1、1从施工及维修角度分析轨道减振措施的取舍摘要：本文简要总结了轨道减振措施的分类及选型时通常所考虑的减振效果及造价等因素，分析了减振措施的施工效率对工期的适应性等施工相关的问题以及隔振元件检修更换的方便性和可靠性等维修相关的问题，指出减振措施对施工和维修的适应性实质上是评价其技术是否成熟的标准之一，建议减振措施选型时对施工及维修因素进行更多的考虑。关键词：地铁 轨道 减振 施工 维修 浮置板 梯形轨枕 随着国内地铁的快速发展以及社会对环境要求的不断提高，地铁新线建设中采取的轨道减振措施规模也越来越大，类型也越来越多，积累的经验也越来越丰富，在轨道减振措施选择时，不仅关注减振效果和建设成本，而且考
2、虑线路条件的适应性及对轮轨关系的不良影响，有时也会从施工及维修角度进行权衡，但并未将其作为取舍的决定性因素。 1 现有轨道减振措施的种类及选型因素 1.1 轨道减振措施的等级分类 在 2000 年前后的国内地铁建设高潮的初期，轨道减振措施主要仅有弹性套靴、减振器扣件，减振效果约58dB，只能满足较高减振需求。另有个别橡胶浮置板和先锋扣件试铺段。 钢弹簧浮置板在北京地铁 13 号线（2002 年开通）首次成功引进应用，减振效果超过 15dB，成为几乎唯一的特殊减振措施。 2由于较高减振与特殊减振之间存在断档，故北京地铁 5 号线（2007年开通）首次引进并铺设了梯形轨枕，减振效果约 1015dB
3、，填补了较高减振和特殊减振之间的空缺。 经过这些年应用经验的积累和总结，各类轨道减振措施基本有了较清晰的等级划分：中等减振：压缩型减振扣件、剪切型减振器扣件、弹性轨枕等，减振效果 58dB（隧道壁 Z 记权振级，下同） ，其中弹性轨枕因存在问题较多，新线建设中基本已淘汰。高等减振：梯形轨枕、中档钢弹簧浮置板、减振垫浮置板、先锋扣件等，减振效果 1015dB，其中先锋扣件经过这几年的应用总结，基本仅限于既有线改造时使用。特殊减振：高档钢弹簧浮置板等，减振效果 15dB 以上。 1.2 轨道减振措施选型通常考虑的因素 1.2.1 减振效果。减振效果是轨道减振措施选型的主要考虑因素之一。在具体工程设
4、计中一般采用两种划分方式，一种定量判断法是按敏感点预测超标量划分，典型的标准为：超标量 05dB 时采取中等减振措施；超标量 510dB 时采取高等减振措施；超标量10dB 时采取特殊减振措施。这一标准考虑了地表与隧道壁减振效果的差异性。另一种为定性判断法是按敏感点与线路的距离划分：1525m 时按中等减振设防；515m 时按高等减振设防；小于 5m 及正下穿时按特殊减振设防。 1.2.2 造价。大多数工程减振措施选型时，造价成为决定性因素之一。造价与减振效果基本成正比：减振扣件、梯形轨枕、减振垫浮置板、中档钢弹簧浮置板、高档钢弹簧浮置板在普通轨道基础上分别约增加 150万元/公里、700 万
5、元/公里、800 万元/公里、1200 万元/公里、1400 万3元/公里。 其中，减振扣件仅增加普通扣件基础上的采购价差；梯形轨枕主要增加了减振部件的采购成本，施工成本增加较少，可由节省的普通轨枕及道床混凝土抵扣；各类浮置板除隔振元件的采购成本外，钢筋混凝土材料及施工工序成本也较高，如中档钢弹簧浮置板成本 1200 万元/公里包括隔振元件 800 万元/公里及钢筋混凝土材料及施工成本 400 万元/公里。 1.2.3 对线路条件的适应性。大部分减振措施对地铁的线路条件均能适应，但一些减振措施会受到线路条件的制约，需在选型时加以注意，比如：弹性轨枕保持轨距的能力相对较差，不太适于小半径曲线，套
