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摘要：随着我国综合实力的增强，我国在交通行业也想要有所突破，交通行业的发展也是在掌握之中的，我国想要有更好的发展，那么交通行业也要有更好的突破才能得到更好的发展。交通行业在发展的同时也必须要注意其带来的弊端，比如说交通行业发展促进了交通业，也促进了经济的合作，但是交通行业带来的振动及噪音是不可避免的，因此要对交通行业有更好的促进，就必须要控制振动及噪音问题。为了能更好的控制振动及噪音问题，我国的交通行业也在不断地开发出新的轨道设计。本文对地铁的轨道振动及噪音所产生的原因进行分析，并针对最高等减振降噪地段通常采用的钢弹簧浮置板道床在减振降噪方面的取得的效果进行了研究，并探讨了在实际操作中如何运用该项技术，从而推动我国的交通行业的发展。
关键词：钢弹簧浮置板；减振降噪；技术措施
引言：地铁轨道交通作为现代化城市公共交通中的运输工具，以其运量大、方便、快捷、环保、节能等优势，近几年在我国发展迅速。由于地铁轨道交通工程一般穿行人口密集区域，它在带给人们出行快捷和方便的同时，其运行中产生的振动和噪声也给沿线居民生活和工作对周围环境在一定程度上也造成了不良影响。传统减振技术在减振降噪方面因减振效果有限,在减振要求高的特殊地段传统减振技术显然已不再适用，本文针对减振降噪的源头、传播途径、存在的问题进行分析，针对钢弹簧浮置板道床减振降噪取得的效果以及工作原理、工艺特点及优缺点进行探讨，以便在地铁轨道减振降噪方面取得更好的效果。
一、地铁振动源头及传播途径
地铁运行的振动主要产生于轮轨间的作用力。各种原因决定了车轮不是理想的几何圆形，轨道也不是绝对平直和刚性的，同时车体的结构振动也会影响轮轨问的作用力。车辆运行时轮轨之间会出现不断变化的轮轨作用力从而产生振动。这种振动通过路基和隧道基础等传递到周围的地层，并经过地层向四周传播，激励附近地下结构或地面建筑物产生振动并进一步诱发室内结构和家具的二次振动。地铁交通引起的环境振动具有持续性。据相关调查，一列地铁列车通过时在地面建筑物上引起的振动持续时间约为10s。在一条地铁线路上，运营高峰时刻双向每小时可通过30对列车或更多。振动的总持续时间可达到地铁总工作时同的15％～20％，其对环境产生的振动影响是不容忽视的。但列车运行所产生的振动和噪音，不但对轨道交通系统的设备、旅客和工作人员产生不利影响，而且会影响沿线环境，尤其是距建筑物较近地段，会对附近特殊功能建筑物的正常使用以及单位和居民的正常工作、休息产生影响，因此地铁无砟轨道必须加强减震降噪方面的研究，使列车在运行中引起的振动得到有效的衰减，体现“以人为本”的设计原则以及“绿色地铁”的设计理念，满足环保要求。
根据城市轨道交通振动的传播途径在不同线路形式上略有不同，影响振动响应的主要因素也有所不同。地下线的传播途径：列车运行引起的车轮振动，传播线路为钢轨-扣件-轨枕-道床-隧道结构-围护地层-地面-建筑物、人体、设备。地铁振动与噪声，通过土壤传递到沿线地面建筑物，列车运行时，通过轨道-车轮振动-隧道结构-周围土壤-相邻建筑物-地板、墙壁、天花板振动-二次振动-二次结构噪声，其中，隧道结构型式和隧道质量对隧道振动影响较大。隧道厚度对隧道振动有十分明显的影响，材料相同，厚度加大一倍，墙壁振动降低5～8dB。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，根据地铁振动主要影响因素分析可知，地铁环境振动是一个复杂的多因素相互影响的综合效应．对于地下铁路，其影响因素主要有列车速度、车辆重量、隧道基础和衬砌结构类型、轨道类型、是否采用隔振措施等。
