城市轨道交通减振降噪技术应用

谷进朝

(中铁一局，陕西 西安 710000)

1 概述

近年来，由于中国城市轨道的高速发展，它在缓解了城市交通拥堵问题的同时，也带动了城市经济的发展，但也造成了较多的负面问题，比如在运营过程中所出现的震动和噪声等问题[1]，给人们的日常生活环境带来了不良影响。所以，缓解中国城市轨道交通的降震除噪等问题就显得尤为重要。钢轨及其相关构件逐渐成为直接承载体,并成为重大问题的研究关键，因而受到了更多科学家的重视。而随着钢轨阻尼、浮轨扣件联接、钢弹簧浮置板道床设计施工等技术的迅速发展，通过安装钢轨阻尼、更换浮轨扣件联接、重新制造钢弹簧浮置板道床等措施，已经成为轨道减振措施发展的主流方向。

2 钢轨阻尼和浮轨扣件组合减振降噪技术

2.1 钢轨阻尼

钢轨阻尼为降低地铁轨道噪声和污染而研制的设备，由郑州地铁集团有限公司组织，设计单位、施工等单位展开科研攻关，进行前期大量的论证及专题讨论，进行大量工艺实验，经过不断总结、分析、改进，形成其相应施工工序为：先对需加装钢轨阻尼区间进行钢轨污染物清理及钢轨除锈打磨，待运输钢轨阻尼至施工现场，分段进行安装阻尼器减振块和阻尼弹性夹，阻尼材料的物理指标如表1所示，最后统一检查安装是否合格，确保满足设计及规范要求。

表1 阻尼材料性能指标

钢轨阻尼吸振器[2-4]具体安装前,应该用钢丝刷子将钢轨轨腰及轨底角部位(吸振器安装部位)进行除锈处理,然后使用干燥的毛毡去灰,把黏附在轨腰和轨底角上的灰尘全部擦掉,并根据轨枕间距选择适当尺寸的吸振器,并在钢轨上标明吸振器的部位,具体安装要求有以下几点：

1)钢轨内外侧轨腰吸振器规格相同。

2)安装完毕的吸振器底部外边缘距轨底角边缘为10 mm，允许误差-2 mm。

3)吸振器与钢轨轨腰密贴、规格相同，不影响扣件的拆装。

弹性夹安装采用专用安装工具进行安装。安装过程中应避免过度将弹性夹开口扩张，以免损伤弹性夹刚度，安装完毕的弹性夹应保持垂直，卡爪完全进入吸振器凹槽内，现场安装效果如图1所示。

2.2 浮轨扣件

浮轨扣件属于轨腰约束型式的扣件[5-7]，当其在正常工作状态时，钢轨处于悬浮状态，可以有效地实现减振效果。经过进行大量工艺实验和分析及改进，形成其相应施工工序为：施工所需浮轨扣件由存料区通过吊车吊装至货车上并倒运至所需施工地段就近车站，再由人工搬运存放于车站大断面木箱内并码放整齐，以防止材料侵入电客车运行限界，之后由倒运材料班组用小平板车将浮轨扣件倒运到施工地段，并按照施工顺序进行摆放。

首先对轨道几何尺寸进行测量，将数据记录于对应钢轨上，并将待更换浮轨扣件区段、钢轨需打起区段分别用喷漆标出，便于后续施工。因浮轨扣件高度较高，需将更换浮轨扣件区段各往大小里程10 m～15 m的弹条和轨距块拆除，用压机将钢轨打起并用方木支垫，确保钢轨稳固。更换浮轨扣件时先施工左股，完成后再施工右股，依次循环。为了以后现场施工方便，线路所有活动挡肩安装到钢轨的同一侧。在线路过渡部分安装浮轨扣件时，必须在过渡扣件的第1，2根轨枕上面分别加放一块2 mm及1 mm厚的轨下小胶垫，以保证过渡扣件的高度与浮轨扣件高度一致，顺接平顺。浮轨扣件系统如图2所示，安装步骤如下：