6、靴内易存水或泥沙杂物，不适用于冰冻环境下的高架线，弹性轨枕还发现在不均匀沉降甚至凹型竖曲线地段易产生空吊，故近年来已基本被淘汰。浮置板自重一般30kN/m，轨道结构高度650mm，在高架线应用对桥梁影响很大，故桥上应用受到制约。除梯形轨枕和减振垫之外，其余减振措施均不太适用于地面线碎石道床地段。 1.2.4 对轮轨系统的影响。这一因素是近年来部分运营线中出现较多钢轨异常波磨后才被关注。以前的减振理念是尽量降低钢轨支承刚度，但未重视对轮轨系统的不良影响。如减振扣件刚度 10kN/mm，列车通过时的钢轨动态振幅超过 3mm，先锋扣件刚度更低至 6kN/mm，钢轨振幅更大。较大的垂向振幅伴随着轨头横
7、向翻转振动，使轮轨接触关系（接触应力及蠕滑）表现异常，加上其它因素的综合作用，轮轨很容易产生异常波磨等病害。 4对轮轨关系有不利影响的主要是扣件类减振措施，轨枕类及道床类减振措施因隔振元件并非直接位于轨下，对轮轨的中高频振动影响较小，故一般不会导致异常磨耗等病害。 2 轨道减振措施取舍需考虑的施工因素 2.1 施工效率对工期的适应性 “轨通”是地铁工程建设的标志性工期节点，国内地铁铺轨工期通常较紧凑，要求铺轨综合进度能达到75100m/天/工作面。铺轨工期还易受土建施工进度挤压，这时铺轨进度就需加快至 100150m/天/工作面，才能将工期抢回来，因此减振措施的施工进度也很重要。 梯形轨枕道床
8、结构简单，采用与普通轨道一致的“自上而下一次浇筑成型”施工工法，梯形轨枕自身框架性好，轨排组装后的轨距及轨底坡精度高，精调工作量可减少，故其施工速度与普通轨道一致，在工期适应性方面有很大的优势。 钢弹簧浮置板配筋多、结构复杂、工序多，对工期的适应性相对较差。钢弹簧浮置板施工工法有三种，第一种是最早的现场绑扎钢筋+现场浇注混凝土，施工速度仅 6m/天/工作面，不能适应工期要求，已淘汰；第二种是基地预制钢筋笼+现场浇注混凝土，施工速度提高至 2030m/天/工作面，能适应一般的铺设段落需要，但对于长大铺设段或因土建施工受阻的地段，可能成为铺轨工期的制约点，曾有多个因工期制约而将钢弹簧浮置板改为梯形
9、轨枕的工程案例；第三种是预制浮置板工法，这种工法的施工速度可达到 5060m/天/工作面，在上海地铁首先成功试铺应用，其对工期的适应性进一步提高，但相应造价需另增加 150 万元/公里。5减振垫浮置板结构、工序及施工速度介于钢弹簧浮置板与梯形轨枕之间，一般情况下约 2030m/天/工作面，应急情况下可赶工至4050m/天/工作面，在工期适应性方面中规中矩。 2.2 轨道几何尺寸铺设精度的可控性 轨道几何尺寸主要包括轨距、轨底坡、高低、水平、轨向、三角坑等，它们的精度直接影响列车运行的平稳性及轮轨关系相关的设备使用状态。轨道几何尺寸精度主要取决于施工铺轨时的精度控制效果，而轨道的框架整体性对施工
10、精度控制至关重要，近年来越来越多的地铁工程采用了长轨枕，就是为了提高轨道的框架整体性。 目前所用的各类主要减振措施中，减振扣件可采用类似于普通轨道扣件配套的长轨枕。唯一不同的是，普通扣件长轨枕一般宽约220250mm，而减振器扣件因自身较宽，配套长轨枕宽度需达到280300mm，故组装后的轨排自重较大，施工各环节需加以克服。 梯形轨枕是由左右两根长约 6m 的预应力混凝土纵梁及钢横梁组成的框架轨枕板结构，组装后的轨排框架整体性及轨道几何尺寸精度优于普通长轨枕。高速铁路为保证轨道尺寸精度，所采用的型框架板结构与梯形轨枕非常相似。 钢弹簧浮置板因为配筋多、所以早期应用中未设轨枕，直接将扣件锚固在现
