刘郑琦
（中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院，北京，100055）
一、概述
轨道交通的建设给人们的出行带来了便利，加快了城市的建设和发展，同时列车运营带来的振动和噪声对沿线居民区、商业区等也产生了一定的影响，严重的甚至引发市民投诉。因此，应根据环境影响评估报告书的预测，针对地铁列车运行引起的振动和噪声，采取不同的减振降噪技术措施，以满足沿线各区段的环保要求。
二、轨道减振降噪设计原则
根据《地铁设计规范》（GB50157-2013）的相关规定[1]，结合工程实际情况，轨道的减振降噪设计应遵循以下设计原则：
（1）减振降噪结构应满足强度、稳定性及平顺性，且应满足环评要求，充分考虑社会发展的需要，适当提高设防标准；
（2）按项目环境影响评估报告书对两侧临近建筑物的振动和噪声预测，划分地段，采取有效的、合理的减振降噪措施；
（3）每个项目不宜采用过多的减振降噪轨道结构，应保持与既有线、在建线的通用性、统一性，并考虑养护维修条件及经济性。
三、 轨道减振降噪工程措施
轨道交通设计中能达到减振降噪效果的工程措施有很多种，例如钢轨涂油、无缝线路、弹性扣件等，如何将这些措施归纳分类并合理选用、组合以达到最大效果是每个工程设计人员应该考虑的。实际中，轨道减振降噪工程措施可以分为两大类，分别为综合减振降噪和分级减振降噪。
3.1 轨道综合减振降噪
轨道综合减振降噪主要指项目全线可以统一采用的普遍性措施，具体如下：
（1）增大钢轨质量和截面刚度可以减小振动，正线应采用60kg/m钢轨；
（2）采用无缝线路消除钢轨接头，减少轮轨相互冲击；
（3）定期对钢轨顶面不平度进行打磨，保持轮轨良好接触；
（4）施工中严格控制工程质量，运营后对轨道进行经常性维修养护。
3.2 轨道分级减振降噪
根据《地铁设计规范》（GB50157-2013）的相关规定，结合线路沿线地面建筑物的类型、隧道的埋深程度、建筑离线路的直线距离等因素，宜将减振级别划分为中等减振、高等减振和特殊减振。
3.2.1 中等减振
城市轨道交通中等减振最普遍的做法就是采用扣件减振的方式，扣件减振道床结构同一般道床结构，具有施工方便、经济性强等特点。减振扣件总类很多，结构也各不相同，但都是利用橡胶的压缩、剪切变形来吸收振动能量，主要有以下几种扣件减振方案。
（1）轨道减振器扣件
轨道减振器扣件的结构特点是将承轨板（与钢轨相联）和底座（与轨枕相联）用橡胶硫化成一个整体，通过橡胶的剪切变形取得较高的弹性，从而达到减振的目的。其具有很低的垂直静刚度，一般在10kN/mm左右[2]。
近年来随着原材料改进和生产工艺的发展，新型轨道减振器扣件的减振效果有所提高，根据北京地铁5号线的测试结果，在其工作频段内，轨道减振器扣件较普通扣件有10~15dB的减振效果[3]，但其缺点是结构高度较高、横向刚度较低，容易出现波磨等问题。
（2）压缩型减振扣件
这类减振扣件是利用弹性垫板的压缩变形进行减振，根据弹性材料和铁垫板联结方式的不同分为整体硫化型和分层型。
整体硫化型扣件的主要代表是在上海地铁广泛运用的Lord扣件，这种扣件是将承轨板、带孔橡胶和底板硫化为整体，利用带孔橡胶的变形进行减振。Lord扣件的综合减振效果可达6.29dB[4]。
GJ-Ⅲ型扣件则属于分层型减振扣件，设计理念基于底板型扣件系统，通过双层弹性垫板系统来降低扣件刚度和提高结构阻尼来控制二次噪声与振动。因为采用分离式结构设计，铸件与橡胶垫板之间不用硫化粘接，更换胶垫操作简单，胶垫更换后铁垫板仍可继续使用，维修成本大大降低。根据成都地铁1号线的测试结果，GJ-Ⅲ型扣件较普通扣件减振效果可达10.1dB[5]。
3.2.2 高等及特殊减振
相较于中等减振，高等及特殊减振多采取道床下减振的方式，主要有以下几种减振方案。
（1）隔离式减振浮置板
隔离式减振垫浮置板是将整体道床做成具有足够刚度和质量的道床板，再浮置于满铺的弹性橡胶垫上，将道床与基础隔离开来，道床和减振垫组成“质量—弹簧”系统，通过惯性运动对振动进行衰减。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆橡胶垫是采用不同刚度的天然橡胶和纤维层经过特殊加工形成的自然阻尼结构，表面具有许多凸起点，减振效果一般大于10dB[6]。
隔离式减振垫浮置板轨道具有很好的减振效果，还具有对土建施工误差包容性强、施工速度快等优点，不仅如此，由于轨道板四周由绝缘的橡胶垫层隔离，还可以有效防止轨道杂散电流。但其缺点是轨道高度较高，地下施工难度较大、施工进度慢、维修困难。目前，隔离式减振垫浮置板已在杭州、深圳、北京、无锡、南京等轨道交通铺设使用。
（2）梯形轨枕
