广州地铁轨道减振技术运用情况分析.doc

1、1广州地铁轨道减振技术运用情况分析摘要：广州轨道减振降噪技术应用概况，轨道减振降噪技术在广州地铁应用情况及分析。高等减振方案的应用情况, 中等减振方案比较, 轨道减振降噪产品考虑因素。 关键词：减振降噪；应用情况；优缺点； 中图分类号：X731 文献标识码：A 一、前言 城市轨道交通的特点就是运用于城市，一般穿越城市中心区域，该区域通常是居民住宅、办公机构集中的区域，其震动影响不可忽视。振动对环境的影响是多方面的，其中包括对人体的影响，对工作效率的影响，对周边建筑物的影响及对室内高精密仪器、设备的影响等。直接影响人们的生产生活，因此如何将振动和噪声控制在最低限度内，成为城市轨道交通一门重要学科

2、。 二、广州轨道减振降噪技术应用概况 广州地铁减振降噪技术措施的应用相对来说是比较多样化，建设时期根据环评要求和线路走向，采取了相应的减振降噪技术措施。目前在广州地铁线路采用的减振降噪技术措施主要有轨道减振器扣件、GJ-型轨道减振扣件、弹性短轨枕、橡胶浮置板道床、Vanguard 扣件、梯形轨道、钢弹簧浮置板道床。 2三、轨道减振降噪技术在广州地铁应用情况及分析 （一）中等减振方案的应用情况 1.弹性短轨枕 道床结构形式与短枕式整体道床相同，只是为了减振，在短轨枕四周及底部包上橡胶套及枕下大胶垫。枕下大胶垫采用三元乙丙（EPDM）橡胶加工成封闭的蜂窝结构，即微孔发泡胶垫板，其最大优点是残余变形

3、小，动弹性损失少，能最大限度提供系统所需要的弹性。其垂向支承刚度约 20kN/mm，在一定程度上比其他扣件减震增大了参振质量，减振效果较好。经设计院应用测试，可减少 610dB，在 200Hz 以上频段减振效果明显优于其他减振扣件。短轨枕及胶套可批量生产，相对制造较低。但是，这种结构存在抗灰尘、水污染能力差，失效后维修困难等缺点。 弹性短轨枕道床主要应用于二、三、八号线，其中三号线应用长度达 43.446km。随着弹性短轨枕的投入运营约 8 年之后，弹性短轨枕出现几个明显的问题：一是钢轨起拱、轨枕空吊；二是弹性短轨枕与胶套之间松动磨损出现间隙，轨距保持能力差；三是橡胶包套易进水，微孔发泡胶垫板

4、压缩变形，刚度增大减振性能下降。三号线现场具体情况如下：2.GJ-型轨道减振扣件 GJ-型扣件采用非线性分离式结构设计，由轨下胶垫、上铁垫板、中间橡胶垫板、下铁垫板和自锁机构等组成，利用两层橡胶垫板的非线性压缩变形实现扣件减振，橡胶垫板与铁件分离，可实现独立部件单独更换，有利于扣件的组装和拆卸，该扣件节点结构高 601mm。 3其优点是：轨距调整方便，可达-18+14mm；可更换扣件中任一失效部件；维修时材料成本较低。其缺点是：结构较为离散，容易造成误差叠加；胶钉柱设计易磨损而增加养护工作，现场更换困难；柱钉结构可能造成各种受荷载压缩时方向随机性较大，而造成一定的不稳定性，结构需优化。 GJ-

5、型扣件在一、二、三北、四、五、广佛线均有采用， GJ-型扣件投入运营后，主要存在弹条易断裂、轨下胶垫偏移、部分地段出现波磨的异常现象。一号线 2009 年 8 月由科隆蛋扣件改造共计 1536m 的GJ-型扣件地段，于 2010 年 12 月份开始在广体下行出现弹条异常断裂和波磨现象；三号线北延段 2010 年 10 月 30 日于 2011 年 2 月同和京溪南方医院下行、梅花园燕塘下行开始出现异常断裂、波磨现象、胶垫位移。 依据现有情况及相关测试数据，造成断裂的主要原因是中肢局部产生应力集中及较高应力幅值导致疲劳破坏。产生应力集中存在多方面因素，有些因素是相互影响的。其中轨道系统的振动对弹

