城轨道岔减振降噪功能的研究

王 阿 利

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

1 行业背景

随着我国国民经济的快速发展，大运量、快捷、安全、准点的轨道交通已成为解决城市交通堵塞的首选公共交通。目前，国内城市轨道交通行业超常规发展，已有22个城市建成并运营轨道交通线路101条，运营里程3 155 km，并有38个城市经国家批准建设轨道交通。预测到2020年，城轨交通规划总里程超过6 880 km。

城市轨道交通对线路运营安全性、舒适性要求较高，而且线路穿行于城市人口稠密地区，对环境保护标准要求也高，但既有道岔很难适应高密度、少维修的要求，运营过程中的轮轨冲击影响着周边居民生活环境和道岔寿命，制约着周边物业的开发，同时增加了维护成本，为此亟需开发具有减振降噪功能的新道岔。

2 城轨道岔现状

随着列车运行速度的不断加快和运量的越发密集，轮轨相互作用力加剧，其中反映最为强烈和集中的是轨道交通因轮轨相互撞击所产生的振动和噪声问题，影响着线路周边居民的生活。针对城轨道岔噪声问题，调研多条地铁线路，引起噪声的主要根源有如下几方面。

2.1 钢轨波磨

列车因速度提高、频繁折返，加剧轨件磨耗，缩短道岔寿命。有些线路运营不足一年，尖轨轨顶波磨达到0.4 mm～0.5 mm。轨件磨耗较快主要是因为岔区扣件阻尼偏低，未能提供平顺(轨距、高低、水平、方向、曲率)的运行条件，在列车频繁的冲击和反复制动下，轨件强度大大削弱，加速磨耗，表面创伤严重的组织与轨件基体分离掉块(见图1)，钢轨的波磨形成“搓衣板”(见图2)，导致岔区振动再次加剧。

2.2 接头病害

1)尖轨跟端活接头病害。

城轨道岔采用直线尖轨，跟端活接头结构在反复的扳动和列车多次冲击后，稳定性大大下降，导致尖轨跟端与其相连导轨接头错牙(见图3)，列车不能平顺通过，增大冲击振动。

2)钢轨有缝接头病害。

钢轨有缝接头、固定型辙叉等均存在轨距线中断问题，列车长此以往运行后，引起轨缝变大、轨距扩张等病害，影响列车过岔的平顺性。

2.3 岔区扣件

既有城轨道岔主要采用普通扣件，通常在铁垫板下安装橡胶垫板，为轨道系统提供弹性，用螺栓将铁垫板固定在轨枕中，螺栓拧紧后，橡胶垫板因受到压缩变形而丧失部分弹性，扣件的减振性能难以充分发挥。

3 城轨道岔减振降噪策略

根据目前城轨道岔存在的噪声问题，需要对其实施减振降噪策略，采用先进的技术，打造具有减振降噪效果优良、零部件寿命长、施工便利、少维护等优点的城轨减振道岔。

3.1 提高岔区的平顺性

1)优化道岔平面线型，尽可能采用较大的导曲线半径，提高旅客乘坐的舒适度。

2)优化轮轨关系，为列车过岔创造优良的平顺性。

3)岔区刚度均匀化。岔区刚度是影响列车运行舒适性、轨道几何形态及养护维修工作量的重要参数之一。岔区各部件刚度匹配不佳，难以做到物尽其用，也难以使轨道结构在列车荷载作用下表现出良好的工作特性。岔区刚度若过大，轮轨相互作用加剧，列车运行平稳性降低，轨道振动加剧，轮轨噪声增大，部件寿命降低。岔区刚度若过小，轨道结构薄弱，列车作用下轨道变形过大，几何形态难以保证，养护维修工作量增大。为此，需要通过理论分析和先进的材料、技术等，确保岔区刚度均匀化，以提高行车舒适度和降低岔区轮轨冲击振动。