11、浇浮置板中，施工质量很难控制，不仅轨道几何尺寸精度难以保证，而且还出现过扣件道钉歪斜断裂、轨下净空不足、扣件下混凝土不密实等多种病害，近年来改进设计的钢弹簧浮置板均设置了短轨枕。由于浮置板自身弯矩较大，现场浇筑时也无法采用预应力结构，故现浇6浮置板无法设置长轨枕，也就很难得到高精度的轨道几何尺寸。另尤其需注意的是小半径曲线地段，因钢筋笼的刚度很大，曲线矢度及轨道几何尺寸精调都需反复调整并确认，以免留下缺陷，成为病害，已有多个小半径曲线钢弹簧浮置板病害的案例出现。不过，上海地铁率先成功试铺的预制浮置板则可有效弥补这一不足，但在选用时需考虑成本上的增加。 2.3 对下部基础施工误差的适应性 轨道下
12、部基础主要有隧道、桥梁和路基等，其中盾构隧道较易出现顶进施工偏差。 在盾构隧道的限界圆范围内，为确保隔振器的拆装检修不受钢轨影响，钢弹簧浮置板厚一般320mm，而受套筒及隔振器的构造限制，板厚很难280mm。若盾构隧道产生左右或向上的施工误差超过预设的 100mm，则套筒及隔振器不得不挪至钢轨下部，则不但浮置板的顶升及检修更换变得十分困难，而且套筒及盖板与钢轨距离太近，长期运营过程中可能产生杂散电流或短路现象，已有多个钢弹簧浮置板铺设段在运营后产生类似问题。 有个别盾构隧道钢弹簧浮置板铺设段因隧道施工误差太大，最后不得不将钢弹簧浮置板变更为梯形轨枕或减振垫浮置板。 3 轨道减振措施取舍需考虑的
13、维修因素 3.1 隔振元件检修更换的方便性及可靠性 地铁工程设计使用年限为100 年，但各类减振措施的隔振元件使用寿命均无法达到 100 年，质量优良的橡胶或聚氨酯弹性材料在列车动态疲劳荷载作用下，正常使用寿命约 3040 年；钢弹簧可达到 50 年，但其中的阻尼材料尚不能确信可与7钢弹簧等寿命；此外，长期运营过程中可能出现一些意外状况而导致隔振元件失效。因此，隔振元件应便于可靠地进行检修及更换，这是减振措施选型应特别重视的方面。 目前所用的各类主要减振措施中，减振扣件的检修和更换与普通扣件一致，较为方便。 梯形轨枕的主体结构是预应力混凝土结构，耐久性可达到 100 年，其减振垫通过框架结构中
14、部的空间随时进行检查、调整或更换。 钢弹簧浮置板的隔振器检修和更换也很方便，只需打开套筒顶部的盖板，即可进行检修更换。但钢弹簧隔振器数量多，板自身刚度较大，故个别隔振器失效很难被发现，会留下隐患。另外，钢弹簧浮置板施工过程中应特别留意避免将隔振器设在钢轨下方，因为这时隔振器检修和更换需先拆除钢轨，难度大，成本高。 减振垫浮置板的减振垫全部被钢筋混凝土板所覆盖，无法检查，维修更换和更换需将钢轨拆除，并将浮置板起吊并移开，故除非停运大修翻新，日常运营中实际上是无法实现的。而且，运营经验也表明，检修更换越简便的结构，可靠性越高；反之则可靠性越低。 3.2 下部基础差异沉降的适应性 地铁隧道为狭长型结
15、构，沿线路方向受地质水文条件、结构外形及施工工法等多种因素影响，不可避免会产生差异沉降。差异沉降主要发生在地下车站两端、联络通道、盾构井、泵房、路桥及路隧过渡段、U 型槽等部位，严重时在 20m 范围内可能产生超过 100mm 的差异沉降。在不良地质条件地区如天津、长三角、珠三角等，差异沉降已成为地铁工程难以整治的主要病害之一，在其它地区地8铁工程中亦属多发病害之一。 轨道减振措施选型必须充分考虑能适应下部基础的差异沉降，即当差异沉降产生后，减振轨道结构应方便及时进行检查、调整和恢复。 目前所用的各类主要减振措施中，减振扣件的可调整量与普通扣件类似，仅 2030mm，故无法满足较大差异沉降的调
16、整需求。 梯形轨枕为预应力混凝土结构，抗弯能力强，长 6m 梯形轨枕可承受4 块减振垫空吊达到 6mm；其次，梯形轨枕下部的减振垫空吊后，可在其下采用垫片或浇注型弹性材料进行填补，在枕下垫高可避免扣件调高对轨道几何尺寸精度及轨道稳定性的影响，理论上只要限界允许，减振垫可无限垫高，以恢复线路初始状态。像西安地铁为应对地裂缝地段的差异沉降，即研究采用了类似梯形轨枕的预制框架轨枕板。需注意的是，枕下调高填充材料不宜采用承受冲击荷载能力较差的脆硬性材料，而应采用耐久性好的柔性耐冲击材料。 钢弹簧浮置板理论上对差异沉降有一定的适应能力，当部分隔振器因隧道结构下沉而丧失对浮置板的支承时，可在隔振器顶部增设