二、城市轨道交通减振降噪存在的问题分析地铁减振设计的主要依据是建设项目环境影响评价报告。环评分别从地铁线路对城市生态及城市景观的影响、对声环境的影响、对环境振动的影响、水环境的影响、大气环境的影响以及对文物保护的影响六个方面给出了相关要求。国内地铁发展快、建设规模大、建设速度快。环评、建设管理、设计、供货、施工及运营等各方面力量和资源的投入重点均在新线建设和运营方面，缺少充足的总结、研究和发展，使地铁减振方面逐渐显露出以下问题：
1、所有减振措施都要求由轨道系统实现，轨道减振比例不断加大，减振措施类型增加，造价不断提高。
2、过度减振或减振不当将影响行车的安全性和平稳性。轨道减振的原理是降低支承刚度或增加参振质量，两种方式都会加剧轮轨相互作用及轮轨振动程度，达到一定程度就可能引起轮轨磨耗异常，造成设备及零部件的快速非正常伤损，削弱轮轨系统的安全性和稳定性，增加轮轨系统养护维修工作量，如一些运营线发生的异常波磨主要是由过多的轨道减振引起的。
3、大量采取减振措施仍有投诉。部分地铁即使采取了很多轨道减振措施，开通运营后仍存在振动及噪声投诉，不得不陆续花费高昂的代价进行改造或敏感点拆迁。现阶段地铁减振所面临的是系统性问题，在现行环评法框架内，应从环保和地铁建设管理及技术层面采取全面的措施施。
4、城市轨道交通线路的有些地段穿过医院等地方，当考虑到医院手术室、博物馆等靠近地铁隧道，因为它们属于隔振要求很高的路段，考虑到医院有许多精密的仪器及博物馆有重要文物等，若不采取特殊隔振措施，受到地铁车辆运行时的振动，仪器的精度的影响，势必影响医务工作的开展，或给国家文物造成不可挽回的损失。经研究，结合医院、博物馆等特殊地段，考虑到综合效益和环境需求，必须采用最高等减振降噪措施，现主要对最高等地段通常采用的钢弹簧浮置板道床形式的减振降噪效果进行研究。
三、钢弹簧浮置板道床的工艺特点
钢弹簧浮置板减振道床工程内容多、工序复杂、施工周期长,现场施工通常采用预铺的方式进行。施工时先浇筑基础垫层,再进行浮置板道床施工。通常采用工具轨及与浮置板断面形式相适应的钢轨支撑架调整线路几何尺寸,扣配件类型及标准与普通整体道床线路相同,轨道调整就位后道床混凝土采用现场泵送的方式进行浇筑。浮置板与基础垫层之间铺设聚乙烯隔离层,将基础垫层与浮置板隔开,以便于后期钢弹簧浮置板道床的顶升。顶升工作在浮置板混凝土浇筑完成28d后进行。为保证钢弹簧浮置板道床的整体性,每块板必须一次性浇注完毕,板与板之间通过剪力铰进行连接,板缝即为施工缝。钢弹簧浮置板道床具有以下特点：
①浮置板与隧道底板间只需极小的空隙(约30mm);②浮置板的钢筋混凝土可以现场浇注;③借助简易工具便可抬起浮置板或调整浮置板高度;④从浮置板表面可随时更换弹簧;⑤从浮置板表面可随时检修或校正线路不平顺;⑥通过调整高速螺旋弹簧高度,可消除线路沉降引起的不平顺;⑦通过对弹簧表面特殊处理及弹簧强度储备,弹簧的使用寿命可很长;⑧没有橡胶老化问题;⑨浮置板可做得很长,减少联接,降低成本。
四、钢弹簧浮置板道床的工艺原理
钢弹簧浮置板减振道床是近年来在国内地铁领域中广泛采用的一种新型道床形式,它包含基础垫层、隔离层、隔振器、浮置板、剪力铰、顶升等工程内容,钢筋绑扎及混凝土灌注工作量大,所以在钢弹簧浮置板地段通常采用预铺方案,在普通整体道床线路施工到达前将钢弹簧浮置板道床施做完毕。施工时宜在土建结构单位明挖车站或坚井封闭前将工具轨、钢筋等大宗材料卸至洞内,然后人工转移到工作面。
