城市轨道交通工程橡胶弹簧浮置板减振技术应用

城市轨道交通工程橡胶弹簧浮置板减振技术应用

尹国富张波

中铁一局集团新运工程有限公司陕西咸阳712000

摘要：深圳地铁11号线BT项目11309标轨道工程中首次引进橡胶弹簧浮置板技术的应用，针对橡胶弹簧浮置板整体道床进行了施工，总结了其施工技术工艺流程。通过对施工工艺的不断优化和改进，结合橡胶弹簧浮置板整体道床轨道设计技术要求，采用“自下而上”的施工方式，对于橡胶弹簧浮置板整体道床轨道的铺设技术进行了攻克，完成了此种新型减振材料的浮置板整体道床轨道。得出结论：通过对铺设道床的减振效果进行试验和评价，道床质量及减振效果良好，同时对于橡胶弹簧浮置板整体道床工艺进行了完善，为国内城市轨道交通工程采用橡胶弹簧浮置板减振技术起到指导性作用。

关键词：城市轨道交通橡胶弹簧减振技术应用

1.概述

我国地铁轨道交通行业快速兴起，国内减振、噪声领域系统的各类学着、专家很快的进军至这个行业内，不断寻求更为有效的措施减振降噪，为了提高人们的生活质量。为了抑制轨道交通的振动和噪声问题，在轨道交通设计时，从土建结构、轨道、车辆等方面都考虑了减振降噪的措施。轨道系统为车辆提供支承和导向作用，并将车辆荷载传递给土建结构，轨道系统的减振对整个系统的减振降噪起到决定性作用。针对不同的减振级别，目前国内城市轨道交通工程不断应用了多种形式的减振降噪轨道结构，已满足减缓城市轨道交通噪声，创造良好生活环境的需求。

橡胶弹簧浮置板是应用于铁路轨道上部结构的弹性材料，主要构成为橡胶弹簧隔振器、外套筒、隔振阻尼等橡胶材料组成，具有腐蚀、韧性强度高，弹性性能好，减振性能效果、疲劳及耐久性能好的特性，形成的轨道结构是一种中等级减振形式，是我国首自主研发首次试验应用的一项新型、轻型减振降噪结构形式的减振技术，目前在深圳地铁11号线BT项目11309标轨道工程地下轨道工程中试验性的投入到使用，减振、降噪效果良好，能够有效地减小噪声和振动频率对地铁线路上部及附近居民的影响。

2.橡胶弹簧浮置板整体道床结构及减振原理

橡胶弹簧浮置板整体道床轨道是一种新型的低噪声、低振动的轨道系统，它是我国自主创新研究，减振降噪领域的一项新的科技技术产品。结合我国地铁轨道结构设计形式，橡胶弹簧浮置板整体道床轨道系统构成主要由基底、隔离层、限位凸台、橡胶弹簧浮置板、橡胶弹簧隔振桶、混凝土道床结构等部分组成，详见图1。橡胶弹簧浮置板减振道床由基底、隔离层、限位凸台和橡胶浮置板构成减振系统结构，通过隔离层将减振系统道床与基底形成双侧独立层，铺设完成轨道并通过初步精调后，采取液压装置进行顶升至设计预留轨面标高范围，检查其轨面标高的精准尺寸，形成橡胶减振浮置板减振道床轨道系统。

橡胶弹簧浮置板整体道床轨道属于轻型中等级减振道床轨道系统，橡胶弹簧浮置板依靠自身设计的橡胶隔振器收缩反弹，将承受的振幅在传递至表面时给予削弱，从而起到一定的减振降噪的功能。

减振原理：橡胶弹簧浮置板整体道床轨道系统通过橡胶弹簧浮置板隔振系统支撑在混凝土道床基地，车辆荷载作用在整体到床上，之后通过整体道床承重所受荷载传递于橡胶弹簧浮置板隔振桶，这样就形成了一个质量-弹簧减振系统，通过减振系统达到减振降噪的目的。橡胶弹簧浮置板隔振桶减振道床轨道与普通整体道床轨道相比较，实现了减振材质轻量级的弹簧系统，从而更提高了减振降噪效果。通过理论分析及试验，该系统减振降噪效果可以达到15dB，其减振频率在22Hz以上，在70～125Hz频率段减振效果最为显著，测试减振系统在发生最大减振量100Hz时，在其处的加速度超级插入损失为38.17dB。

