下载文档原格式
地铁隧道减振垫浮置板道床养护维修研究作者：邱凌来源：《中国房地产业》 2018年第12期随着地铁的快速发展，运营期间列车引起的振动，将对建筑结构、乘坐舒适度、车辆零部件使用寿命、沿线居民的工作和生活质量等造成影响。
因此，地铁的减振问题成为国内外研究的热点。
橡胶减振垫自1975 年在柏林地铁使用以来，以其良好的安全性、稳定性、经济性等特点，在各大城市广泛应用，是一种较为有效的减振技术。
随着时间的推移，减振垫浮置板道床养护维修成为地铁养护的一大要点。
本文对地铁隧道橡胶减振垫浮置板道床进行养护维修研究，对于地铁的运营维护具有一定的借鉴意义。
1、橡胶减振垫浮置板道床简介1.1 工作原理在整体道床与基础结构之间，增加橡胶垫，构成橡胶减振垫浮置板道床，减振垫与上方整体道床形成质量- 弹簧系统。
其基本原理就是在轨道道床和基础间插入一固有频率远低于激振频率的线性隔振器，通过质量- 弹簧系统的惯性运动，将列车运营产生的振动进行较大衰减后，再传递到隧道主体结构，以达到减振的目的。
1.2 结构组成橡胶减振垫浮置板道床主要包括5 大部分：（1）钢轨、扣件等；（2）浮置混凝土道床；（3）橡胶垫隔振器；（4）基底混凝土；（5）排水系统，包括两侧排水沟、基底中心水沟、观察筒等。
具体如图1 所示。
橡胶减振垫自上而下分别由覆盖层、编织层、夹层、编织层、阻尼层构成。
各层作用分别如下：（1）覆盖层：与道床板及道碴接触，提供柔性及连接作用；（2）编织层：加强各层橡胶间的连接；（3）夹层：均匀分布荷载至每一个圆锥；（4）阻尼层：提供弹性和阻尼。
1.3 工作特点橡胶减振垫浮置板道床具有以下特点：（1）减振效果好：通过实际测试证明，Z振级减振效果良好；（2）适用范围广：在地下线和高架桥特殊减振和高等减振地段均可采用，同时适用于碎石道床、整体道床、道岔等多种形式的轨道结构，不受边界条件制约；（3）铺设速度快：无缝化搭接，安装简单，质量易控制，橡胶隔振垫每天铺设长度可达到70 ～ 80m；（4）结构设计优、经济指标佳：采用面支撑结构，应力和变形位移成非线性作用，钢轨和扣件受力合理，无异常波磨，无车内噪声增加等不良反应；根据结构形式的不同，橡胶隔振垫每公里造价约为300 ～ 600 万，性价比较高；（5）使用寿命长、运营维护少：结构设计优；橡胶减振垫具有优越的抗疲劳和抗老化性能；同时，橡胶材料的绝缘阻隔，将土建结构和轨道系统完全隔离，减少杂散电流的传递，延长轨道结构和产品使用寿命，减少养护维修工作量。
地铁弹性长枕的技术优势及研究现状论文截至xx 年底，我国开通轨道交通的城市到达19 个，累计运营里程2746 公里， 2021 年线路规划里程甚至超过一万公里。
轨道交通的蓬勃开展，给人们的出行提供了极大的方便，促进了经济与社会的开展。
但是由列车运行产生的振动与噪声，严重影响着沿线居民的工作和生活。
对城市轨道交通进行振动与噪声的研究，对于轨道交通的安康开展具有重要意义。
文章对传统中等减振措施与弹性长枕进行比照分析，并对近年来取得的一些理论成果进行了阐述。
1.1 弹性长枕轨道结构形式弹性长枕无砟轨道是在弹性支承块的根底上开展起来的，弹性长枕的结构形式为：采用的特殊预应力混凝土枕增强了轨距保持能力;包裹支承块的套靴被被包裹预应力轨枕的两端开启式的橡胶靴替代，可以排除进入箱内的雨水，并有利于结构的施工和后期维护。
1.2 弹性长枕轨道减振机理在弹性长枕轨道结构中，较低刚度的弹性垫层布设在轨枕底部，并置于橡胶套靴之上，实现了把长轨枕与道床隔离开的目的。
当列车通过弹性长轨枕时，垂直方向被压缩一定的距离，但由于起缓冲作用的弹性垫层的存在，从而到达了减振的目的。