6、条引起高动态激励力、甚至引起共振是一个不可忽视的重要因素。 ” 从 GJ-减振扣件弹条发生异常情况来看，一项减振降噪技术产品上线制定明确的产品运用条件（如：列车速度、轨道类型、线路半径、坡度等）及相对应的施工技术（质量）要求尤为重要。 3. LORD 扣件 近年来，上海 LORD 公司针对地铁减振轨道工程需要，开发出一系列LORD 金属与弹性体组成的粘结垫板减振扣件，在广州地铁四号线万胜围4官洲试铺 200m。 LORD 粘结垫板将承轨板、橡胶和底板硫化为整体，利用橡胶的压缩变形减振。其节点刚度一般为 1522kN/mm，已使用线表明其减振效果为56dB，动静刚度比达到 1.4，影响乘客舒适度

7、。优点是：整体性好，施工方便，免维护，易于更换，弹性材料无磨损，使用寿命长；缺点是：调整轨距和高度需要整体移动，减振效果一般。当前使用状态正常。 4.轨道减振器（科隆蛋） 科隆蛋已有较长的研发应用历史，是上世纪七十年代德国 CLOUTH 公司设计研制的，1991 年正式授权澳大利亚 DELKOR 公司生产轨道减振器产品。其基本特征是将钢轨放在一个椭圆形基块上，而基块嵌进由椭圆形弹性材料组成的凸盘内，以限制基块的运动，并通过硫化，使基块永久地固定在弹体上，利用硫化胶圈的剪切变形来获得弹性，扣件的节点刚度一般为 10MN/m 左右，减振效果 812dB。这种扣件的优点是：整体性好，承受各种方向荷载

8、能力强；施工方便，免维护，易于更换；弹性材料无磨损，使用寿命长。缺点是：橡胶材质要求较高，质量控制不好会引起扣件性能下降快、寿命变短。 轨道减振器扣件在广州地铁一号线、三号线应用。一号线在杨体、广体区间共铺设 1536 米，经过近 9 年运营，随着通过总重的增加，受行车密度、轮轨关系以及隧道中空气因素的影响，科隆蛋扣件橡胶部分进入老化期，弹性降低，为减少列车运行对周围的影响，恢复设计时线路的减震性能,现已将一号线广州东站至体育中心区间及体育西路至杨箕区间采用 GJ-3 型双层非线性减振扣件更换已使用 9 年的科隆蛋减振扣件. 5三号线在体西、客村道岔区域共设置 281 米，于 2006 年 6

9、 月投入运营使用，目前运营状况良好。 表 3 中等减振方案比较表 广州地铁应用情况 三号线投入运营 6 年多，使用情况良好，维修简便，未见异常情况，寿命期内的后续情况需继续观察。 静刚度1522KN/mm，动静刚度比达到 1.4，钢轨易产生波磨，影响乘客舒适度。 弹条异常断裂、胶垫偏移情况严重、组合部件由于制造公差和运营磨损易产生空吊。 轨枕空吊；弹性短轨枕与胶套存在间隙，轨距保持能力差；橡胶包套易进水减振性能下降；养护更换困难。 （二）高等减振方案的应用情况 1.Vanguard 扣件 Vanguard 先锋扣件是国际上著名的 Pandrol 公司开发的一种新型低刚度弹性扣件，通过弹性支撑块

10、扣紧钢轨两侧轨腰和轨头结合部位的特殊结构设计，让钢轨悬浮于轨下基础上，使扣件在很低刚度(710kN/mm)设计时，允许钢轨产生较大的垂向位移（34.5mm） ，又能很好地控制钢轨轨头的外翻变形。与常规扣件相比，该扣件具有较低的垂向刚度和较小的钢轨倾翻角。Vanguard 扣件地段列车通过时的下沉量大，是否会带来问题还没有权威性的明确评价。广州地铁三号线、四号线的运用情况来看，有减振性能好的优点，但是现场运用问题较多：列车通过时钢轨噪声大，引起二次噪声，影响乘客舒适度；扣件安装困难，夹紧情况难6以检查和监控；扣件拆卸麻烦，轨距难以调整，维修效率低；专用工具易损坏，采购困难，需进口购买；应急措施难