3.橡胶弹簧浮置板整体道床轨道试验效果

3.1减振效果试验对比

针对首次使用于城市轨道交通工程中的橡胶弹簧浮置板隔振桶整体道床进行的一系列测试，通过将地下线普通整体道床与之对比，其普通道床铅垂方向最大值达到72.6dB,而橡胶减振系统，铅垂方向的振动级最大值减小到57.0dB,该值低于《城市区域环境振动标准》中对于居民文教区昼间70dB,夜间65dB的要求，减振效果明显。普通整体道床与橡胶弹簧浮置板减振整体道床隧道壁铅垂方向振动值测试对比见表1.

3.2橡胶弹簧浮置板减振轨道系统测试结论

对于施工完成的橡胶弹簧浮置板整体道床轨道橡胶减振系统测试时，在大于22Hz的频率段上其插入损失值＞0，说明支撑道床基底的橡胶弹簧浮置板隔振桶工作频率为22Hz以上。而在70～125Hz频率段内减振的效果最为明显，最大减振量发生在100Hz处，基底测点在100Hz处的加速度级插入损失为38.17dB,基底测点2的Z振级插入损失为21.37dB,基底测点5的Z振级插入损失为20.97dB,两者平均值为20.17dB,详见图2，测试结果最

终表明：

(1)试验轨道系统自振频率为16.4Hz,理论计算结果为14.8Hz;

(2)减振工作频率为22Hz以上；

(3)基底测点Z振级插入损失为15.98dB(根据国家标准GB10071-88，分析频段取1～80Hz);

(4)基底测点Z振级插入损失为21.17dB(根据行业标准JGJ/T170-2009，分析频段取4～200Hz)

由此表明，橡胶弹簧浮置板隔振桶减振材料与道床整体形成了一个质量弹簧系统，其橡胶弹簧浮置板隔振桶具有最低的动静态刚度比和对车辆运行过程中产生振幅降低的性能，对于减振系统材料在支撑上部道床结构部分传授的荷载时，动态刚度可能还会由于振幅频率和荷载的大小产生较小的变化，采用在道床基底支撑的橡胶减振系统，又可称之为全表面弹性支撑弹簧系统，相当于超临界频率范围内，可将结构传播噪声平均减缓至30dB范围内，实现城市轨道交通工程减振目的。

4.橡胶弹簧浮置板整体道床轨道技术应用

4.1橡胶弹簧浮置板减振轨道系统铺设方式及施工流程

橡胶弹簧浮置板减振整体道床轨道系统施工中，在减振系统研发专家的支持和现场指导下，对于铺设施工方案进行了多次调整细化，以确保施工的道床基地平顺性和精度要求，满足橡胶弹簧浮置板严格的铺设要求，避免影响减振效果，打破常规轨道施工方式，以“先下后上”方式完成减振系统铺设，见图3。

4.2橡胶弹簧浮置板轨道系统铺设要求

（1）基地清理：对于铺设橡胶弹簧浮置板地段，必须对结构基地进行找平和清洁，对于不平整度控制在±4mm以内进行验收，同时避免基地表面出现尖锐突起，损坏材料，同时对于结构底板必须保证不能有可见的水，对于渗水、结构漏水处必须处理，确保结构底板干燥。

(2)橡胶弹簧浮置板基标测设：第一次放样线路中心基标，作为基底钢筋绑扎、模板支立基准，并通过线路中心基标在线路两侧1.35m处布设基底高程控制桩。基底高程控制桩采用钢筋桩，将钢筋装植入结构底板内，要求钢筋桩植入深度不小于100mm，植入后牢固不可摇动(此钢筋桩作为基底面控制桩)。