1)铺设耦合垫板，将耦合垫板放在轨枕上，绝缘耦合垫板道钉孔中心与轨枕上预埋尼龙套管中心对应。

2)放置扣件基板，将扣件基板放置在耦合垫板之上，其道钉孔中心与预埋尼龙套管中心对应。

3)设置轨底衬垫，落钢轨，组装橡胶支撑块与前侧板，将前侧板凸出顶柱插入橡胶支撑块底面圆形凹孔内，使橡胶支撑块与前侧板组合。

4)放置橡胶支撑块与前侧板组合体，将两个橡胶支撑块与前侧板组合体放置于扣件底板两端边缘，分别从两端将该组合体推向钢轨腰部，使橡胶楔块表面与钢轨腰部贴合。

5)安装T型螺栓，将T型螺栓头部插入基板挡肩与前侧板之间预留位置(固定柱)后顺时针旋转约90°，然后进行上提使T型头完全的嵌入槽中。

6)安装定位块，将扣件两侧的定位块自上而下套入T型螺栓、固定柱。若有轻微卡阻可用橡皮锤向下敲击定位块使其套入固定柱。

7)锁紧扣件，锁紧盖板依次套入T型螺栓上，将重型弹簧垫圈和螺母拧到T型螺栓上，拧紧T型螺栓螺母。

8)调整轨距，用轨距尺测量两条钢轨的轨距，存在偏差的地方，调整扣件位置保证两边钢轨轨距保持1 435 mm。

9)安装锚固螺栓，将调距齿块置于基板的道钉孔上，确保调距齿块的齿与道钉孔上齿能够吻合，将重型弹簧垫圈在道钉上，调整扣件位置，将道钉拧紧，使扣件和轨枕连接起来，安装道钉前须涂抹黄油。

浮轨扣件装配时要在起终点处将过渡扣件连接顺序调节到位，以确定过渡扣件连线的高度和浮轨扣件连线高度统一，在安装扣件连接的同时需对钢轨几何长度进行精调，轨顶水平及高度容许误差均为±4 mm，左右股钢轨在顶面处水平高度容许误差均为4 mm，且在长度18 m的间距 范围内无超过4 mm的三角坑。轨顶水平差用10 m弦量，不应超过4 mm。轨距用1 435 mm标准轨距,最大允许误差为-2 mm～+3 mm，最大变动率也不应超过1‰。浮轨扣件安装后,橡胶垫应居中和方正,螺栓扭矩应在120 Nm～150 Nm之间。现场安装效果如图3所示。

2.3 效益分析

郑州市轨道交通5号线工程综合技术改造施工利用天窗点进行浮轨扣件更换、钢轨阻尼安装的新型施工工艺的研究与应用，极大提高了减振降噪工效，降低对周围居民影响，此工艺施工组织科学合理，施工工艺经济、实用，高质量、高标准完成了正线浮轨扣件更换及钢轨阻尼安装改造施工。

3 预制浮置板轨道结构减振降噪技术

3.1 轨道结构设计

预制钢弹簧浮置板轨道主要由浮置板基础、隔振器、预制板、剪力板、水平限位器、钢轨及其扣配件等组成[8-9]。隔振器一般采用内置式阻尼弹簧隔振器，线路的纵向间隔为1.2 m，横向布置间隔为1.860 m，与非钢弹簧浮置板道床衔接处的端部采用0.6 m间距加密过渡。浮置板地段采用60 kg/m钢轨，扣配件采用弹条Ⅲ型分开式扣件，或者带轨底坡普通扣件，扣件连接距离一般按600 mm进行布置，相关结构设计参数见表2。

表2 结构设计参数

浮置板地段按隧道半径R-2 750 mm进行设计，理论设计轨道高度为885 mm，而浮置板顶升高度按30 mm设计。浮置板的基础设计理论高度为269 mm，但在直线区域，浮置板基础的横断面为水平走向，在曲线区域采用倾斜基底，基底的混凝土横断面高程随着曲线超高来进行及时调整。预制板为工厂定型产品，其长度L为3.6 m，宽度D为2.7 m，单块板净重约7.8 t，布置平面图及断面图如图4,图5所示。浮置板的排水通过在浮置基底的中间设置350 mm×134 mm的排水沟排放，排水和普通道床的排水依次顺接，水沟的过渡段在其他相邻的道床地段来实现，坡度和线路坡度相同，应在上游设置沉沙坑及铁箅子防止杂物进入浮置板地段水沟。

浮置板基础的粗骨料使用碎石，并且碎石的最大粒径d应低于25 mm，基础混凝土所用的砂、石、水泥及水等材料应符合相关设计规范。预制板骨料宜采用碎石，碎石的最大粒径d应低于25 mm，且采用C50混凝土钢模在工厂进行预制，预制板混凝土所用的砂、石、水泥及水等材料应符合相关设计规范，预制板内应预埋隔振器外套筒、预留剪力板套管、预埋扣件套管、预埋观察筒盖板套管及杂散电流端子等附属结构。预制板和结构基础使用隔振器来整体隔离，用来实现减振降噪的目的，相关设计要求如表3所示。

