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城市轨道交通的振动控制是一项综合性工作,它牵涉到车辆、轨道、桥梁与隧道的结构型式、岩土特性、沿线建筑物结构型式及建筑物距离线路的远近程度等。根据国内外经验,只有根据具体线路情况,采用综合性减振措施,才能取得显著效果。
1、车辆选型
轨道交通车辆的性能对振动影响较大,应选用动力性能优良的轨道车辆,尽量降低车体重量和轴重,减小轮轨动力冲击,采用先进技术如径向转向架或直线电机车辆等。
2、桥隧结构的选择
为了降低振动在沿线传播,针对桥、隧结构本身的减振措施,国外进行过大量的研究与实践,主要有:(1) 采用框架式防振隧道结构,质量大、刚度大、整体性好的矩形隧道结构相对装配式衬砌结构其换算振动加速度可降低8~15 dB 。(2) 暗挖工法施工隧道结构在隧道衬砌内侧设置隔振层,避免轨道与隧道的直接接触,降低振动波的传播。(3) 采用双箱梁或多箱梁等。
3、轨道结构振动控制措施
城市轨道交通轨道结构的设计有别于干线铁路,其自身特点决定了轨道结构的设计原则“ 少维修,高弹性,减振降噪”。国内外大量研究表明,地铁轨道结构按其减振效果可分成三大类:第一类为一般扣件,其竖向刚度在20~60 kN/ mm 之间,有一定减振降噪效果;第二类为柔性扣件,其竖向刚度在10~25 kN/ mm 之间,用于减振要求相对较高区域第三类为特殊要求的减振轨道结构(减振型轨下基础),用于对减振降噪有特殊要求的地段。
(1) 柔性扣件在地下段采用柔性扣件可降低地铁运营对沿线建筑物的振动影响。上海地铁1 号线的测试结果表明:Lord 扣件以及地铁轨道减振器的减振效果明显优于DT Ⅲ 型扣件。在减振要求较高地段,美国、新加坡、德国科隆、法国等均采用了减振型钢轨扣件[ 2 ] 。
在高架线路采用柔性钢轨扣件,减小了振动向桥梁和沿线建筑物传递,同时降低了轮轨噪声和梁体的二次噪声。在国外,高架线路广泛采用了减振型钢轨扣件。日本高架线路测试结果表明,采用柔性钢轨扣件,噪声可降低3 dB (A) 。
(2) 减振型轨下基础( 浮置板式轨道结构及LVT 无碴轨道结构)浮置板轨道结构降低振动水平20 dB 。在需要特殊减振的区间和综合性多层车站等地段采用,如高架线路穿越整幢建筑物,地下线路经过对防振要求非常高的区域如音乐厅等。
LVT 无碴轨道(弹性支承块式),即在支承块下加一层弹性橡胶套,轨道的垂向刚度约为10~30 kN/ mm 垂向弹性由轨下和块下双层弹性橡胶垫板提供,最大程度地模拟了弹性点支承传统碎石道床结构和受荷响应,并使轨道纵向弹性点支承刚度趋于一致。此外,在支承块外设橡胶靴套提供了轨道的纵、横向弹性变形,使这种无碴轨道在承载、动力传递和振动能量吸收诸方面更接近坚实基础上的碎石道床轨道,从而使这种轨道结构的振动和噪声减少到最低程度。LVT 无碴轨道结构(结构图见文献6 ) 被瑞士国营铁路首次采用。由于其特有的减振、降噪、减磨等优越性能,后来被世界上许多国家所采用,如丹麦、英国、法国、葡萄牙等。当线路穿越居民区及一些对振动很敏感的单位( 如医院、学校、居住区等) 时采用[ 4 ] 。
(3) 采用重型钢轨、无缝线路采用重型钢轨可有效抑制钢轨的垂向振动。将50 kg/m 钢轨改成60 kg/m 钢轨后,钢轨的垂向刚度增加,可以把列车冲击而产生的振动降低10 % 。采用无缝线路,即将标准轨焊接成长钢轨,减少钢轨接头数量,从而减少接头处轮轨冲击引起的振动与噪声。
(4) 加强轨道不平顺管理在列车运行过程中,轨道不平顺引起动荷载明显增大。动荷载的变化加速了轨道状态的恶化,导致轮轨之间振动与噪声增大。测试结果表明:钢轨打磨后,在振动频率为8~100 Hz 范围内,振动水平下降4 ~ 8 dB , 站台上的振动水平下降5 ~ 15 dB[ 5 ] 。控制轨道不平顺是降低轮轨之间振动与噪声的有效措施。为此应加强轨道不平顺管理,制定严格的养护维修计划,确保轨道处于平顺状态,从而减少振动与噪声对周围环境的影响。
本文节选自《城市轨道交通的振动和噪声对环境的影响及其对策》
参 考 文 献1 王毅. 北京地下铁道振动对环境影响的调查与研究. 地铁与轻轨,1992 ,21~24 2 Esveld C. Railway -induced ground vibration. Rail Engng Intern , 1991 ,(2) 3 Walker J G. Metros should be silent servants. Develop metros , 1992 4 VADILLO E G. Subjective reaction to structurally radiated sound from underground railway : Field results.J Sound Vibr , 1996 , 193 (1)5 Moehren H H. The dynamics of low vibration track. RTS , 1991 , 87(9)6 焦金红,张苏,耿传智等. 轨道结构的减振降噪措施. 城市轨道交通研究,2002 , (1) :61~657 户源春彦. 防震橡胶及其应用. 牟传文译. 北京:中国铁道出版社,1982
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