浅谈地铁轨道减振降噪的措施

黄虎林

【摘要】随着城市轨道交通事业日新月异的发展，城市地铁不仅缓解了城市公交的压力，给市民提供舒适愉悦的出行环境，然而，也不可避免地给城市带来的振动和噪声问题，已成为人们日益关注的扰民和公害问题。因此，合理选择轨道结构的型式是最为有效的减振降噪措施。通过对各种轨道结构减振型式的分析比选，得出城市地铁轨道交通合理、有效减振降噪的技术措施。

【关键词】城市地铁轨道；减振降噪；技术措施

1.地铁振动的产生与传播机理

1.1振动的传播机理

城市轨道交通在运营过程中，列车车轮与钢轨之间产生撞击振动，经过轨枕、道床，传递至隧道或桥梁基础，再传递给地面，从而对周围区域产生振动，并进一步传播到周围建筑物。这种振动干扰不仅对地铁沿线民宅、学校、医院等环境产生不良影响，而且可能对沿线基础较差的建筑物造成损害。

1.2地铁振动产生原因

地铁振动产生的主要原因可分为：①列车本身制作误差在运行时产生的自身振动；②地铁建成通车后，由于长时间运行、保养不足，造成轨道磨损产生振动；③由于运行线路存在曲线，造成轮缘与钢轨内侧撞击，形成振动；④运行列车通过钢轨、道岔相互连接处的轨缝，产生的振动。

2.减振降噪型轨道结构的设计原则

地铁振动带来的危害不容小觑，解决方案主要分为主动减振和被动减振两种，主动减振主要是通过科技发展，减少制作误差，定期保养维修线路，但这些只能降低振动能量，而不能避免振动，因此被动减震应运而生。地铁施工中主要运用的减振方法是采用减振道床，其中包括：一般减振整体道床、橡胶减振垫浮置板整体道床、钢弹簧浮置板道床。减振降噪应以工程环境评价报告为依据，经现场详细调研，明确振动与噪声的保护对象和范围，确定期望值，根据线路铺设形式、地质条件等合理选型。减振降噪型轨道结构的设计应遵循以下主要设计原则：

（1）良好的稳定性和耐久性，良好的减振降噪性；

（2）结构简单，施工和安装的简便性；

（3）轨道几何形位的可调性；

（4）低成本、少养护维修。

3.对于减振降噪技术措施的比选

3.1对于一般减振措施

（1）采用 60 kg/m 重型钢轨，弹性分开式扣件，铺设无缝线路，以减小钢轨所受的列车冲击振动，降低地铁运营对沿线建筑物的振动影响。

（2）在小半径曲线地段钢轨侧面经常涂油，定期对钢轨表面进行打磨，对车轮进行碹削，从而有效抑制滚动噪声的产生。

（3）在半径小于 400 m 的曲线及高架线跨越铁路、城市主干道等地段，采用弹性减磨、防脱护轮轨。

（4）在环境敏感地段，线路选线设计时应尽量避免采用小半径曲线，以减小轮缘对钢轨内侧的冲击，降低轮轨接触中的尖叫噪声。

3.2对于中等减振措施

中等减振措施的减振效果为 8 dB 左右。

（1）采用弹性短轨枕。弹性短轨枕是在短轨枕外面，套上橡胶减振套靴，这样能大幅度降低道床应力，减少振动。

（2）采用 GJ-Ⅲ型减振降噪扣件。该扣件由轨下橡胶垫、上铁垫板、中间橡胶垫、下铁垫板和自锁机构等组成。上铁垫板用来固定弹条和支撑钢轨；下铁垫板的作用，对下是通过锚固螺栓将整个扣件固定在轨枕上；对上通过锁定机构将上铁垫板位置锁定，限制铁垫板前后左右上五方向的运动，只允许其向下在中间橡胶垫上做弹性运动。轨下橡胶垫和中间橡胶垫是主要的弹性组件，采用弹性好、综合力学性能优良的天然橡胶制作。扣件底部可加设一层或几层橡塑垫板，其静刚度高，主要起调高和加强绝缘的作用，最大调高量可达 30 mm。该扣件与一般弹性扣件一样可随时更换其中每一个部件，便于维修和替换。从对扣件的落锤冲击实验得出，该扣件较一般弹性扣件，振动降低明显。目前该扣件已经在北京、上海、深圳地铁中广泛采用。