国内传统地铁常用中等轨道减振措施主要有轨道减振器扣件及弹性短轨枕。
2.1 轨道减振器轨道减振器又称科隆蛋，最早由德国设计并实际应用，随后被许多国家所采用。
我国也在上海和广州地铁中采用了该扣件。
轨道减振器扣件良好的减振性能在开通运营后得到完美表达，满足了对减振降噪预期的设计要求。
但是，轨道减振器在我国的应用并不理想，主要是存在着以下几个缺点：其减振性能在运营一年以后衰减较快，减振性能约衰减20%;一旦橡胶失效，需成套更换;长时间运营后，诱发严重的钢轨波磨。
2.2 弹性短轨枕弹性短轨枕轨道结构得到广泛应用并具有良好的减振降噪性能，但有以下几个缺点：施工质量对弹性轨枕减振效果影响较大;套靴中夹入杂物或短轨枕与套靴绑扎不密贴，会导致病害的出现，且减振性能也会大打折扣;弹性层失效后不易被检测发现，即使发现后，更换也很麻烦;轨距和轨底坡调整困难;在曲线地段钢轨产生严重的波浪磨耗。
2024年轨交减振降噪市场发展现状引言近年来，随着城市轨道交通的迅速发展，减振降噪技术在轨交建设中起到了至关重要的作用。
减振降噪技术可以有效减轻列车运行时的噪音和振动，提升乘客的出行体验，减少周边居民的噪声干扰。
本文将介绍轨交减振降噪市场的发展现状，包括市场规模、主要技术和发展趋势等方面的内容。
市场规模轨交减振降噪市场的规模在不断扩大。
根据市场调研机构的数据显示，2019年全球轨交减振降噪市场规模约为100亿美元，预计到2025年将达到150亿美元。
亚太地区是轨交减振降噪市场的主要增长驱动力，其中中国是最大的市场。
中国作为全球轨道交通建设最为活跃的国家之一，对减振降噪技术的需求量巨大，推动了市场的快速增长。
技术发展1. 主动减振技术主动减振技术是一种通过激振器主动控制列车振动的方法，以降低振动的水平。
该技术在轨交减振降噪领域具有广泛应用前景。
主动减振技术通过实时监测列车振动，并根据监测结果调整激振器的工作状态，可以有效地控制列车振动的幅度。
2. 被动减振技术被动减振技术是利用减振器等装置来吸收或隔离列车振动的技术。
被动减振技术具有结构简单、投资成本低的优势，被广泛应用在地铁、轻轨等轨交系统中。
常见的被动减振技术包括弹性材料减振、悬挂系统减振和承载结构优化等。
3. 噪声控制技术除了减振技术外，轨交减振降噪还需要兼顾噪声控制。
目前，轨交减振降噪的噪声控制主要通过优化轨道和列车结构、改进轨道连接方式、增设隔音设施等手段来实现。
此外，一些高端技术如主动消声技术和声学透明障屏技术也逐渐应用于轨交减振降噪领域。
发展趋势1. 技术整合随着科技的不断进步，轨交减振降噪技术也在不断创新和发展。
未来的发展趋势之一是技术的整合。
将主动减振技术、被动减振技术和噪声控制技术有机结合，形成更为完善的减振降噪方案，提升整体的减振降噪效果。
2. 绿色环保在轨交减振降噪领域，绿色环保已成为一个重要的发展方向。
未来的减振降噪产品将更加注重环保性能，采用环保材料和低能耗的设备，减少对环境的影响。
第29期2019年10月No.29October ，2019城市轨道交通对周边建筑物的振动影响与控制对策摘要：研究城市轨道交通对周边建筑物的振动影响并采取相应的控制对策降低其危害，对于推动整个社会经济发展，减小城市轨道交通系统对环境的负面影响有重要意义。
文章以无锡地铁1号线为例，就城市轨道交通对周边建筑物振动影响做简要研究，并探讨相应的减振措施。
关键词：轨道交通；振动影响；减振措施中图分类号：U2文献标志码：A 江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information吴赞阳（无锡地铁集团有限公司，江苏无锡214024）作者简介：吴赞阳（1981—），男，江苏无锡人，高级工程师，硕士；研究方向：轨道交通前期规划及设计。
