地铁轨道减振降噪措施

地铁轨道减振降噪措施

高洪春

重庆轨道交通（集团）有限公司   重庆市  400000

摘要：轨道交通已经成为城市交通主要的通行方式。但是随着地铁轨道交通投入运营，它带来的振动和噪声污染也呈现在人们面前。要对地铁轨道进行减振降噪处理，须合理利用减振降噪技术手段，把振动及噪声的危害程度降到最低。本文分析地铁轨道出现振动及噪声的成因，提出减振降噪设计原则，结合实际工程案例分析减振降噪技术在城市轨道交通中的具体应用，从总体上对地铁轨道减振降噪提出改进意见和建议，或有疏漏之处，与业界人士交流探讨。

关键词：地铁；轨道；减振降噪措施

引言：地铁轨道常因动力系统以及轮轨系统引发异常振动和噪声，这种不利局面的出现由多种原因促成，需要在地铁工程设计期间秉持设计原则，对减振降噪进行根本性处理，结合地铁轨道减振降噪技术中的常规减振做法，橡胶支承浮置板，中级减振路段等减振措施应用，结合轨道减振器道床，橡胶隔振垫减振道床，梯形轨枕道床以及钢弹簧浮置板道床的合理选用，把减振降噪处理做到极致。

1.地铁轨道振动成因

运行中的地铁出现异常振动，原因在于列车高速行驶所致。导致异常振动的来源是地铁列车的两个系统，一是动力系统，二是轮轨系统。①行驶期间的地铁列车给沿途轨道施加很大重力载荷，带来的冲击力也很大，进而引起车轮以及轨道结构产生振动；②行驶期间的地铁列车在经过轨道时，一是有大量车轮轧过轨道，二是车轮以及钢轨瞬间相互作用，这种相互作用力在列车和钢轨上一起出现进而引起轨道结构以及列车出现振动；③钢轨是有接缝的，车轮途经此处与轨道产生相互作用，轨道结构以及车轮都会出现振动；④轨道铺设作业没有达到标准平顺度，抑或车轮长期运转后严重磨损变得粗糙，产生一种随机性激励，导致车辆出现振动；⑤以车轮偏心为代表的其它原因，给列车带来周期性激励，也会引发车辆出现振动。

2.地铁轨道的减振降噪设计原则

2.1.分级减振

地铁列车是城市轨道交通工程的主要设施，目前国内在减振降噪技术应用上已经相对成熟，在此基础上对类型各异的减振降噪技术进行测试和结果比对，结合当前实况划分减振降噪水平的等级。须注意测试期间轨道全部结构及细节都要结合现场实况，分别通过差异性减振降噪方法进行测试比对，为列车对应性调配履带构件，以期求得最佳减振降噪成效。地铁轨道关于减振降噪技术有严格的等级划分，其中中级减振降噪为5到10dB，高级的为10到15dB，特级的要超过15dB。

2.2.经济合理性

减振降噪技术应用期间须达到标准可靠性。减振降噪技术常规应用期间维护次数越少越好，而且要达到维护所需标准。减振结构中有些部件非常容易出现磨损，有些部件损坏后更换非常困难，设计期间须结合钢轨使用寿命长短开展针对性设计。

2.3.结构稳定性

减振降噪技术应用可有效提升城市轨道交通的安全稳定性，保证轨道始终维持合理可控的几何变形，防止轨道出现异常磨损。地铁轨道对减振降噪技术的成功运用衡量标准是，线路上的部分敏感路段产生的振动以及噪音须达到行业标准要求。

2.4.适应当地条件

地铁线路要跨越很长区域，建设规划要求沿途一定区域内具体条件划定红线范围，该范围内不得再行构建敏感构筑物，即使有也要把高度控制在规则允许范围，而且出台的减振降噪方法要提高针对性。如果局部路段达不到标准条件要求，就要在该路段合理安装高级钢质弹簧浮置板，保证减振降噪达到预期成效，而且要尽量防止产生波纹。设计期间须结合生产线能力、垂直断面以及规划条件等因素，对减振降噪技术应用具体方案进行对应性调整，促进减振降噪技术发挥应有作用。