11、度大，断轨应急措施时，难以安装鼓包夹板；钢轨易产生波磨耗，预防性打磨周期较短，钢轨使用寿命降低。 2.梯形轨道 梯形轨道是由日本铁道综合技术研究所开发的专利技术，是一种预制钢筋混凝土纵梁支撑轨道结构，由预应力混凝土纵向长梁和钢轨形成复合轨道，两个纵向长梁中间用钢管连接形成框架，在预应力纵向长梁下设置弹性聚氨塑脂支垫，使其浮于混凝土基础之上，是一种轻型化的浮置板轨道结构。它具有自重轻、低振动、更换维修支垫方便、弹性垫使用寿命长等特点，隧道噪音较大，对波磨敏感，更换轨枕及减振材料困难。 梯形轨道自重轻，每节纵梁长 6.15m，一对纵梁中间用三个钢管连接，纵横向刚度较大，稳定性好；与橡胶浮置板相比由

12、于其减轻了参振质量，减振效果低于浮置板，但是和弹性支承块轨道相比，减振效果略优于弹性支承块轨道，理论研究其减振可达 15dB；系统固有频率 25-30Hz 左右，梯形轨道在人体能感觉到的频率范围（602000Hz）的减振效果较好。 广州地铁八号线沙园-宝岗大道铺设 1140 米，于 2010 年 10 月 30 日开通运营，当前的情况是车内噪音较大，旅客投诉，中部排水有积水现象。由于开通使用时间有限，其他具体情况有待进一步观察。 3.橡胶浮置板道床 橡胶浮置板道床就是将预制的钢筋混凝土浮置板置于天然橡胶支座7上，建立质量弹簧体系，通过橡胶支座的弹性变形来隔离和缓冲列车运行带来的振动。广州地铁一

13、、二线均铺设了这种橡胶浮置板道床，浮置板侧向及纵向也分别设置隔振橡胶垫。优点是:隔振性能好，造价相对较低。 但缺点是为增加隔振体质量，浮置板一般体积较大，轨道结构较高，矩形断面浮置板设计不受影响，盾构地段限界限制了轨道高度，不得不减小浮置板体积而牺牲减振效果。此外，从广州地铁使用来看，它存在橡胶支座维修更换困难、道床排水等问题未完全解决。 、 （三）特殊减振方案的应用情况 钢弹簧浮置板道床维修更换方便，无需动用大型设备更换隔振阻尼器，不影响行车，适用于各种隧道结构。隔振阻尼器使用寿命长，可中置也可侧置，较橡胶浮置板轨道可省去纵向及侧向橡胶支座，对限界有利。目前广州地铁三号线、四号线均有运用。

14、该轨道系统造价昂贵（约 1500 万元/km） ，钢弹簧隔振器和传力剪力绞（约需 800 万元/km）尚不能国产化，必须进口，施工工艺和精度要求很高。 钢弹簧浮置板用于圆形隧道时，轨道结构高度为 840mm。钢弹簧浮置板道床具有减振性好，维修少的优点，但造价太高，施工进度较慢，只适合对特别敏感点进行减振，并应注意与一般道床排水沟衔接过渡问题。后期维护只能通过沉降测量进行检查，预防性维护方面没有对应措施。从广州地铁应用反映来看，现场存在预留的观察孔不方面观察，里面的排水槽浅小，时间长一旦积累太多的碳酸钙则很难清除，而预留的观察8孔不能很好地观察道床内部情况。 四、结束语 综上可知，每种减振降噪措

15、施都有自己的应用范围和优缺点，随着我国城市轨道交通建设的发展，各种类型的轨道减振降噪产品相继亮相，产品质量的优劣有设计理念、理论依据、材料质量、工艺制造水平、应用试验历史等方面有关，建议轨道减振降噪产品的选型除了适用性和经济性以外，主要从以下几个方面考虑。 采用技术成熟、安全性高、寿命长、免维护或易维护的轨道减振降噪产品。 减振降噪产品除了有产品性能之外，需要有明确的产品应用条件和与产品适应施工技术（质量）要求。 扣件类减振设备，主要从整体性好、能承受运营各种方向荷载和冲击、动静刚度变化小、免维护或少维护、便于现场更换和轨道几何尺寸调整等方面考虑；道床类减振设备主要从免维护或易维护、便于现场监控、与普通道床接口良好等方面考虑。 选取技术实力雄厚、服务承诺好的厂家，作为现场用户长期的技术合作和支持，在产品周期内负责处理所有产品技术问题和成本费用。 所有新型减振产品上线之前必须在相同条件的既有线进行试验 2 年以上。