引言最近几十年，随着我国交通事业迅速发展，以城市轨道交通为主的各类交通车辆运行振动所带来的环境振动影响也越来越突出。
相比于一般工地或工厂设备运行的振动影响，城市轨道交通环境振动对周围建筑物及其居民的影响已越来越受到人们广泛的关注［1］。
城市轨道交通环境振动，是一种影响频率范围在0~200Hz 的持续性、小幅振动。
这种振动是由一般城市轨道交通运载车辆（包括地铁、轻轨、火车和路面车辆等）与路面或轨道间的相互作用而产生，并经车辆、轨道下部结构和周围土体介质传播至地表环境，从而对沿线建筑物的平稳性产生影响。
对于交通轨道沿线影响范围以内的建筑，这种振动会对建筑本身结构、建筑内部易受损保护性文物、振动敏感性设备及人或动物造成不利影响，并且交通环境振动可以诱发建筑结构的二次噪声，这种二次结构噪声对周边居民影响较大，会对城市交通轨道附近生活的居民身心健康造成伤害。
1轨道交通振动分析轨道交通振动可分为3部分：振动源-轨道交通；振动传播介质-车轮与轨道支承结构及周围土体；振动受体-轨道交通沿线建筑物。
1.1轨道交通振动源的产生和影响因素1.1.1轨道交通振动源的产生轨道交通振动是列车在轨道上移动造成的，其产生根本原因是轮轨的相互作用，即轨头与车轮表面之间的接触斑处的有限驱动点阻抗引起的振动［3］。
轨道车辆减震降噪设计方案一、实施背景：随着城市轨道交通的快速发展，轨道车辆的减震降噪设计变得越来越重要。
轨道车辆在运行过程中会产生较大的振动和噪音，给乘客带来不舒适的体验，甚至对周围环境造成污染。
因此，设计一种有效的减震降噪方案对于提高轨道车辆的乘坐舒适度和环境保护具有重要意义。
二、工作原理：减震降噪方案的工作原理是通过降低轨道车辆行驶过程中产生的振动和噪音，从而提高乘客的舒适度和降低对周围环境的影响。
具体来说，可以采用以下几种方式来实现减震降噪：1.减震：通过在轨道车辆的底盘和车轮之间增加减震装置，如橡胶减震垫等，来吸收和分散车辆行驶过程中产生的振动能量，减少振动传递到车体和乘客的程度。
2.隔音：在轨道车辆的车体内部和车厢之间增加隔音材料，如隔音棉等，来阻挡噪音的传播，减少噪音对乘客的干扰。
3.噪音控制：通过在轨道车辆的发动机、制动系统等关键部位采用噪音控制技术，如隔音罩、消音器等，来降低噪音的产生和传播。
三、实施计划步骤：1.调研分析：对轨道车辆的振动和噪音问题进行调研分析，了解目前存在的问题和需求。
2.方案设计：根据调研结果，设计出针对轨道车辆减震降噪的方案，包括减震装置、隔音材料和噪音控制技术的选择和布置。
3.实施方案：根据方案设计，对轨道车辆进行改造和升级，安装减震装置、隔音材料和噪音控制技术。
4.测试评估：对改造后的轨道车辆进行测试评估，检测减震降噪效果，评估方案的可行性和效果。
5.优化改进：根据测试评估的结果，对方案进行优化改进，进一步提高减震降噪效果。
四、适用范围：轨道车辆减震降噪设计方案适用于各种城市轨道交通系统，包括地铁、轻轨、有轨电车等。
无论是新建的轨道车辆还是已投入运营的轨道车辆，都可以通过该方案进行改造和升级。
五、创新要点：1.综合应用减震、隔音和噪音控制技术，通过多种手段来降低轨道车辆的振动和噪音。
2.选择适用的减震装置、隔音材料和噪音控制技术，根据轨道车辆的具体情况进行定制化设计。
城市地铁轨道结构减振等级划分
目前城市地铁减振分级主要分为初级减振、中级减振、高级减振和特殊减振[] 。
