减振设备在北京地铁线路中运用效果浅析

摘 要：随着城市化的飞速发展，交通拥堵成为每个城市发展所必须面临的问题，解决交通拥堵其中一个最有效的办法就是建设具有准时高效速达舒适等优点的轨道交通。全国多个城市都在大量推行轨道交通建设。随着轨道交通飞速发展，随之而来的一个重要问题就是轨道交通所带来的振动及噪音污染。对沿线居民的工作生活都造成严重的影响，每年政府主管部门也接到很多居民关于振动及噪声的投诉。解决以上问题的根本办法就是增加减振设备。由于种种原因，目前在轨道交通建设中所使用的减振措施绝大多数都是在线路上采用各种减振产品，以此来减轻振动及噪声对轨道交通沿线建筑物带来的影响。

本文主要针对各种振动及噪声类型所出现的如梯形轨枕、钢弹簧浮置板、轨道减振器等各种减振产品的减振原理进行分析。同时，以北京地铁为例，对各种减振设备在北京地铁所应用的效果进行分析，希望以后轨道交通的设计、施工及运营能够作为参考。

1.振动及噪声的成因

列车引起的噪声可分为4个部分：轮轨噪声、集电噪声、车厢的空气动力噪声和桥梁结构的二次振动噪声。轨道交通的主要噪声源随着列车的运行速度的变化而变化。当列车速度小于60 km/h时，主要噪声源为动力系统噪声;当列车速度在60～200 km/h时，主要表现为轮轨噪声;当列车速度大于200 km/h时，主要是为空气动力噪声。 我国的轨道交通运行速度一般为80 km/h，噪声的主要来源是轮轨噪声。解决好轮轨噪声是解决城市轨道交通减振降噪的关键。[1]

2.减振设计原理

城市轨道交通轨道减振降噪工程是一项复杂的系统工程，需要相关专业共同配合、综合治理才能取得满意的效果。减振降噪型轨道结构的比选，需要根据具体的环评要求，进行具体的设计。只有合理的选择减振降噪型轨道结构型式，才能既经济、又合理地实现轨道的减振降噪，从而真正解决城市轨道交通给城市带来的振动与噪声问题。[2]

3.减振措施及应用效果分析

轨道交通中普遍采用的减振措施一般均为综合减振措施，主要有以下几个方面：

3.1采用60kg/m重型钢轨无缝线路，减少钢轨接头，降低轮轨间冲击作用引起钢轨的振动加速度。

3.2运营中定期进行钢轨打磨、车轮镟圆。

3.3采用减振设备。以下主要探讨在北京地铁中大面积使用的几种减振设备的构造原理及应用效果。

1.梯形轨枕道床

梯形轨枕道床由梯形轨枕、弹性支墩、混凝土底座构成。通过将梯形轨枕支撑在聚氨酯质的减振材料上，达到制约轨道振动、减弱传动到支撑构造物上的振动强度、降低构造物噪声的目的。

梯形轨枕在北京地铁应用较广泛，从地铁5号线开始铺设试验段，到后面的新线建设中大面积使用。梯形轨枕本身减振效果较好，其所使用的高性能预应力混凝土也能够在一定程度上减轻养护维修的工作量，但是产品加工及施工环节中的一些问题却给梯形轨枕道床的運营维护带来了影响。在北京地铁房山线高架桥减振地段全部使用了梯形轨枕道床进行减振，但是从开通半年开始，房山线梯形轨枕多处出现了裂缝。有些裂缝的宽度甚至能够伸进手指，过多的裂缝导致梯形轨枕道床无法保持轨道结构框架尺寸，给运营增加了许多安全隐患。因此设计阶段就应对厂家加工环节的质量控制及施工时对交界面的处理及施工质量控制提出要求，以此来保证运营时设备状态的稳定。

2.钢弹簧浮置板道床

钢弹簧浮置板轨道是将具有一定质量和刚度的混凝土道床板浮置在钢弹簧隔振器上，构成质量一弹簧隔振系统。其隔振系统构造可分为下部基础、弹性隔振器、混凝土浮置板、轨道结构、剪力铰5部分。[5]

钢弹簧浮置板在北京地铁线路中使用的也非常广泛，最早在13号线中就开始使用，从5号线建设开始大范围的出现在地铁线路中，现在北京地铁4、5、6、9、10、13、房山线、亦庄线等多条线路中都使用了此设备。

钢弹簧浮置板道床的减振效果极好，但是如果设计时因为盲目考虑道床板的承载力计算而忽略了截面形式对运营的影响就会造成事故的隐患。2012年北京地铁10号线发生了一起由于列车通过钢弹簧浮置板道床时引起振动造成了线路专业维修人员临时存放在线路附近的备用材料滑落，造成了接触轨短路从而影响了正常运营。（图1）

如图1所示，该地段道床截面设计中，线路中心采用了凸台，同时将在接触轨后面道床也设计成了高台形式，从而形成了钢轨卧在槽里的效果。造成了存放在接触轨后面的备用材料因列车振动从台上滑落，同时与接触轨及走行轨接触造成了接触轨短路。此外，这种道床截面形式还造成了线路专业在养护维修中无法进行更换钢轨及钢轨打磨作业，在线路状态不稳定的地段也无法安装轨距拉杆，给运营及养护维修造成了极大的不便及严重的安全隐患。

3.轨道减振器扣件

轨道减振器扣件是将承轨板和底座通过橡胶圈硫化在一起，利用橡胶的剪切变形提供竖向和横向弹性，通过橡胶的阻尼特性达到隔振减振的目的，其减振效果可达到10dB左右，使用于中级减振地段。[6]

轨道减振器扣件是在北京地铁应用较早的一种减振设备，在北京地铁13、八通线、5、10、15、亦庄线中都做为主力产品应用在中级减振地段中。

在运营中发现在轨道减振器扣件地段产生了严重的钢轨波浪形磨耗。由于列车通过钢轨波磨地段时产生剧烈的振动及尖锐的啸叫声，对沿线居民的生活造成了非常严重的影响。同时，由于剧烈的振动，造成了线路扣件折断的现象时有发生，为运营带来了安全隐患;而波磨目前在国际上还没有根治的方法，只能通过定期打磨来处理，这也大量的增加维修保养得工作量。此问题在大量使用轨道减振器扣件的5号线及10号线尤为突出。

4.结论及建议

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注意：

4.1尽量使用较为成熟且有成功案例的产品，避免在运营线路作试验段。

4.2选型时应充分考虑运营后的使用效果，避免引入次生病害。

4.3充分考虑运营维护的需要，尽量使用便于维护的设备类型及结构形式。

参考文献：

[1]郭积程 城轨交通轨道减振设计分析 现代城市轨道交通[J]2010（05） 29-32

[2]李建斌 城市轨道交通轨道减振降噪设计研究 石家庄铁道大学学报[J] 2011（3）   73-77

[3]苏宇等 梯形轨道减振性能研究 铁路标准设计[J] 2007（10） 71-74

[4]张珍珍 梯形轨枕轨道力学性能分析 铁道勘测与设计[J]2010（6）34-37

[5]孙晓静等 浮置板轨道结构在城市轨道交通减振降噪上的应用中国安全科学学报 [J] 2005（8） 65-69

[6] 邓娇等 Ⅲ型轨道减振器的设计与应用 铁道标准设计[J] 2007（10）44-46

作者简介：

邳士萌（1991-10-）女，汉，籍贯：天津市，最高学历：大学本科;目前职称：初级政工师;研究方向：轨道交通线路工程。