17、调高垫片作为弥补。不过实际上因浮置板长度达到 25m 左右，每个隔振器的静态和动态压缩量较大，部分隔振器下沉或失去支承较难被发现，而且也很难保证每个下沉的隔振器被均匀调高。此外，隧道发生差异沉降时，一般不将轨面调至设计标高，而是在其前后作顺坡处理。但长 25m 左右的钢弹簧浮置板难以实现变坡处理。 减振垫浮置板对差异沉降的适应性相对较差，因为差异沉降将使其底部隔振垫部位局部空吊，而隔振垫又无法调整，也无法实施注浆填充，使浮置板纵向支承变得不均匀，9对轨道稳定性、隔振垫使用寿命及排水暗沟的正常使用等方面的影响难以消除。此外，隔振垫的阻隔也使隧道外注浆整治十分困难。 3.3 排水的衔接性、通畅性和
18、可检修性 地铁轨行区的排水通畅性非常重要，运营期间水或杂物泥沙淤积不畅会导致轨道短路、设备锈蚀，积水严重时对减振效果也会产生不利影响，轨道减振措施选型时需充分重视。 目前所用的各类主要减振措施中，减振扣件的道床结构与普通扣件一致，因而排水性能也与普通轨道一致。 梯形轨枕道床的排水性能也较好，可同时设置中心排水明沟和两侧排水沟，既可与普通无砟轨道的两侧沟顺接，也方便与浮置板的中心暗沟过渡。不均匀沉降较严重时，明沟排水方便检查、清理、整治改造，不会产生积水病害。 减振垫浮置板和钢弹簧浮置板因结构构造所限，只能在浮置板底部设置排水暗沟，暗沟存在以下几方面的问题：沟底标高较低，与普通轨道的明沟之间约有
19、 250300mm 高差，排水过渡段设置较困难。暗沟截面较小，不便检查，一旦产生淤积后很难清理。下部基础产生差异沉降时，暗沟的标高无法调整，必然导致积水病害。 4 小结及建议 各类轨道减振措施的施工可控性和检修更换方便性对长期运营期间良好使用状态的保证十分重要，良好的施工适应性和可行性以及方便的检修更换性能，实质上是评判一种减振措施技术成熟的标准之一，轨道减振措施选型需根据不同的工程条件，将施工及维修作为重要、甚至是10决定性的因素，以符合工程建设的目标。 施工方面的因素包括施工工序及进度对工期的适应性、轨道几何尺寸铺设精度的可控性及对下部基础施工误差的适应性等方面。各类减振措施中，减振扣件与
20、梯形轨枕的适应性相对较好，从施工的角度值得推荐，减振垫其次，钢弹簧浮置板相对较差。 在轨道减振措施选型及设计时，需充分考虑减振地段的铺轨工期需要与整个工程筹划的协调，若采用的钢弹簧浮置板铺设段较长，需充分考虑个别节点铺轨时在工期出现问题或下部基础出现较大施工误差时可行的备用方案；此外，各类浮置板的方案结构设计应尽量考虑施工可行性并提高轨道几何尺寸精度控制的效果。 维修方面的因素包括隔振元件检修更换的方便性和可靠性、下部基础差异沉降的适应性以及排水的衔接性、通畅性和可检修性等方面。各类减振措施中，梯形轨枕在各个方面的优势都较为明显，从维修的角度值得推荐；减振扣件检修更换比较方便，排水性能好，但对下部基础差异沉降的适应性较差；钢弹簧浮置板的隔振元件可检修更换性及下部基础差异沉降性能尚可，但排水通畅性方面较差；减振垫浮置板从维修角度考量的几个方面均不太理想，不宜用于易产生差异沉降及渗水病害的盾构隧道区间及车站两端部位，可考虑在工程条件较好、不易产生病害的车站或矩形隧道内使用。 参考文献： 1唐俊，程桂芝.城市轨道连续-现浇-金属弹簧隔振器式浮置板道床施工工艺探讨J.地铁与轻轨，2003，16（6）.