第二次基标放样在基底表面，在距离线路中心线1.6m位置两侧放样，要求每2.5m放样一处。此基标作为轨道初调、精调依据，要求精度满足相关测量规范要求。

(3)限位凸台浇筑：施工前,先检查凸台与轨道板间的距离是否符合设计要求后，并采用灌注袋法施工凸台树脂。灌注前要做好防护工作，中间凸台与轨道板周边要铺装防护板，避免污染轨道板及凸台和周边环境，溅到轨道板或凸台上的液体，要尽快用溶剂擦拭干净；将A、B组分按比例倒入搅拌桶内，上下左右充分搅拌，搅拌过程要尽量避免产生大的旋涡，防止由于搅拌带进气泡；灌注完的凸形挡台要做好防护工作，防止灰尘及杂物落入，建议使用专用护盖，至树脂表干后（一般在24小时）再移除护盖，树脂表面大的气泡，可用尖锐工具挑破（必须在树脂固化前操作），以保证外观质量。凸台树脂需二次灌注时，宜是在树脂固化前进行；必须在第一次灌注树脂固化后进行二次灌注时，应采取打磨或栽入螺钉的方式加强粘结力。

（4）预埋件安装：橡胶弹簧浮置板先预埋件为在道床板两侧边下部预留顶升位置凹槽，按照图纸设计要求的数量和布置安装，并采取有效的固定措施。

（5）钢筋笼绑扎、焊接：当所有橡胶弹簧外筒放好并固定后，根据设计图纸绑扎钢筋，同时注意在钢筋的倒运过程及钢筋绑时，要注意避免移动外筒。为防止浇筑混凝土时外筒移动和浮起,可以在外筒周围结构钢筋上焊接部分支撑钢筋，以有效固定外筒位置。现场进行钢筋焊接时，应在焊点下方铺设湿的石棉布，以免损伤隔离层，见图4所示。

（6）模板安装:橡胶弹簧浮置板道床钢筋绑扎及焊接完毕后根据设计图纸要求进行道床模板安装，限位凸台位置树脂填充位置应采用聚乙烯泡沫塑料板临时填充，见图5所示

（7）轨道几何尺寸精调：橡胶弹簧浮置板道床轨道几何尺寸精调，应确保轨道支撑架及辅助支撑装置牢靠，以免混凝土浇筑过程中影响轨道几何尺寸。起道完成后即可用万能道尺、方尺、L型尺、锤球等工具，按设计和规范要求调整轨道的轨距、水平、高程、方向等几何尺寸。具体轨道调整做法是：先调水平，后调轨距；先调基标部位，后调基标之间；先粗后精，反复调整。经过精调后，其精度必须符合无砟轨道铺设的技术标准要求。施工中严格按照“三步控制”的措施确保轨道的几何状态：

①粗调时，钢轨架设时按照中桩及标高资料初步调整轨道，初步调整完毕后，安装检查孔、防迷流端子、支立道床模板等工序；

②精调时，对轨道几何状态精确进行调整，目视及弦量的方法进行调整；

③CPIII数据采集，推轨检小车进行仪器精调。

(8)橡胶弹簧浮置板：橡胶浮置板的混凝土应浇筑到设计高度，应有可靠措施控制浇筑高度，并根据设计要求抹出道床面横向排水坡度。混凝土的浇注应按照板块一次浇筑成型，不得进行二次浇筑，以免削弱浮置板的强度。运用插入式混凝土振捣棒严格按照振捣规程操作，确保混凝土的浇注质量，注意外筒和轨枕周围应加强振捣。混凝土浇筑完毕后，及时清理外筒顶面盖板，确保外筒盖上无混凝土。混凝土浇注后要进行2周的洒水养护，确保混凝土质量。见图6所示。

(9)橡胶浮置板顶升：当混凝土浇筑28天后，且达到设计强度，采用专用液压千斤顶从浮置板支承基础上抬起浮置板。浮置板顶升达到设计顶升高度,允许误差±2mm，满足设计要求，才能最佳效果的发挥橡胶浮置板的减振降噪功能，见图7所示。