梯形轨枕是由日本铁道综合技术研究所研究开发的减振降噪轨道结构。这种轨道结构将板式轨道的双向预应力结构改进成由单向PC纵梁和横向联接钢管构成的简化结构，与钢轨形成了具有较大纵、横向刚度的复合轨道，从而改善了轮轨的动力作用关系，减轻了轨道和车辆的机械磨损[7]。
梯形轨枕的三个方向都设置了减振垫，通过约束轨枕振动来降低结构振动与噪声。在隧道内使用时，减振效果一般可达7.6dB[8]，当运用于高架线路时，通过北京地铁5号线实测表明，在低频处的振动速度最大值可降低70%以上，结构辐射噪声最大可降低2.4dB[9]。目前，梯形轨枕在北京地铁普遍采用，上海地铁高架线、无锡地铁等也有选用。
（3）钢弹簧浮置板
钢弹簧浮置板由钢轨及扣配件、浮置的钢筋混凝土板、钢弹簧隔振器、混凝土基础等组成。这种结构通过钢弹簧把轨道上部结构“顶起”，与混凝土基底完全隔离，通过“质量－弹簧”系统降低振动对外部环境的影响。
钢弹簧浮置板可以提供足够的惯性质量来抵消车辆产生的动荷载，其固有频率较一般轨道结构更低，可以有效地过滤、衰减高频的外界激振，因此具有良好的减振降噪性能。通过北京地铁5号线实测表明，在隧道上方（距轨道水平距离5m内），钢弹簧浮置板轨道减振效果可达13.1~14.3dB，其减振效果明显[10]。
四、结论
减振降噪不仅投资较大，而且如果措施不当或产品质量存在问题，还会带来一系列不良后果：减振效果不达标、扰民，造成居民投诉；加重钢轨波磨，引起轮轨振动冲击加剧及车内噪声增加；线路不平顺，运营后养护维修量和养护维修费用加大等等。因此，开展减振降噪设计，应该遵循以下设计顺序：
（1）充分了解各类减振降噪措施的减振原理、适用范围和实际效果是开展减振降噪设计的前提条件；
（2）以环境影响评估报告书的预测结果和环保要求为前提，划分减振范围，合理选择减振降噪措施；
（3）考虑线路周边实际情况，结合城市规划及开发，适当提高减振降噪标准。
轨道交通的迅猛发展会对轨道减振降噪的要求越来越高，如何合理选择、充分利用、保证效果是每一个地铁轨道设计人员应该思考的问题。
参考文献：
[1]GB50157-2013，地铁设计规范 [S].
[2]吴建忠. 轨道减振器扣件与弹性套靴整体道床减振对比试验[J]. 都市快轨交通, 2005, (5):61-63. DOI:10.3969/j.issn.1672-6073. 2005.05.017.
[3]李克飞, 刘维宁, 孙晓静,等. 北京地铁5号线地下线减振措施现场测试与分析[J]. 铁道学报, 2011, 33(4):112-118. DOI:10.3969/ j.issn.1001-8360.2011.04.017.
[4]王羽杰. 广州地铁4号线北延段工程轨道减振方案比选[J]. 铁道标准设计, 2012, (11).
[5]王志强, 王安斌, 白健,等. 成都地铁轨道GJ-III型减振扣件振动控制效果分析[J]. 噪声与振动控制, 2014, 34(3):190-194. DOI:10.3969/j.issn.1006-1335.2014.03.040.
[6]刘峰, 曾向荣, 张宏亮,等. 新型橡胶减振垫浮置板的应用研究[J]. 都市快轨交通, 2013, 26(3):50-53. DOI:10.3969/j.issn.1672- 6073.2013.03.013.
[7]齐琳, 夏禾, 任静. 梯形轨枕的减振特征及论证[J]. 铁道标准设计, 2007, (10):67 -71.DOI:10.3969/j.issn.1004-2954.2007.10. 021.
[8]刘鹏辉, 杨宜谦, 尹京. 地铁隧道内不同轨道结构振动测试与分析[J]. 振动与冲击, 2014, 33(2):31-36. DOI:10.3969/j.issn. 1000-3835.2014.02.006.
[9]高飞, 夏禾, 安宁. 北京地铁5号线高架结构的辐射噪声分析与实验研究[J]. 中國鐵道科學, 2010, 31(5):134-139.
[10]孙成龙, 高亮. 北京地铁5号线钢弹簧浮置板轨道减振效果测试与分析[J]. 铁道建筑, 2011, (4):110-113. DOI:10.3969/j.issn. 1003-1995.2011.04.036.
作者简介：
刘郑琦，出生年月：19890627，性别：男，民族：汉，籍贯：陕西安康，学历：硕士研究生，职称：助理工程师，研究方向：轨道工程。
论文作者:刘郑琦
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年11月供稿
论文发表时间:2016/1/27
标签：减振论文; 扣件论文; 轨道论文; 降噪论文; 结构论文; 钢轨论文; 效果论文; 《工程建设标准化》2015年11月供稿论文;