3.2 岔区无缝化

1)钢轨采用焊接接头，消除轨缝，岔区实现无缝化，避免车轮对钢轨接头剧烈冲击振动。

2)活动型辙叉。固定型辙叉结构本身存在“有害空间”，车轮从辙叉咽喉走行至心轨实际尖端时线路中断，此处车轮振动及冲击最大，是列车通过道岔时的主要振动源。为确保岔区轨距线连续，提高列车过岔的平顺性，采用活动型辙叉，利用心轨转动与翼轨相靠或叉心固定，两侧翼轨均可动，以消除“有害空间”，减轻车轮对翼轨、心轨的冲击。

3.3 优化有缝线路钢轨接头

1)尖轨跟端采用弹性可弯结构。

尖轨采用曲线线型，跟端为弹性可弯结构，确保接头稳定，以减少列车通过尖轨跟端的冲击振动。

2)钢轨普通接头采用减振夹板。

为解决岔区钢轨接头病害，减少振动噪声，在钢轨非工作边侧安装减振接头夹板(见图4)，工作边侧安装普通接头夹板。减振夹板比普通夹板断面高，加高部分带有1∶20斜，与车轮踏面斜度一致，列车通过接头时车轮踏面可在减振夹板加高面上运行，具备了连续平顺的运行条件。

3)钢轨绝缘采用胶接绝缘接头。

钢轨采用胶接绝缘，增强绝缘接头稳固性，提高绝缘性能。

3.4 岔区采用双层非线性减振扣件

1)突出的减振效果。与普通道岔扣件相比，减振量大于8 dB，达到中等减振降噪要求。

2)稳定的扣件系统。通过尼龙自锁机构(如图5所示)将上铁垫板、中间橡胶垫、下铁垫板组装在一起，机械连接提高较强的稳定性。

3)较大的抗拔力。通过螺栓锚固系统将扣件预组装体、耦合垫板紧紧地与道床基础相连，最大预紧力达到30 kN，抗拔力有了较大幅度的提高。

4)可调的预紧力。通过尼龙自锁装置调整扣件的预紧力，实现扣件整体配合的可靠性、稳定性，可满足不同线路运行条件的需求(速度、轴重、曲线半径等)。当扣件因道床沉降、减振元件磨损等原因产生离缝时，可通过调整片消除扣件的缝隙问题，保证线路的安全性和平稳性。

5)钢轨波磨的缓解。扣件横向、扭转刚度均较高，有良好的过载保护功能，能够安全可靠的保持线路的平顺性，抑制钢轨“上跳”，缓解钢轨波磨的产生和发展，延长道岔寿命。

6)安装、维护便利。通过自锁机构将上铁垫板、中间弹性垫板、下铁垫板出厂前预组装在一起，类似于道岔用铁垫板，与普通扣件安装、维护方法基本一致，不需增加额外的工作量。

7)灵活的轨距调整。通过下垫板中的U形道钉孔及轨距块配合调距，其中U形道钉孔可实现双边±6 mm的调距量，轨距块可实现双边-6 mm～+4 mm的调距量，总体调距量为-12 mm～+10 mm。

8)灵活的高度调整。扣件系统高度可在耦合垫板与下铁板之间调整，可实现-5 mm～+30 mm的调高设置。

9)弹性元件更换便捷。中间橡胶垫板(如图6所示)通过钉柱结构及排列优化，可提供充分的纵、横向变形自由空间，及时散发橡胶因受力变形产生的热量，较大程度延长橡胶元件寿命，而且可单独更换橡胶元件，降低维护成本。

4 结语

道岔是实现列车转线或跨线运行必不可少的轨道设备，随着城轨交通的快速发展和人们生活质量的提高，对城轨道岔的减振性能提出了更高的要求。有必要从道岔平面线型设计、岔区刚度均匀化、研发新型减振扣件等方面采取策略，打造零部件寿命长、施工便利、免维护的减振道岔，为城轨线路周边居住的人们提供和谐的生活环境。