(10)道床水沟浇筑：根据完成的成品橡胶浮置板道床，按照设计的水沟几何尺寸设置标高桩，浇筑成型后形成道床结构的一部分。

（11）道床清理：针对施工过程中的混凝土块，施工垃圾彻底的进行清理后，确保整个橡胶浮置板道床面保持清洁干净，并及时采用养生棉覆盖洒水湿润，确保养护质量达到设计要求。

橡胶浮置板减振整体道床轨道系统施工技术新，精度要求高，施工工序繁琐，难度大，2016年在深圳地铁11号线首次试验应用，是国内城市轨道交通工程减振降噪的研究课题项目。在多位减振、降噪领域的专家的大力支持下，依靠科技、大胆尝试，积极探索，及时优化和调整施工方案，精心组织，科学安排，以现场外模拟及有限元分析计算，解决了施工中的大量难题，避免了人、材、物的浪费，大大提高了功效。保质保量完成了试点段橡胶浮置板整体道床施工，掌握了其施工技术，积累丰富施工经验，确保了每道工序标准化实施，高标准完成了橡胶浮置板减振整体道床轨道系统铺设，对于施工完成的道床系统进行测试分析后，其减振效果明显，在城市轨道交通地铁轨道施工中需要减振降噪的特殊地段内，这种轻型橡胶减振材料将成为性能良好的可选材料。

5.施工过程中质量控制的难点

（1）橡胶浮置板在混凝土施工完成后需进行道床板顶升，在进行调整时应预留顶升距离，以便后期顶升完成后前后轨道标高均符合设计标高。施工中浮置板道床前后应考虑标高顺接等情况，建议采用调整轨下垫板高度的方式进行轨道标高顺坡。

（2）基底施工完毕后进行橡胶弹簧位置放线，同时应进行结构底板抄平，对于超限地段应及时进行打磨或修补处理是个难点，必须采用专业打磨机进行全面打磨才能解决。

（3）橡胶弹簧外套筒定位前，应先清理基底伸缩缝的联接和表面杂物，确保基底表面平顺、干净、整洁且无杂质后进行隔离膜铺设也是是个过程中的难点，见图8所示。

（4）橡胶弹簧外套筒定位应确保套筒底部平整，定位好后套筒不歪斜，必须通过大量计算和模拟对比，确保位置精准度是施工控制过程的难点。

（5）道床钢筋绑扎、焊接及轨道架设应保护好隔离膜，在焊点下方铺设湿石棉布，道床混凝土浇筑前应确保隔离膜无破损、外套筒未移位。

（6）道床钢筋绑扎和道床混凝土浇筑应一次就绪，严禁道床二次浇筑，防止道床板裂缝。道床板施工时应加强混凝土的捣实，以提高板的密度，防止道床板开裂。

6.束语

（1）橡胶浮置板整体道床施工在国内轨道交通工程中尚属首次，施工经验极少，我公司在施工中通过与国内多个振动、降噪方面的专家精心探讨，多次优化施工技术方案，通过精心组织、科学安排及现场模拟，解决了现场大量的问题，避免了人力、物力及财力的浪费，提高了施工工效，节约投资，超标准完成了橡胶浮置板整体道床施工并形成了详尽的施工技术总结。

（2）采用橡胶浮置板减振材料应用于城市轨道交通工程中的首要目的是环保，以推动绿色交通，增强城市环保水平，大幅度提高城市轨道交通的环保形象，为创建和谐环保山水田园城市发挥重要作用。

（3）通过在深圳地铁11号线BT项目11309标首次施工探索应用，施工工艺及质量控制已经形成一套完整化的施工工艺，填补了橡胶浮置板整体道床轨道施工工艺流程的完整性，对于国内其他城市地铁施工采用橡胶浮置板减振整体道床轨道系统施工提高施工功效创造了先决条件。

（4）橡胶浮置板减振整体道床轨道系统在深圳地铁11号线BT项目11309标轨道工程中通过最终试验测试，测试效果良好，完全能够满足轨道减振降噪要求。随着减振轨道技术的不断发展，今后减振轨道降施工技术将会不断完善和优化。

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