地铁车辆段检查坑减振措施分析和效果预测

张海波 于占洋

随着国内轨道交通的快速发展，越来越多的线路兴建，轨道交通的占地情况尤其是车辆段占地规模较大，面对日益紧张的城市用地，车辆段上盖物业开发在各个城市轨道交通建设提上日程。在车辆段上方加盖物业，都不可避免的受到地铁车辆在运行中产生的振动影响，即车辆段内振动通过建筑结构传递至上盖物业，引起上盖建筑振动和二次结构噪声。本文对地铁车辆段检查坑线路进行减振措施分析和效果预测，以供相似工程借鉴。

1检查坑地段工况

为了便于检修，地铁车辆段检查坑采用立柱式支撑结构，支撑立柱间隔设置，钢轨扣件位于立柱顶部，钢轨位于扣件上方。

为了控制车辆行驶时轮轨冲击振动向上盖建筑物的传播，在进行轨道减振措施选型时，可以从振源控制、传播途径控制、防振对象控制。本文主要从传播途径控制所采取的措施进行分析和效果预测。

2检查坑振动源分析

车辆在行驶时，由于轨道状态、车辆运行速度、曲线半径等多种因素，存在很多激励振源，影响振动的因素有多种，如车速、轨道平顺度、钢轨面磨耗、车轮圆度等。对于车辆段检车坑，该线路多为直线段，车辆行驶速度较慢（约10Km/h），主要振动源是车轮与钢轨撞击振动。

3检查坑减振措施选择

3.1主要工况和措施选择

车轮与钢轨撞击产生的振动通过轨下扣件传递至支撑基础，进一步传递到上盖物业；可以采用在钢轨下方设置弹性减振扣件，隔离振动能量，降低振动向支撑基础和上盖物业的传播，达到降低振动的目的。目前常用的减振扣件分为中等减振扣件（双层非线性减振扣件为代表）和高等减振扣件（防松脱浮轨扣件为代表）两类，中等减振扣件减振效果5-8dB，高等减振扣件减振效果10-12dB。

根据国家环境标准《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测试方法标准》JGJ/170-2009和《城市区域环境振动标准》GB10070，车辆段上盖物业振动的限值，如：区域分类，O类：昼间65dB，夜间62dB；1类：昼间65dB，夜间62dB；2类：昼间70dB，夜间67dB；3类：昼间75dB，夜间72dB；4类：昼间75dB，夜间72dB；区域类别对振动要求等级差距较大，为了保证工程长久顺利运行，建议采用高等级减振扣件，能够具有10dB以上减振效果，能够适应不同区域要求。

3.2防松脱浮轨扣件

防松脱浮轨扣件是高等级的减振扣件的代表，减振效果达到l0-12dB。防松脱浮轨扣件采用橡胶弹性楔块从两侧将钢轨夹紧并支撑起来，扣件具有较低的垂向刚度（5-8KN/mm）和较强的抗扭转能力，钢轨在发生较大垂向位移时依然能够具有良好的轨距保持能力，扣件具有二阶刚度设计，在特殊情况下（工程车、大运载车辆）提供更大的抗翻转和垂向二次刚度；独有的防松脱锁紧机构，使扣件安装、维护十分方便，不需要使用任何特殊工具，能够持久有稳定的保持扣件夹紧力、刚度和纵向阻力，达到免维护的效果。谐振调频质量系统的设计，能够降低钢轨振动，抑制轨道波磨产生，降低噪声辐射。

放松脱浮轨扣件具有安装施工方便，不需要使用任何特殊特制工具，对于日常检修养护来说十分便捷。放松脱浮轨扣件不仅可以用在新建线路，同样对于既有线路改造也很适用，仅仅是利用地铁停运的“天窗点”即可完成扣件改造安装，不影响正常运营工作。

4减振效果预估

4.1减振效果评估方法

轨道基础的振动能直接反应减振扣件的隔振效果，而对于环境振动还涉及到人体对振动各频段的主观感受问题。通常评价减振效果，是将减振扣件和普通扣件进行对比，在相同工况条件下测得轨道基础振动数据之差作为减振扣件的减振效果。在实地测试时应依据GB10071-88《城市区域环境振动测量方法》，按照IS02631-1：1985铅垂向（Z向）计权方式（1-80Hz）对轨道基础振动数据进行分析。最大Z振级（VLZmax）指列车通过时测量断面时测得的Z振级的最大值，是目前最为常用的一个评价指标。