初级减振的减振效果为5~ 10dB,主要通过减振扣件来实现，如各种减振扣件和科隆蛋扣件等；中级减振的减振效果为10〜15dB,其减振轨道结构主要有先锋扣件、弹性轨枕、弹性支承块和梯形轨枕轨道；高级减振的减振效果为15~ 20dB,其结构主要是浮置板轨道，包括橡胶浮置板轨道和钢弹簧浮置板轨道，橡胶浮置板轨道根据减振目标的要求分为面支承、线支承和点支承，按弹性支承的特点也称为面弹性、线弹性和点弹性；特殊减振要求减振效果大于20 dB，一般是采取综合减振措施方可达到，如在减振效果较好的浮置板轨道的基础上，采用高弹性轨下垫板、轨腰使用减振隔噪器等。
地铁隧道内碎石道床轨道结构减振特性分析彭华，刘麦，蔡小培，汤雪扬（北京交通大学土木建筑工程学院，北京__）散体碎石材料组成的碎石道床是目前使用最广泛的轨道结构之一，主要应用于高速铁路、普速铁路与重载铁路.国外城市轨道交通发展早，较多采用了传统碎石道床，如英国伦敦地铁、法国巴黎地铁、德国柏林地铁，至今仍保留了不少普通碎石道床，目前运营情况良好［1］.我国城市轨道交通发展较晚，几乎所有的地下正线都采用了整体道床结构型式，只有一些地面线路和高架线路以及车辆段采用了碎石道床.随着我国地铁的发展，整体道床目前在某些区段造成了振动、噪声、钢轨车轮异常磨耗等负面影响［2］.相较于整体道床，碎石道床轨道结构弹性较好，建设成本小，适用于基础薄弱地段.且随着碎石道床轨道结构养护维修技术的发展，养路机械作业日渐成熟，养护维修成本也得到降低.近年来越来越多的地铁线路邻近或下穿一些振动敏感区域，如医院、剧场、实验室、古建筑等，这对地铁轨道结构的减振性能提出了更高的要求.针对地铁轨道结构的减振措施，目前主要从钢轨、扣件、道床等方面进行考虑［3-5］.针对城市轨道交通碎石道床，国内外学者已经开展了一定的研究工作.Saussine 等［6］通过实验和离散元模拟分析了有砟道床沉降特性.张慧慧［7］分析了无砟轨道与有砟轨道的特点，提出了城市轨道交通轨道结构的设计原则.Huang 等［8］采用离散元建模方法，研究了污垢对碎石道床强度和稳定性的影响。
刘加华等［9］应用轨道结构强度计算理论及车辆-轨道耦合振动动力学仿真计算模型，分析了不同道床厚度对相关轨道结构部件的影响，得出了碎石道床合理道床厚度的建议值.赵洪等［10］对碎石道床在城市轨道交通地下线路中应用的可行性进行了研究，指出碎石道床在病害防治、经济效益、减振降噪等方面相对于无砟轨道具有一定优势.既有的研究中对于碎石道床在地铁内的减振性能研究较少，鲜有地铁隧道中采用碎石道床进行减振的研究，碎石道床相较于整体道床的减振性能尚不明确.本文以地铁隧道内碎石道床为研究对象，建立车辆-碎石道床-隧道-土体耦合动力学模型，与相同条件下普通整体道床对比，确定碎石道床减振等级；探究改变碎石道床厚度及增设减振垫时的减振性能，为碎石道床在地铁隧道内的应用提供建议.采用有限元软件Abaqus 进行建模分析，模型主要包括车辆模型、轨道结构模型、隧道及土体模型3部分.所建立的模型为地铁盾构隧道，盾构隧道直径为5.8 m，模型整体尺寸为30 m×30 m×96 m.轮轨之间的相互作用符合赫兹接触理论和库伦摩擦理论，轨道随机不平顺采用了北京地铁10 号线实测数据，行车速度取80 km/h.模型采用显式动力学求解器，求解过程中第一个分析步0.4 s，为模型平衡稳定阶段；第二个分析步3.2 s，为模型求解阶段，积分步长为2×10-4s.根据显式中心差分时间积分法则，在增量开始的t时刻满足动态平衡方程，在t时刻计算得到的加速度可用来求解时刻t+△t/2 的速度，并且求解从t到t+△t的位移，进而完成整个求解过程.为提高计算效率，在保证计算结果准确的前提下，模型进行了一定的简化与假设.