減振設備在北京地鐵線路中運用效果淺析

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

本文主要針對各種振動及噪聲類型所出現的如梯形軌枕、鋼彈簧浮置板、軌道減振器等各種減振產品的減振原理進行分析。同時，以北京地鐵為例，對各種減振設備在北京地鐵所應用的效果進行分析，希望以后軌道交通的設計、施工及運營能夠作為參考。

1.振動及噪聲的成因

列車引起的噪聲可分為4個部分：輪軌噪聲、集電噪聲、車廂的空氣動力噪聲和橋梁結構的二次振動噪聲。軌道交通的主要噪聲源隨著列車的運行速度的變化而變化。當列車速度小于60 km/h時，主要噪聲源為動力系統噪聲;當列車速度在60～200 km/h時，主要表現為輪軌噪聲;當列車速度大于200 km/h時，主要是為空氣動力噪聲。 我國的軌道交通運行速度一般為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鍵。[1]

2.減振設計原理

城市軌道交通軌道減振降噪工程是一項復雜的系統工程，需要相關專業共同配合、綜合治理才能取得滿意的效果。減振降噪型軌道結構的比選，需要根據具體的環評要求，進行具體的設計。只有合理的選擇減振降噪型軌道結構型式，才能既經濟、又合理地實現軌道的減振降噪，從而真正解決城市軌道交通給城市帶來的振動與噪聲問題。[2]

3.減振措施及應用效果分析

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加速度。

3.2運營中定期進行鋼軌打磨、車輪鏇圓。

3.3采用減振設備。以下主要探討在北京地鐵中大面積使用的幾種減振設備的構造原理及應用效果。

1.梯形軌枕道床

梯形軌枕道床由梯形軌枕、彈性支墩、混凝土底座構成。通過將梯形軌枕支撐在聚氨酯質的減振材料上，達到制約軌道振動、減弱傳動到支撐構造物上的振動強度、降低構造物噪聲的目的。

梯形軌枕在北京地鐵應用較廣泛，從地鐵5號線開始鋪設試驗段，到后面的新線建設中大面積使用。梯形軌枕本身減振效果較好，其所使用的高性能預應力混凝土也能夠在一定程度上減輕養護維修的工作量，但是產品加工及施工環節中的一些問題卻給梯形軌枕道床的運營維護帶來了影響。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行減振，但是從開通半年開始，房山線梯形軌枕多處出現了裂縫。有些裂縫的寬度甚至能夠伸進手指，過多的裂縫導致梯形軌枕道床無法保持軌道結構框架尺寸，給運營增加了許多安全隱患。因此設計階段就應對廠家加工環節的質量控制及施工時對交界面的處理及施工質量控制提出要求，以此來保證運營時設備狀態的穩定。

2.鋼彈簧浮置板道床

鋼彈簧浮置板軌道是將具有一定質量和剛度的混凝土道床板浮置在鋼彈簧隔振器上，構成質量一彈簧隔振系統。其隔振系統構造可分為下部基礎、彈性隔振器、混凝土浮置板、軌道結構、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號線中就開始使用，從5號線建設開始大范圍的出現在地鐵線路中，現在北京地鐵4、5、6、9、10、13、房山線、亦莊線等多條線路中都使用了此設備。

鋼彈簧浮置板道床的減振效果極好，但是如果設計時因為盲目考慮道床板的承載力計算而忽略了截面形式對運營的影響就會造成事故的隱患。2012年北京地鐵10號線發生了一起由于列車通過鋼彈簧浮置板道床時引起振動造成了線路專業維修人員臨時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營。（圖1）

如圖1所示，該地段道床截面設計中，線路中心采用了凸臺，同時將在接觸軌后面道床也設計成了高臺形式，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從臺上滑落，同時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在養護維修中無法進行更換鋼軌及鋼軌打磨作業，在線路狀態不穩定的地段也無法安裝軌距拉桿，給運營及養護維修造成了極大的不便及嚴重的安全隱患。

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到隔振減振的目的，其減振效果可達到10dB左右，使用于中級減振地段。[6]

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

在運營中發現在軌道減振器扣件地段產生了嚴重的鋼軌波浪形磨耗。由于列車通過鋼軌波磨地段時產生劇烈的振動及尖銳的嘯叫聲，對沿線居民的生活造成了非常嚴重的影響。同時，由于劇烈的振動，造成了線路扣件折斷的現象時有發生，為運營帶來了安全隱患;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得工作量。此問題在大量使用軌道減振器扣件的5號線及10號線尤為突出。

4.結論及建議

減振降噪應以工程環境評價報告為依據，經現場詳細調研，明確振動與噪聲的保護對象和范圍，確定期望值，根據線路鋪設形式、地質條件等合理選型。減振降噪型軌道結構的設計應注意：

4.1盡量使用較為成熟且有成功案例的產品，避免在運營線路作試驗段。

4.2選型時應充分考慮運營后的使用效果，避免引入次生病害。

4.3充分考慮運營維護的需要，盡量使用便于維護的設備類型及結構形式。

參考文獻：

[1]郭積程 城軌交通軌道減振設計分析 現代城市軌道交通[J]2010（05） 29-32

[2]李建斌 城市軌道交通軌道減振降噪設計研究 石家莊鐵道大學學報[J] 2011（3）? ?73-77

[3]蘇宇等 梯形軌道減振性能研究 鐵路標準設計[J] 2007（10） 71-74

[4]張珍珍 梯形軌枕軌道力學性能分析 鐵道勘測與設計[J]2010（6）34-37

[5]孫曉靜等 浮置板軌道結構在城市軌道交通減振降噪上的應用中國安全科學學報 [J] 2005（8） 65-69

[6] 鄧嬌等 Ⅲ型軌道減振器的設計與應用 鐵道標準設計[J] 2007（10）44-46

作者簡介：

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