3.3对于高等减振措施

高等减振措施的减振效果为 8 ～15 dB。可采用 VANGUARD扣件或 Calenberg 道砟垫等措施来实现减振降噪。

（1）VANGUARD 扣件具有很低的动态刚度（7.5 kN/mm）或更低，通车条件下的竖向位移达到 3 mm 或更多；减振效果类同浮置板系统，但成本比浮置板系统低得多，更易于平时的维护保养和调整。该扣件能有效降低振动及二次噪音；可用于现存的钢轨高度严格受限的区域；对新线建设，VANGUARD 扣件可降低隧道斷面尺寸，大大节约建设投资；所有组件的更换都简便易行，从而极大地方便了平常的维护保养。

（2）Calenberg 道砟垫铺设在道床下，对结构振动和噪声具有高效隔离性；可减少轨道部件的应力和磨耗；使用寿命长，施工方便、快速；不影响过轨管线，在道岔区使用方便。但该道砟垫不足之处是更换较为困难。

3.4对于特殊减振措施

特殊减振措施的减振效果一般为 15 dB 以上。在线路中心距离医院、学校、音乐厅、精密仪器厂、文物保护、高级宾馆等建筑物小于 20 m、及穿越地段，宜采用特殊减振轨道结构。可采用橡胶浮置板道床或钢弹簧浮置板整体道床。

橡胶浮置板道床是利用浮置板下面的大橡胶垫提供弹性，广州地铁一号线铺设了这种减振轨道结构。更换大橡胶垫较为麻烦。目前在地铁中，普遍采用钢弹簧浮置板整体道床。钢弹簧浮置板减振轨道结构又称质量-弹簧系统。其基本原理是在轨道上部建筑与基础间插入一固有振动频率远低于激振频率的线性谐振器，即将具有一定质量和刚度的混凝土道床板浮置在橡胶或者弹簧隔振器上，利用浮置板质量惯性来平衡列车运行引起的动荷载，仅有没有被平衡的动荷载和静荷载才通过钢弹簧组件传到路基或者隧道结构上，达到减振的目的。

4.地铁轨道减振降噪的一些建议

每种减振降噪措施都有自己的应用范围和优缺点，随着我国城市轨道交通建设的发展，各种类型的轨道减振降噪产品相继亮相，产品质量的优劣有设计理念、理论依据、材料质量、工艺制造水平、应用试验历史等方面有关，建议轨道减振降噪产品的选型除了适用性和经济性以外，主要从以下几个方面考虑：

（1）采用技术成熟、安全性高、寿命长、免维护或易维护的轨道减振降噪产品。

（2）减振降噪产品除了有产品性能之外，需要有明确的产品应用条件和与产品适应施工技术（质量）要求。

（3）扣件类减振设备，主要从整体性好、能承受运营各种方向荷载和冲击、动静刚度变化小、免维护或少维护、便于现场更换和轨道几何尺寸调整等方面考虑；道床类减振设备主要从免维护或易维护、便于现场监控、与普通道床接口良好等方面考虑。

（4）选取技术实力雄厚、服务承诺好的厂家，作为现场用户长期的技术合作和支持，在产品周期内负责处理所有产品技术问题和成本费用。

（5）所有新型减振产品上线之前必须在相同条件的既有线进行试验2年以上。

5.结语

总之，地铁振动的原因是多方面的，不仅是车辆本身的问题， 而是各种振动源及振动传播方式的综合结果。地铁振动原因的复杂性增加了减振的困难程度，但随着社会的发展，人们对于生活质量的要求越来越高，地铁减振还是应该受到高度的重视。因此，通过综合治理减少地铁振动，为居民营造一个良好的生活环境有着非常重要的现实意义。

参考文献：

[1]练松良，刘加华.城市轨道交通减振降噪型轨道结构的选择[J].城市轨道交通研究，2013，6（3）：35-41.

[2]葛世平.城市轨道交通的振动和噪声对环境的影响及其对策[J].城市轨道交通研究，2012，6（3）：30-34.