪設減振墊,又可稱之為全表面彈性支撐彈簧系統,相當于超臨界頻率范圍內,可將結構傳播噪聲平均減緩至30 dB范圍內,實現城市軌道交通工程減振目的。

4 聚氨醋浮置板整體道床軌道技術應用

4.1 聚氨醋浮置板減振墊軌道系統鋪設方式及施工流程

圖2 聚氨醋浮置板整體道床減振效果測試數據分析

聚氨醋浮置板減振整體道床軌道系統施工中,在奧地利聚氨醋微孔彈性材料專家的支持和現場指導下,對于鋪設施工方案進行了多次調整細化,以確保鋪設的側墻減振墊和基底減振墊完全呈隔離狀態,避免剛性搭接,形成聲橋,影響減振效果,打破常規軌道施工方式,以“先附屬后主體”方式完成減振系統鋪設,見圖3。

圖3 先施工的側墻

在聚氨醋減振浮置板整體道床軌道系統施工中,對鋪設軌道的結構底板找平處理完成后,進行整體道床側墻施工,對側墻施工的位置、幾何尺寸精度嚴格控制直至檢測修正完畢后,鋪設聚氨醋微孔減振墊材料,隨后采用“機械鋪軌法”先進行一次性澆筑整體道床,待強度滿足要求后,綁扎道床凸臺鋼筋并澆筑完成聚氨醋浮置板整體道床軌道施工,完成聚氨醋浮置板整體道床澆筑施工,工藝流程見圖4。

4.2 聚氨醋浮置板減振墊軌道系統鋪設要求

(1)基底清理:對于鋪設聚氨醋浮置板減振墊地段,必須對結構基底進行找平和清潔,對于不平整度控制在+4 mm以內進行驗收,同時避免基底表面出現尖銳突起,損壞材料,同時對于結構底板必須保證不能有可見的水,對于滲水、結構漏水處必須及時處理,確保結構底板干燥。

(2)不同結構形式鋪設:對于盾構形式的弧形基底,減振墊作為一個整體(沒有底墊與側墊之分)鋪設減振墊必須達到規定高度,通過測量確定兩段無誤后即可定位；對于矩形的槽形結構基底,應當首先鋪設底墊,然后鋪設側墊,其減振墊的下表面必須與精確處理平整的結構底部密貼接觸。如圖5所示。

圖4 聚氨醋浮置板減振軌道系統施工工藝流程

圖5 不同結構形式鋪設的減振墊

(3)當軌道板減振墊鋪設完成之后,側墊上部與軌道板和基底側面之間的接頭空隙處要用專用的密封膠進行密封,保證側墻及結構底板的減振墊形成一個整體,保證減振墊在道床澆筑完成后形成的質量-彈簧系統發揮其減振降噪性能。如圖6所示。

圖6 對減振墊進行專用密封膠密封

(4)減振墊底墊和側墊鋪設完畢后,可以作為澆筑模板在上面澆混凝土道床。澆筑前應當根據軌道板的設計對其進行配筋。為了防止鋼筋頭對減振墊造成損壞,可以在鋼筋和減振墊之間放置一些支撐塊,予以支撐抬起鋼筋,避免鋼筋直接接觸減振墊表面層。

(5)澆筑前對軌道進行幾何尺寸調整時,支撐軌道的支撐架絲杠在調整過程中產生豎向力,避免支架調整軌道幾何尺寸時破壞已鋪設完成的聚氨醋減振墊,在支架絲杠下墊上預先加工的絲杠扭力防護墊板,調整時絲杠落在防護墊板中心,同時要求在絲杠上要預先穿好PVC管,便于澆筑道床完成后,可方便取出絲杠。如圖7所示。

圖7 減振墊保護的絲杠扭力防護墊板

5 施工過程中質量控制的難點

(1)道床鋼筋綁扎焊接作業時產生焊渣,焊渣燒傷減振墊是個難題,通過鋪設浸濕養生棉布或澆水降溫的形式,可避免鋼筋焊接時電焊的焊渣燒傷減振墊的問題,嚴格確保聚氨醋減振墊外觀完好無損,可全面發揮減振墊減振作用。

(2)道床側墻與道床分為2次澆筑施工,且側墻與道床間夾有25 mm厚度的聚氨醋減振墊,受列車行駛過程中產生的振動荷載,道床浮動,容易造成殘渣及積水順減振墊兩側流入減振墊層,造成對減振墊侵蝕破壞。為解決此問題,采用具有柔韌性較強的玻璃膠對25 mm厚度的減振層密封,進行防水瀝青包裹共2層密封,以確保減振道床的有效性。見圖8。

圖8 在道床與側墻間減振墊位置處填注玻璃膠

(3)為確保聚氨醋浮置板減振整體道床軌道系統的鋪設精度,提出“先附屬后主體結構”施工方式。通過精確控制施工的附屬結構即側墻作為減振整體道床系統的基準保證,控制整體道床軌道施工精度。根據其聚氨醋減振系統需要,在線路中心線兩側每2.5 m各設置1對測量基標；以基標精確定位側墻中心線,并設置側墻高程控制樁,按照側墻結構設計尺寸施工澆筑,完成后兩邊側墻與結構地板形成槽形,檢查結構尺寸滿足減振結構系統鋪設要求后鋪設減振系統,附屬結構的精度直接影響減振道床結構精度,對此采取設置成對基標級附屬結構控制樁的方式保證施工數據精確性。見圖9。

圖9 附屬結構施工精度高程控制樁

6 結語

新型聚氨醋浮置板減振整體道床軌道系統在重慶軌道交通會展支線軌道工程中通過最終試驗測試,測試效果良好,完全能夠滿足軌道減振降噪要求。隨著減振軌道技術的不斷發展,今后減振軌道施工技術將會不斷完善和優化。

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Research on Technical APPlication of Vibration-absorbing Track Bed Containing Polyurethane Floating Slab Used in Urban Rail Transit

ZHANG Bo,ZHANG Tao
(Xinyun Project Co.,Ltd.of China Railway First Group,Xianyang 712000,Shaanxi Province,China)

U213.2+4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.011

1004-2954(2014)07-0045-04

2013-10-10；

2013-10-30

張 波(1977―),男,工程師,2010年畢業于石家莊鐵道學院,E-mail:zhangbogcb@163.com。