计算中假定车体、转向架、轮对为刚性结构，忽略其弹性变形；不计一系及二系悬挂系统非线性特性，将其视为弹簧阻尼结构；计算过程中假设衬砌与岩体一直保持紧密接触.1.1 车辆模型车辆模型采用地铁A 型车，车辆模型是由车体、转向架、轮对、一系、二系悬挂组成的多刚体系统.建模时充分考虑了车体和转向架的横向、垂向、侧滚、摇头和点头5 个自由度，轮对的横向、垂向、侧滚及摇头4 个自由度，共31 个自由度.建模中用弹簧-阻尼单元来模拟车辆的一系、二系悬挂，弹簧-阻尼单元能够充分考虑纵向、横向、垂向3 个方向的刚度和阻尼.车体具体结构参数见文献［11-12］，车体模型见图1.图1 车辆模型Fig.1 Vehicle model1.2 轨道结构模型通过建立碎石道床及整体道床轨道结构模型，对两者振动特性进行对比，确定碎石道床的减振性能.碎石道床为由具有一定粒径、级配和强度的硬质碎石堆集而成的道床结构，模型如图2 所示.整体道床由混凝土整体灌注而成，轨枕与道床浇筑为一个整体，中间预留排水沟以便隧道排水.轨道结构模型由钢轨、扣件、道床组成，道床厚度取300 mm，具体结构参数如表1 所示.列车荷载直接作用于轨道结构，模型网格划分较为细密，钢轨、轨枕、道床模型网格最小尺寸分别为15 mm、50 mm、75 mm.图 2 碎石道床轨道结构模型Fig.2 Model of ballast bed structure表1 轨道结构参数Tab.1 Struture parameters of track1.3 隧道及土体模型为更好地模拟实际情况，土体模型尺寸选取为30 m×30 m×96 m，由于土体不是主要研究对象，模型网格最小尺寸为1 m.隧道采用盾构直径为5.8 m 的圆柱形结构，衬砌厚度为0.2 m，模型网格最小尺寸为0.1 m，如图3 所示.模型中，采用实体单元C3D8R 来模拟土体，采用Mohr-Coulomb 模型来假定土体结构，用线弹性模型来模拟衬砌结构.盾构隧道管片与土体之间保持密贴状态，故设置隧道与土体之间为Tie 约束连接.土体底部采用固定约束，四周采用对称约束，土体及隧道结构参数如表2 所示.表2 隧道、土体计算参数Tab.2 Parameters of tunnel and soil mass图3 隧道及土体模型Fig.3 Model of tunnel and soil mass碎石道床在轨枕与隧道结构之间发挥缓冲作用，在地铁隧道中其相较于整体道床的减振量尚不明确.从时域及频域两个角度，分析地铁列车通过碎石道床及整体道床时隧道结构的加速度差异，确定城市轨道交通隧道内碎石道床的减振等级.2.1 时域分析隧道结构加速度是评价隧道内轨道结构减振性能的主要指标之一，对整体道床与碎石道床结构隧道壁底部和隧道壁1.5 m 处振动加速度进行对比分析，得出隧道结构加速度时程曲线如图4 所示.由图4 可知，整体道床的隧道壁底部、隧道壁1.5 m 处振动加速度明显大于碎石道床.隧道壁底部加速度方面，整体道床加速度峰值为3.23 m/s2，碎石道床为2.77 m/s2，减小14.24%；隧道壁1.5 m 处加速度方面，整体道床加速度峰值为1.24 m/s2，碎石道床为0.85 m/s2，减小31.4%.通过碎石道床及整体道床隧道结构加速度的对比，可以得出碎石道床在时域上减振性能良好，可以考虑作为城市轨道交通的减振措施.图 4 碎石道床及整体道床隧道加速度对比Fig.4 Comparison of tunnel acceleration between ballast bed and integral ballast bed2.2 频域分析由于振动信号除了随时间变化之外，还与频率、相位等信息有关，因此还需对振动信号进行频域分析.