城市轨道交通限制空间下轨道减振方案研究

摘要：城市轨道交通特殊减振措施，普遍采用钢弹簧浮置板道床及橡胶隔振器浮置板道床，该类道床型式所需结构高度较大，在盾构隧道偏差较大的限制空间便不能满足其安装空间要求。基于华南地区某地铁线路某盾构区间隧道实际工程背景，创新设计钢弹簧偏心浮置板道床与谐振式组合减振道床，并探讨了2种方案在大偏差盾构隧道中的适用性。结果表明：同标准钢弹簧浮置板相比，偏心板一阶竖向平移振型中附加扭转振型，较易激起浮置板低阶振型中的其他扭转振型，对浮置板稳定性不利，列车运营过程中可能引起左右晃动。谐振式组合减振道床结构高度最小为750mm，其利用浮置道床质量及非线性隔振垫吸收轨道振动能量，隔离振动传递。在盾构隧道大偏差地段采用谐振式组合减振道床，可避免盾构隧道返工整改，节约工程造价，并为后续类似工程的提供解决案例。

关键词：无砟轨道；轨道减振；谐振式；浮置板道床

0" "引言

城市轨道交通常用的减振措施按减振效果，可分为中等减振措施、高等减振措施及特殊减振措施三大类[1]。中等减振措施主要包括各类减振扣件及弹性轨枕方案。高等减振措施主要包括隔离式减振垫浮置板道床[2]、梯形轨枕、中档钢弹簧浮置板等。特殊减振措施主要包括橡胶弹簧浮置板道床、高档钢弹簧浮置板道床[3]等。此外，还有各种组合减振措施[4]。其中特殊减振道床因所需结构高度较高，在盾构隧道大偏差地段难以适用。

本文基于华南地区某地铁线路盾构隧道实际工程，为满足线路周边文物保护需要，创新设计了钢弹簧偏心浮置板道床与谐振式组合减振道床，并探讨了两种方案在大偏差盾构隧道中的适用性。

1" "工程概况

华南地区某地铁线路全长32.4km，其中地下线长24.9km，高架线长6.7km，过渡段长0.8km。其中的某区间全长为1333.750m。区间线路纵断面为V形坡，最大坡度为26.152‰，线路埋深15.1～29.8m，隧道顶覆土10.2～24.9m。管片衬砌环内径为5400mm，外径为6000mm，管片厚度为300mm，管片衬砌环宽度为1500mm。

管片衬砌环采用错缝拼装，每环管片由3个标准块、2个邻接块和1个封顶块组成。管片之间的环向接缝和纵向接缝均采用弯螺栓连接。区间隧道第584环管片距离文物保护建筑水平距离13.95m，隧道埋深为21m。

2" "盾构姿态超限处理

2.1" "盾构姿态超限状况分析

根据区间左线贯通测量断面数据，盾构区间竖向偏差最大位置位于592～594环，达到399mm；矢量偏差最大位置位于588环，达到444mm，其中水平偏差为右偏211mm，竖向偏差为上抬391mm。

2.2" "盾构姿态超限处理方案分析

2.2.1" "线路调整

线路纵断面根据左线276～843环范围内的断面测量数据统筹进行调坡，调坡之后轨道最小结构高度为759mm。因本次盾构区间超限纵向上属于短距离内快速抬头，所以通过调坡来改善的效果比较有限[5]，在保证接触网安装净空的同时，无法满足轨道结构高度的要求，即通过调线调坡无法完全解决盾构区间隧道超限之后带来的影响。

2.2.2" "限界核查

地铁设计规范[6]要求，设备限界与周边永久结构的距离不小于200mm，特殊情况下不小于100mm。根据调整后的线路纵坡，车辆右下角限界非常紧张，设备限界与隧道管片的最小距离为102mm。

3" "钢弹簧偏心浮置板道床优化方案分析

3.1" "具体优化方案

针对现场盾构姿态超限情况，对原钢弹簧浮置板道床优化调整。浮置板厚度为300mm，板中设有凸台，凸台高度为160mm，宽度为900mm。浮置板左侧边缘距中心线1640mm，浮置板右侧距中心线1299mm。

同时对隔振器位置进行相应调整，右侧隔振器内收至钢轨下方，距离中心线距离为750mm，左侧隔振器距离中心线距离为930mm。调整后浮置板左侧比右侧多出约340mm，浮置板左右宽度不等引起质量不对称。

3.2" "对车辆运行的影响分析

为确定钢弹簧偏心浮置板对车辆运行的影响，分别建立标准板与偏心板有限元模型，对比分析二者振动模态与列车荷载作用下的受力及变形。钢弹簧偏心浮置板模型如图1所示。

3.2.1" "振动模态分析

标准板与偏心板第五阶及六阶振型如图2所示。由五阶及六阶振型对比结果可知：标准浮置板在前十阶振型中，只有五阶振型出现了纵向扭转，偏转板在前十阶振型除了一阶振型中已附加扭转变形，五阶和六阶均以扭转为主，对浮置板受力不利。

3.2.2" "受力与变形分析

对列车轴重荷载下浮置板受力及变形进行分析。浮置板列车轴重荷载下受力及变形如图3所示。浮置板在列车轴重荷载下受力及变形曲线如图4所示。

由图3、图4可知，同标准板相比，偏心板一阶竖向平移振型中附加扭转振型，且较易激起浮置板低阶振型中的其他扭转振型，对浮置板稳定性不利，列车运营过程中可能引起左右晃动。