与正线载客运行车辆不同的是，车辆段检查坑处列车行驶速度很低（约10Km/h），而正线运行速度较高（50-80Km/h），因此从仿真分析和近似工况测试对减振效果进行预估。

4.2仿真分析预测

为了对防松脱浮轨扣件产的减振性能作出评价，采用轨道车辆专用软件simpack建立了轨道一车辆计算模型，模擬列车在低速（lOKm/h）行驶状态下，分析车辆运行在防松脱浮轨扣件和普通扣件上时，道床的垂向加速度，对其进行加权处理，得出防松脱浮轨相对于普通扣件的隔振效果。

4.2.1建立计算模型

（1）简化模型。根据典型客车一轨道垂向等效集总简化模型（见图1），建立计算模型。轨道系统简化模型建立的关键，是将连续分布的轨道结构系统简化成具有少数自由度的多刚度系统。采用下标r，s和b代表钢轨、轨枕和道床，M表示等效集总质量，m表示单位长度质量，Kp、Kb和Kf表示轨下垫、道床和路基的等效刚度，Cp、Cb和Cf代表轨下垫、道床和路基的等效阻尼。

根据简化模型理论，建立sinpack计算模型如下图所示。

（2）车辆模型参数。车辆的参数选取地铁A型车的参数，采用在空车载荷下的车辆参数：

1、转向架轴距，2500 mm；

2、车辆定距，15700 mm；

3、车长，22800 mm；

4、轴重，14t；

5、车体质量（空载），20000 kg；

6、车体点头转动惯量（空载），1835000 kgm2；

7、二系空气弹簧阻尼（2个/转向架），61kNs/m：

8、二系空气弹簧刚度（2个/转向架），0.125 kN/mm：

9、转向架质量，3200 kg；

10、转向架点头转动惯量，5250kgm2；

11、一系每轴箱弹簧垂向刚度，1.5kN/mm：

12、一系每轴箱弹簧横向刚度，1.51kN/mm：

13、一系每轴箱弹簧轴向刚度，2.8kN/mm：

14、一系每轴箱垂向阻尼系数，20kNs/m：

15、一系每轴箱横向阻尼系数，20kNs/m：

16、一系每轴箱轴向阻尼系数，20kNs/m：

17、轮对质量（簧下质量），1700kg；

（3）轨道模型参数。轨道钢轨、道床和路基的参数参考《车辆一轨道耦合系统随机振动分析》内相关参数，浮轨扣件的垂向刚度为8kN/mm，横向刚度为20kN/mm。常用普通减振扣件的垂向刚度为60kN/mm，横向刚度为20kN/mm。

（4）轨道不平顺模型。实际的轨道不平顺主要是中长波随机不平顺。轮轨系统激励来自轮轨组合粗糙度/不平顺度R，计算中假设四个车轮处的粗糙度/不平顺激励的相位相同，采用美国5级轨道公路谱。

4.2.2减振计算及结果分析

对比车辆以10km/h的速度运行在两种刚度扣件上时，等效道床的垂向加速度，从而得到浮轨相对普通减振扣件的的减振效果。

为了更为清晰的对比两者的减振效果，将计算结果转为Z计权的三分之一倍频程图。图3和图4分别是车辆运行在两种扣件系统上时等效道床的垂向和横向Z振级三分之一倍频谱（基准加速度为1E-6m/s2）。人体感受最敏感的频率范围是80HZ以内，故分析80HZ以内的振动效果。

从图中可以看出，在1-80Hz的范围内，整个频率段上浮轨相对于普通减振扣件都明显的减振效果。从图5可知浮轨在1-80Hz范围内道床垂向减振量为10.87dB.

检查坑处主要振源是车辆行驶时车轮和钢轨之间撞击产生的振动。通过在检查坑处设置高等级减振扣件（如防松脱浮轨扣件）可以有效的降低轮轨撞击振动向上盖物业的传播。防松脱浮轨扣件设计刚度在较低行车速度下任有lOdB左右的减振效果。