3.减振降噪技术应用于城市轨道交通

3.1.常规减振做法

城市轨道交通运行期间会受到来自周边环境众多因素的影响，要把这种不利影响降到最低限度，须结合振动的实际类型和振动传输通道，设定针对性的减振以及降噪措施。如果条件允许，最好铺设无缝线路，让钢轨没有接缝，形成连续性极强的钢轨表面防止车轮因相互碰撞产生振动，达到减振降噪目的。扣件选用最好是弹性分开式的，以此保证扣件节点达到每毫米20千牛以内的静态刚度，把减振垫垫设于导轨和垫板下面。减振措施因路段不同，常规做法也有差异，须注意保证达到减振条件，减振措施才能达到预期成效。地铁轨道投入运行，事前事中都要定期打磨表面，保证轮轨接触达到理想成效，防止二者之间的动力作用过大，达到减振降噪目的。滑轨侧面尽量涂油，表面也要定期擦拭，车辆要合格镟削以降噪。轨道结构要做好质量控制，提高维护检修作业质量，确保战线路运行状态稳定，尽最大努力实现减振降噪。同时安装车辆跟踪系统，确保一系以及二系弹簧技术达标。

3.2.橡胶支承浮置板

整体支承应用有简洁清楚的结构，容易施工，作业过程不易出错，而且它有很大面积，能够为地铁轨道提供纵向减振降噪。但是整体支承的应用也有不利因素，会给后续维修作业带来很大困难。如果选择线性支承，优点是可以节约很多施工材料，还可促进隧道结构有效降低固有频率。而分布式支承在轨道纵向方面的减振降噪方面效果很差，要对浮置板变形进行有效控制，须结合垫板以及剪切模量一起使用，而且垫板厚度及规格尺寸都要合理设计。同时须注意轨道自身固有频率并不高，自带减振效果，便于维修工作的实时进行。国际上在为双支承预制浮置板制作支座时，比较通行的做法是选择天然橡胶材质，如果配方得当，橡胶支座就会大幅降低蠕变率，而且安全可靠性也会大幅提升。

3.3.中级减振路段

这种路段选择轨道减震器扣件时，以压缩性以及粘合垫板式为主。以粘合垫板式扣件为例，它主要为顶板和底板实施粘接，具备弹性材料中固有的弹性作用，在国际上已经获得很多国家的认可。应用范围十分广泛。当然压缩性扣件也可选用，质量性能基本与粘合垫板式扣件相同。轨道减震器扣件中还有剪切型的，这是一种弹性分开式扣件，也有选择螺栓弹条以及无螺栓弹条类型扣压钢轨的，它们在竖向和横向上都存在弹性，有利于橡胶阻尼特性的充分发挥，在隔振以及减振方面都有良好成效。

4.地铁轨轨道减振技术应用实例

以湖南省长沙市地铁1号轨道交通线为例，它是该市核心交通干线，从南到北贯穿全市，它的一期工程由汽车北站出发，穿行23.569公里到达尚双塘站，共有20座车站，其中19座是地下站，1座高铁站，20站中有6座和换乘站。该地铁线途径多个学校以及住宅小区，为了有效实现减振降噪，本线路在很多必要路段作业中选择了减振道床，。道床款式中包括梯形轨枕式、地下普通短枕式整体类型、中等减振扣件式、钢弹簧浮置板式、高架纵向承轨台整体式以及橡胶隔振垫减振式道床等。中等减振道床的减振降噪处理是进行轨道减震器扣件安装来实现，本工程有4种道床形式是主要应用类型，分别如下。

4.1.轨道减振器道床

这是中等减振道床中的一种，本工程对轨道减振器道床的应用路段全长1.8公里，这种道床的B型短轨枕长320毫米，宽520毫米。高160毫米，还有轨道减震器扣件等配套部件。它钢筋混凝土材质的短轨枕是预制式的，混凝土标号是C50，而且道床上布设的钢筋网为双层形式，所用混凝土材质标号等级达到C30。