4" "谐振式组合减振道床方案分析

4.1" "谐振式组合减振道床系统组成及原理

谐振式组合减振道床系统是在钢轨减振扣件安全变形范围内，利用浮置道床质量及非线性隔振垫吸收轨道振动能量，隔离振动的传递。在非线性隔振垫低载荷低刚度、高载荷高刚度特点基础上，利用整体框架式道床板及高弹性减振扣件组合，达到进一步优化隔振效果的目的。该系统由框架式道床板、减振扣件、非线性刚度道床隔振垫、谐振盖板系统、限位凸台及缓冲结构等构成，如图5所示。其轨道结构所需最小高度为750mm。该减振措施减振效果可达15dB，可满足线路周边文物敏感点的减振需求。

4.2" "道床板设计方案

谐振式组合减振道床板中部设置矩形框架，且在框架横向设置预埋检修套管，用以将道床板抬升并更换隔振垫。道床板两端设置有U型缺口，用以安装纵向连接构件，道床板长5280mm、宽2400mm、厚250mm。扣件间距595mm，道床板缝宽75mm。道床板根据隧道盾构偏差情况在不同里程范围内的形状有所变化。

道床板采用C45混凝土现场浇筑，板内设置双层钢筋网，中部框架及两端U型缺口均通过金属模具成型。道床板中所有纵向钢筋通过焊接扁钢来实现杂散电流收集，道床板表面预留杂散电流连接端子。浇筑道床板时，首先将扣件安装在薄短轨枕上，然后将短轨枕浇筑在道床板上。

4.3" "扣件及隔振垫方案

谐振式组合减振道床采用上部锁紧式双层非线性减振扣件，锚固螺栓孔距与普通扣件一致。扣件安装高度56mm，静刚度15±3kN/mm，动静刚度比≤1.3。在载荷循环3×10次后，要求刚度变化量小于10%，单边扩张量小于3mm。

隔振垫带状设置于道床板下方，每块道床板下共设置6块道隔振垫（道床板每侧3块），隔振垫为带凸钉的结构，隔振垫凸钉一侧朝向道床基础。隔振垫厚度为30mm，静刚度0.01～0.030N/mm3，动静刚度比＜1.3，要求1000万次疲劳后无开裂、破损，静力基础模量变化不超过15%。减振扣件与隔振垫如图6所示。

4.4" "道床断面及平面方案

谐振式组合减振道床基础中部设纵向排水沟，低轨侧基础侧墙设侧边水沟，每块道床板中部下方设横向水沟，道床板与侧墙基础之间设置侧边缓冲材料，用土工布将道床隔振垫、侧边缓冲材料整体密封。

局部地段不设置侧墙基础，道床板断面为切角矩形，道床板切角斜面下方（隧道壁上方）设置泡沫板，低轨侧道床板与隧道壁之间构成侧边水沟。

道床板间距75mm，相邻道床板之间设置纵连构件，低轨侧道床板中部下方设置横向水沟，每块道床板上设置6块A型谐振盖板、6块B型谐振盖板。

局部地段道床板设置限位凸台，限位凸台与道床板间设置侧边缓冲材料，限位凸台设置于中心水沟上方时，通过植筋或预埋钢筋与底部基础连接。

4.5" "道床基底及盖板方案

将谐振式组合减振道床侧墙基础与隧道壁植筋连接，极限工况下将底部基础与隧道壁植筋连接，且在薄弱区域设置钢丝筛网进行增强。道床中部设置A、B型谐振盖板，以增加参振质量，提高减振效果。

5" "结束语

本文根据华南地区某地铁线路盾构隧道姿态超限的实际情况，开展盾构隧道大偏差地段减振道床方案研究，对比分析了钢弹簧偏心浮置板道床与谐振式组合减振道床在大偏差盾构隧道中的适用性，得出的主要结论如下：

同标准板相比，钢弹簧偏心浮置板一阶竖向平移振型中附加扭转振型，且较易激起浮置板低阶振型中的其他扭转振型，对浮置板稳定性不利。列车运营过程中可能引起左右晃动，在盾构隧道大偏差地段不宜采用。

适用于城市轨道交通正线盾构隧道限制空间下的谐振式组合减振道床方案，利用浮置道床质量及非线性道床垫吸收轨道振动能量，隔离振动的传递。基于非线性道床垫低载荷低刚度、高载荷高刚度特点，利用整体框架式道床板及高弹性减振扣件组合，达到了进一步优化隔振效果的目的。

采用谐振式组合减振道床方案，可以达到相应区段文物保护建筑的减振要求，不仅可以节约工程整改费用，还有利于缩短施工工期。

参考文献

[1] 涂勤明.地铁常用减振轨道振动特性及减振效果对比研究[J].铁道建筑，2020，60（5）：135-138.

[2] 周志军，刘玉涛，李伟，等.地铁钢弹簧浮置板轨道振动特性和减振效果研究[J/OL].铁道标准设计：1-9[2021-11-28].

[3] 王志强，王安斌，徐宁，等.地铁轨道道床减振垫减振性能研究[J].城市轨道交通研究，2016，19（7）：70-74.

[4] 和振兴，陈罄超，周华龙，等.减振扣件与弹性道床垫组合减振关键参数研究[J].铁道工程学报，2019，36（6）：38-44.

[5] 姜博龙，刘冀钊，何宾，等.地层差异对轨道减振效果影响测试分析[J].铁道工程学报，2020，37（10）：54-59.

[6] GB 50157—2013.地铁设计规范[S].2013.

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都" "610031）