通过将隧道结构的时域数据进行一定的时频转换，得出两种轨道结构的隧道频域数据，绘制对应的频域曲线，结果如图5 所示.由图5 可知，碎石道床与整体道床两种轨道结构型式，隧道结构在频域上呈现相同的变化趋势.对于隧道壁整体而言，振动主要集中在25～100 Hz，频率在1～80 Hz，隧道结构的振级整体上逐渐增大，当频率为80～100 Hz 时，隧道结构的振级开始减小，整体道床振级大于碎石道床振级.隧道壁1.5 m 处的加速度振级更能体现减振效果，进一步分析隧道壁1.5 m处的插入损失，结果如图6 所示.与整体道床相比，碎石道床隧道壁1.5 m 处最大减振4.29 dB，对应中心频率80 Hz.综合时域及频域分析结果，碎石道床减振性能表现良好，可减小振动在环境中的传递.图5 碎石道床及整体道床隧道壁1/3 倍频程频谱对比Fig.5 Comparison of tunnel wall 1/3 octave spectrum between ballastbed and integral ballast bed图 6 隧道壁 1.5 m 处分频减振Fig.6 Frequency-division vibration reduction at 1.5 m from tunnel wall与整体道床相比，碎石道床能发挥一定的减振性能，但其最大减振量仅为4 dB 左右，不能满足某些振动敏感区域较高的减振需求.因此从改变道床厚度、增设轨枕垫、增设道砟垫3 个角度进行分析，研究碎石道床在结构参数变化及铺设减振垫后的减振性能.3.1 道床厚度分析道床厚度是碎石道床轨道结构的重要设计参数，道床承受来自列车作用于轨枕的荷载，并将其传递至隧道结构。
轨道结构的减振，主要包括以下几种方式：（1）采用较重的钢轨：比如说，与50kg/m轨相比，采用60kg/m轨可降低振动强度2~4dB；（2）采用无缝线路（3）定期研磨钢轨和车轮保持其平顺性（4）弹性支承块轨道结构（LVT）弹性支承块式轨道（Low Vibration Track，简称LVT）结构由弹性支承块、道床板和混凝土底座及配套扣件构成这种轨道结构减振降噪的效果较为明显，对于城市轨道交通中对振动和噪声敏感的地段，特别是高架结构，弹性支承块式无碴轨道结构是一种比较理想的减振方案。
我国秦沈客运专线高速试验段也部分铺设了这种轨道，通过试验验证了其减振性能。
高架桥上LVT结构图中国铁道科学研究院对弹性支承块式轨道结构进行了室内1:1模型试验，结果表明其阻尼值比刚性整体道床提高30.8%~50.7%。
北京地铁东四十条站、广州地铁1号线和秦岭铁路隧道内均铺设了这种弹性轨道结构。
现场测试表明，弹性支承块式轨道结构的振动衰减特性接近于有碴轨道。
（5）Edilon钢轨埋置式板式轨道结构荷兰Edilon公司研制了一种以纵向连续支承取代传统的分散点支承、增加了轨底支承系统应力水平的埋置式轨道结构。
从1976年开始，荷兰就铺设了埋置式轨道结构（Embedded Rail Structure，简称ERS）。
实践证明，由于这种轨道结构在钢轨周围使用了一种称为EdilonCorkelast的材料，取得了较好的隔声和隔振效果。
钢轨埋置式板式轨道在布鲁塞尔、巴黎、雅典、马德里等城市地铁和地面有轨电车的轨道上应用，效果很好，而且养护维修工作量相当少。
埋入式轨道结构（6）浮置板式轨道结构浮置板轨道的基本原理是在轨道上部结构和基础之间插入一个固有频率很低的线性谐振器，防止振动渗入基础。
浮置板轨道系统主要包括浮置板、板下弹性阻尼元件、侧向垫板和纵向垫板。
浮置板式轨道结构按板下弹性阻尼元件可采用橡胶板或钢弹簧，钢弹簧支承浮置板减振效果更好，但造价较贵，通常作为高等级减振措施在一些特殊敏感地段实用。
