车辆段道砟垫减振特性分析研究

李腾

（北京九州一轨隔振技术有限公司，北京 100070）

引言

随着城市土地资源逐渐稀缺，轨道交通发展迅速。城市轨道交通需设置一场一段以满足全线车辆运营及维护的需求。车辆基地内部一般需设置运用库、联合检修库、综合维修中心、综合维修楼、食堂宿舍等建筑物，还需要设置咽喉区轨道连接库内轨道及其他建筑单体，所以整个车辆基地的体量相对较大，对其综合利用，即上盖开发也愈发迫切。在车辆段上盖综合利用开发的同时，其下部的轨道交通运行时产生的振动和噪声问题逐渐凸显出来。尤其是车辆段咽喉区域，由于道岔众多，且以小号码道岔为主，均存在有害空间，导致振动加剧，目前多采用有砟道床的设计。与无砟轨道相比，有砟道床具有一定的减振效果，但也难以满足车辆段上盖开发的环境需求，故在某些车辆段的咽喉区采用铺设道砟垫的方式，以提升其减振性能。

2 道砟垫工程测试概况

以工程项目现场中的实测数据为依据，分析道砟垫在轨旁和上盖建筑上的对比减振效果。工程项目为北京市某地铁车辆段，由于其在咽喉区全部铺设减振垫，对比断面选择双层碎石道床，试验方案为在钢轨、轨枕、轨旁0.7m、行车股道上方上盖位置处设置加速度传感器，测量列车运行时对环境周边的加速度影响，传感器具体位置见图1、图2；测试期间采用的设备见表1。

图1 咽喉区轨道断面传感器布置图

图2 双层碎石轨道断面传感器布置图

表1 测试仪器设备

分析频率为1000Hz，为保证测试精度，在双层道砟和咽喉区道砟垫上采取同一列车进行测试，同时为避免咽喉区行车速度对测试结果的影响，列车时速统一为25km/h，本工程项目采用B型车，8节车辆编组，轴重14t。

测试规程参考标准为《城市区域环境振动测量方法》（GB 10071—1988）。区域环境允许的标准值，参照《城市区域环境振动标准》（GB 10070—1988）。

城市轨道交通引起的环境振动基本评价量为列车通过时的铅垂向VLz10〔按ISO 2631:1-1985规定的全身振动Z计权因子计算，即按照《人体全身震动环境的测量规范》（GB/T 13441—1992）中计权〕，对工程中拟采取的轨道减振或楼内地板等处理措施提供数据支撑和依据，其评价量见表2。

表2 城市区域环境振动标准限值

3 道砟垫测试数据分析

本次测试中的钢轨垂向、轨枕垂向、基础垂向、基础水平加速度时域图见图3。从图3钢轨和轨枕的加速度时域图中可明显判断出车辆采取8节编组，振动加速度幅值自钢轨（20m/s2）、轨枕（3 m/s2）、基础（0.01m/s2）依次递减，其幅值衰减明显。

由图4可见，列车在经过道砟垫断面时，钢轨在40Hz以下频率振动大于双层轨道砟道床的钢轨垂向振动，并可推断出，有砟轨道-道砟垫的系统固有频率在40Hz范围内，在低于系统固有频率时，对钢轨振动具有放大作用，这与经典隔振理论相符。

图3 钢轨、轨枕、基础振动加速度

图4 钢轨垂向振动1/3倍频对比图

由图5可见，在列车经过道砟垫时，轨枕的振动与双层道砟处轨枕的振动差别不大，但在10～40Hz内，有增大的迹象，原因是道砟垫+道砟作为质量弹簧系统，其固有频率在此范围内，故轨枕振动也有增大的现象。

图5 轨枕垂向振动1/3倍频对比图

图6为轨道两旁基础位置测点的振动加速度对比图，在评价其振动时采取Z振级下的集权值，通过对比可知，道砟垫在40Hz后开始起减振效果，并在40～200Hz内均有良好的减振效果，这覆盖了轨道交通的典型频率范围（60～100Hz），能够保证在低速范围（25km/h）咽喉区的减振需求。

图6 基础垂向振动Z振级1/3倍频程对比图

根据计权标准，给出在柱基础位置的减振效果插入损失见表3。

表3 基础位置VLz10减振效果插入损失

按照GB/T 13441—1992、GB/T 13441.1—2007计权得到的插入损失ΔVLz10，均在8.2dB左右，可以推断该道砟垫减振效果：在25km/h低速状态下，采用8B车辆编组状态的减振量，能够达到8.2dB。

对比轨道行车正上方上盖的振动，其Z振级下的1/3倍频谱见图7。

图7 二层上盖垂向振动Z振级1/3倍频程对比图

在列车经过测试断面时，二层上盖的振动特性，在行车引起的典型频率范围内，道砟垫能够显著降低行车对盖上振动的影响，但在道砟垫固有频率范围附近，减振能力降低，符合基本理论。

但对比两个实验中，上部结构有些不同，咽喉区道砟垫的上盖结构有三层，并且为连续梁结构；双层碎石道床上部仅为两层，并且采用简支梁结构，其对低频振动具有一定的放大作用。上盖位置VLz10减振效果插入损失见表4。

表4 上盖位置VLz10减振效果插入损失

4 结论

综上所述，在咽喉区低速行车区当采用有砟道床结合道砟垫设计，能够提供良好的减振效果，垂向减振效果可以达到7dB。对上盖开发而言，在咽喉道岔区，行车速度在25km/h，采用有砟轨道结合道砟垫设计，能够达到环境振动67dB以下，可满足居民、文教区的区域环境振动标准值。