4.2.橡胶隔振垫道床

这是高等减振道床的一种，本工程中对这种道床的设计应用是，有5.145公里是橡胶隔振垫减振道床，另有橡胶隔振垫减振岔道床8组。它有下列道床结构：①圆形隧道道床板3.3米宽，0.34米厚，其轨道结构820毫米高；矩形隧道道床板2.6米宽，0.3米厚，其轨道结构620毫米高，道床板为钢筋混凝土材质，形式为短轨枕整体式，混凝土材质标号达到C40，碎石粗骨料，要求其最大粒径在25毫米以下；②道床板在侧边和下边分别布设隔振道床垫，天然橡胶材质，规格型号是USM1000W，上部结构是层状，下部结构是圆锥台，道床垫1540毫米高，30毫米厚，组分以天然橡胶为主；③道床板铺设的钢筋材料一共3层；④道床板要求伸缩缝保持小于等于12.5米间距，其中不包括道岔区，道床变形缝也就是沉降缝，与隧道主体结构中变形缝布设于同样的位置，如果短轨枕位置正好处于伸缩缝以及变形缝所在位置，二者要相互避让。把沥青木板进行防腐处理，木板20毫米厚，用于对伸缩缝以及变形缝进行填充，板顶总高30毫米，封顶材料选择聚氨酯填缝胶之类的专用密封料，做好防水处理，期间控制沥青木板小于等于5毫米的垂直度偏差；⑤板面部位的钢筋混凝土铺设40毫米厚，板底以及板侧部位的钢筋混凝土铺设30毫米厚；⑥隧道设有中心排水暗沟，为了便于开展后续检查，圆形隧道要以6.25米标准间隔在道床板中部布设检查孔，矩形隧道也是沟式排水，排水沟分别布设于道床两边，圆形隧道排水设施是中心排水沟，道床水沟保持和线路纵坡以及中心暗沟同样的坡度。

4.3.梯形轨枕道床

这是高等减振道床的一种，本工程对梯形轨枕道床的应用路段全长5.9公里，其中1.1公里是矩形隧道梯形轨枕道床，4.4公里是圆形隧道梯形轨枕道床。梯形轨枕道床有下列结构：①梯形轨枕。它为叫纵梁式轨枕。梯形轨枕道床在本工程中的长度形式分2种，它们分别有6000毫米以及3600毫米的枕缝长度，以及5900毫米以及3500毫米的实体长度。有580×185毫米的断面规格尺寸。如果铺轨路段曲线半径R小于等于500米，梯形轨枕铺设就要选择3500毫米长度的，如果铺轨路段R值超过500米，梯形轨枕铺设就要选择5900毫米长度的，遇到特殊状况路段，则以3500毫米长度的梯形轨枕适度调。两根相邻轨枕通常要求保持100毫米净间距，路段是曲线的的须结合线路中心对轨枕间距进行控制；②隧道类型以及轨道结构高度。铺设梯形轨枕有2中工法，一是明挖，二是盾构。盾构式隧道轨道结构高度800毫米，明挖式隧道轨道结构高度是640毫米；③衔接轨道分类。铺设梯形轨枕期间涉及到衔接轨道，它有2种类型，一是普通整体道床，二是梯形轨枕道床。较之普通整体道床衔接形式，铺设梯形轨枕道床期间需要进行过渡枕铺设。衔接梯形轨枕道床的弹性过渡段，要在梯形轨枕道床的所在范围内设置；④道床分段。轨枕5900毫米长度的，通过铺设2块就设置道床缝一个，轨枕道床3500毫米长度的，通过铺设3块就设置道床缝一个。道床缝也要设置在隧道结构中设置变形缝的部位，保证20毫米缝宽，填充材料为沥青木板，封顶材料是沥青麻筋。道床材质选择钢筋混凝土，要求C30强度等级，梯形轨枕枕底布设钢筋网2层，上下形式设置，连通到水沟底部，而且钢筋网也要设置在梯形轨枕两边。纵向及横向钢筋均选用HRB400规格型号的材料，其中纵向钢筋选择14毫米直径类型，横向钢筋选择10毫米直径类型，共同形成杂散电流排流形式的收集网，同时为钢筋设置大于等于30毫米厚度的保护层。

4.4.钢弹簧浮置板道床

这是特殊减振道床的一种，本工程中应用钢弹簧浮置板道床的路段全长4.1公里，其中圆形隧道铺设的钢弹簧浮置板道床1550米长，矩形隧道铺设的钢弹簧浮置板道床300米长。钢弹簧浮置板道床有下列结构：①轴重设计重量是140千牛；②运行期间最高限速80迈；③钢轨类型。钢轨保证1435毫米标准间距，规格型号是每米60公斤；④扣件和短枕分类。单趾弹条扣件中，A型短轨枕选择单趾弹条扣件，盾构式隧道扣件间距保证每公里1680对，明挖式隧道扣件间距保证每公里1600对；⑤轨道结构高度。圆形盾构路段轨道结构高度820毫米，矩形明挖路段轨道结构高度850毫米；⑥轨下保证大于等于70毫米的净空；⑦浮置板保证25米标准长度，轨下板345毫米厚，3400毫米宽，板间伸缩缝保证30毫米宽；⑧浮置板选用HRB400规格型号钢筋和C40强度等级的混凝土；⑨基底选用HRB400规格型号的钢筋和C40强度等级的混凝土；⑩以碎石为粗骨料，保证低于25毫米的最大粒径。