表3 混凝土结构设计标准

剪力板的结构包括水平剪力板和侧置式剪力板两种形式，并且水平剪力板和侧置式剪力板各分为两块。其中水平剪力板和侧置式剪力板各自有着两种结构形式:一种为提供直线段刚性连接，另一种为提供曲线段可伸缩的连接。当预制板精调就位后，在每个隔振器对应的基底钻孔，并设置了水平限位器，所有隔振器应该设置水平限位器。

3.2 预制浮置板轨道施工工艺

3.2.1 预制浮置板轨道施工

由于施工误差及结构沉降问题，为保证道床厚度设计并符合列车运行限界要求，须对线路的中线位置和高程实行调线调坡。并按每100 m～200 m以内设计线路中心控制桩和高程控制桩，曲线地段采用增设曲线五大桩。完成后应对控制基标进行复测，经测量确认无误后，需要按每3.6 m进行施工基标加密测量，即按现场铺板的模数及板端位置进行测量放线。

通过对现场的测量放线，完成预制板铺设地段的限界测量，以达到预制板铺设的限界尺寸要求。曲线上还需要按照轨道高程，几何线位的变化情况加以测量，具体几何关系如图6所示。浮置板基础高程按照调线调坡后的轨道高程来进行适当的调整，而基础收面高程按照轨顶高度向下返值约616 mm。在进行基底混凝土浇筑前，应该将高程控制线测设在盾构壁上，后期作为基底混凝土施工时的参考基准线。需要注意的是曲线和直线的差异，由于曲线内侧及曲线外侧高程的不同，直线区域基底的横断面为水平走向，曲线区域基底的横断面为倾斜线。

浮置板基底变形缝及伸缩缝，按间距10.8 m设置。除特殊注明地段外，基底的变形缝一般情况下应与板缝及结构缝在相同部位，变形缝宽度d为20 mm，并且需要避让隔振器的位置。浮置板基础中心水沟的模板采用了专用的矩形封闭式钢模板，曲线区域基底应每隔10.8 m(即3块预制板的长度)，在曲线内侧设横向宽度为100 mm排水沟，用来使基底的内侧水排到中心排水沟。预制板的铺设精度允许误差见表4。

表4 预制板的铺设精度允许误差

3.2.2 隔振器的安装

内置隔振器的安装工序为：首先去掉外套筒上的盖子，然后压入定位销，使用安装杆把隔振器置于外套筒中，使其接触浮置板支承基础，支承板与外套筒之间留有足够的间隙，转动弹簧组使三角状的上支撑板的三个角和焊在外套筒壁上的垂直对齐，再拔出安装杆。接着在下支架和上支承板之间安装调平钢板，直至间隙被填塞密实。隔振器装配完成满足设计要求后，要把安全板置于相应调平钢板上，使用螺栓与内筒连接在一起，防止调平钢板产生移动，采用螺栓来固定安全板，以确保传力可靠。隔振器安装完成后，检查隔振器上是否存在间隙，若填充不严密可能会造成隔振器形成不受力状态。当预制板精确就位后，在隔振器未安装和检查完成之前，不得拆除及调整该板及相邻预制板用来作为支撑受力的调节器。

3.3 传统施工方式与预制板浮置板效益分析对比

浮置板轨道“工厂标准化预制、现场机械装配”的新型施工工艺的研究与应用，能极大提高工效，缩短项目建设周期。突破了以往天窗点散铺法施工进度缓慢的难题，施工进度由6 m/d～10 m/d提高至70 m/d，进度提高了7倍～10倍。同时该施工工艺提高了浮置板施工的质量、减少了现场劳动力、改善了现场人员作业环境。该施工工艺达到了目前国内、外地铁浮置板轨道施工的领先水平，经济效益和社会效益显著。

4 结语

本文叙述了郑州市轨道交通5号线工程综合技术改造正线减震降噪的三种施工工艺，采用安装钢轨阻尼、浮轨扣件、预制浮置板三种方式，依据建筑工程工业化的模式来组织施工，即构件设计标准化、生产工厂化、施工机械化、管理科学化。浮置板采用“工厂标准化预制、现场机械装配”相结合的施工工艺，有效的增加了生产率，压缩轨道施工工期，提高了项目进度，同时也有效的减少了现场施工中人的因素、技术因素、环境因素对工程质量的影响，提高浮置板轨道的施工质量。施工中能精确监控预制板铺设的情况，以实现轨距、水平、方向、轨顶高程等轨道几何尺寸，以确保列车的安全、平稳运行。