钢弹簧浮置板减振轨道是将具有一定质量和刚度的混凝土道床板浮置于钢弹簧隔振器上,距离基础垫层顶面30mm或40mm,构成质量-弹簧-隔振系统。隔振器内放有螺旋钢弹簧和粘滞阻尼,钢弹簧隔振器内的粘滞阻尼使钢弹簧具有三维弹性,增加了系统的各向稳定性和安全性,且能抑制和吸收固体声。作用在钢轨上的力传递给浮置于钢弹簧隔振器上的道床板,道床板可以提供足够的惯性质量来抵消车辆产生的动荷载,只有静荷载和少量残余动荷载会通过弹性支承传递到基础垫层中去。道床板受力后,在惯性作用下将受到的力经过重新分配后传递给固定在基础垫层上的隔振器,再通过隔振器传递到基础垫层,在此过程中由隔振器进行调谐、滤波、吸收能量,达到隔振减振的目的。
五、钢弹簧浮置板减振效果的研究
钢弹簧浮置板是目前公认的效果最好的技术。通过对福州市城市轨道交通线路常用的减振措施进行了实地测量，利用插入损失将轨道减振器、梯形轨枕、先锋扣件、钢弹簧浮置板与普通DT-VI2扣件进行比较，得到更好的减振措施。钢轨波磨使得轨道结构振动加强，噪声增大，减振地段的减振效果也会迅速降低，甚至放大振动。根据调查，各种减振措施中，只有普通道床及钢弹簧浮置板轨道没有产生过钢轨波磨现象。浮置板道床是目前全国特殊减振地段首选措施。一般情况下减振措施的选用应满足减振目标。采用钢弹簧浮置板道床,其固有频率很低,只有4～8Hz,因此该轨道结构的减振效果要比橡胶垫浮置板轨道好。钢弹簧几乎没有阻尼作用,但浮置板较重,列车通过时引起的浮置板的振动加速度较小。因此,浮置板支承阻尼作用对路基的影响较小。如要利用阻尼减小浮置板的振动,可安装与螺旋弹簧并联的粘滞阻尼器,则浮置板的减振效果更好。
受不同的轨道结构形式、不同的列车类型、运行速度、隧道结构的诸多因素影响，钢弹簧浮置板有不同的振动频率特性。钢弹簧浮置板竖向自振频率为7.90Hz，钢弹簧浮置板的高频减振效果高于低频的减振效果。相对与普通整体道床，采用钢弹簧浮置板轨道的隧道壁处和距线路中心10m处地面的插入损失均大于橡胶浮置板轨道。钢弹簧浮置板轨道对于控制列车运行产生的环境振动更有效；相对于普通轨道工况，浮置板轨道工况下隧道拱顶和地表处的减振量分别为24和25dB在25-80Hz频段的减振效果最好。因浮置板自振频率小于20Hz，吸收中高频振动、放大自身低频振动，从而具有阻高频、放低频的减振特性。
经研究发现钢弹簧浮置板道床隔振效果好,可减振25-40db，使用寿命达30年以上，同时具有三维弹性,水平方向位移小,无需附加限位装置，检查或更换方便,不用拆卸钢轨,不影响地铁列车运行等特点;(5)基础沉降造成的高度变化可通过增减调平钢板厚度现。
结语：钢弹簧浮置板减振轨道具有减振效果明显、少维修优点；通过合理的施工组织,可有效地克服其施工周期长的缺陷,是城市地铁建设中特殊减振地段的最佳选择；钢弹簧浮置板减振轨道自首次在北京地铁13号线试用以来,已陆续在上海地铁、广州地铁中得到采用,并逐步延伸到深圳地铁、南京地铁、杭州地铁及福州地铁,成为国内地铁建设不可分割的组成部分,具有广阔的应用前景。
论文作者:陈林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/5
标签：弹簧论文; 减振论文; 地铁论文; 轨道论文; 隧道论文; 效果论文; 措施论文; 《建筑学研究前沿》2017年第22期论文;