5.地铁减振降噪分析

地铁系统是城市交通的重要组成部分，它的噪音污染和振动要与城市区域环境相关指标相符，达不到指标要求就要进行特殊处理。目前国内地铁车辆的车内噪音污染指标基本都达标，需要对车辆噪音污染给环境造成的污染进行重点考量。地下线路要重点防范异常振动，而高架线路在考量异常振动的同时。也要考量噪音污染。对国产地铁车辆地面线路运行期间的外部噪音污染进行测量，测量条件是碎石道床，车速70迈，从线路中心向外7.5米处噪声小于等于82dB(a)，整体道床以及高架线路噪声还要在此基础上加大5到10dB(a)。噪声在距离上呈现下列衰减规律：△ld=klog（d/dn），同时要兼顾本底噪声以及其它衰减因素影响。测算监测资料显示，局部敏感点运行高峰时段可达0.2到5.1dN(a)小时超标量，白天达到0.3到3.9dB(a超标量，夜晚基本上全部达到0.9到13.8dB(a)超标量因此必须降噪处理。噪声来源主要有2种，一是轮轨噪声。二是牵引动力噪声噪声处理就针对上述2种类型。处理牵引动力噪声的关键是车辆合理选型，处理轮轨噪声关键是促进车轮粗糙度下降，不再出现轰鸣噪声。冲击尖啸噪声的消减处理，通常通过超过300米的最小曲线半径以及低于2.1米的轴距达成目标，撒沙以及轮缘润滑装置的应与否可视具体情况定夺。本工程车辆轴重高达14吨，无法利用弹性车轮以及消声措施降噪，侧裙措施也不适用，原因在于侧裙很难维修，且有振动噪声。上海某地铁线选用声屏障消声，效果比较理想，但是不利于视野以及建筑景观设计，只适用于特殊路段，而且要严格控制声屏障高度。处理车辆振动带给环境而影响，可选择拥有良好减振性能的轨道扣件以及道床，成效比较理想。

结束语：综上所述，现代城市规模越来越大，人口数量激增，为了缓解城市地面交通压力，城市轨道交通系统应运而生。地铁轨道交通在城市地下及高架空中穿梭，其发出而异常振动及噪声，给沿途区域环境带来了负面影响。而且也会影响地铁乘客的安全舒适乘车体验，因此必须对地铁轨道进行减振降噪处理。地铁轨道工程设计建设人员还须细致分析轨道振动及噪声的成因，采取针对性减振降噪处理技术和措施，保证轨道设计施工的分级减振，经济合理性，结构稳定性以及对沿途条件的适应性，力求最佳减振降噪成效。

参考文献

[1]滕远鹏.城市地铁轨道减振降噪技术的运用实践及相关问题研究[J].名城绘,2019(5):1.

[2]杜少成.城市地铁轨道减振降噪技术[J].铁道建筑技术,2018(A01):4.

[3]张旭.城市地铁轨道减振降噪技术的运用实践及相关问题研究[J].华夏地理,2016(3).

[4]邱纪侠,喻敏英.宁波地铁2号线钢弹簧浮置板轨道的减振效果对比分析[J].价值工程,2018.

[5]徐新明.城市轨道高架段采用减振垫浮置板降噪的方案研究[J].铁道建筑技术,2018(A02):5.

[6]周广庆.地铁常用轨道结构振动传递特性理论和试验分析[D].北京交通大学,2015.

[7]马益龙.城市地铁轨道减振降噪技术的运用实践及相关问题研究[J].住宅与房地产,2015(25):1.

[8]仲莹涵关庆华温泽峰李伟陶功权张晴.地铁钢轨波磨对轨道结构振动及减振特性影响[J].噪声与振动控制,2017,037(004):85-89,154.