城市轨道交通减振降噪文献综述.docx

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城市轨道交通减振降噪文献综述

上海工程技术大学

毕业论文

文献综述

论文题目城市轨道交通的轨道减振技术研究

作者姓名

指导老师

学科（专业）交通工程

所在学院城市轨道交通学院

提交日期二零一三年四月

目录

1.绪论3

1.1选题背景及研究目的3

1.2课题主要研究内容3

2.城市轨道交通减振存在的问题以及减振的具体措施4

2.1城市轨道交通减振存在的问题分析4

2.2城市轨道交通减振的主要方法5

2.2.1钢轨扣件减振形式6

2.2.2弹性支承块轨道结构7

2.2.3浮置板轨道结构7

3.总结8

参考文献10

1.绪论

1.1选题背景及研究目的

地铁轨道交通作为现代化城市公共交通中的运输工具，以其运量大、方便、快捷、环保、节能等优势，近几年在我国发展迅速。

由于地铁轨道交通工程一般穿行人口密集区域，它在带给人们出行快捷和方便的同时，其运行中产生的环境问题也给沿线居民生活和工作带来影响，在一定程度上制约了城市轨道交通的发展。

其中以噪声和振动为主要的影响因素。

研究和解决城市轨道交通的减振问题，对于改善沿线居民的生活环境，实现城市轨道交通可持续发展具有十分重要的现实意义[1]。

1.2课题主要研究内容

地铁运行的振动主要产生于轮轨间的作用力。

各种原因决定了车轮不是理想的几何圆形，轨道也不是绝对平直和刚性的，同时车体的结构振动也会影响轮轨问的作用力。

车辆运行时轮轨之间会出现不断变化的轮轨作用力从而产生振动。

这种振动通过结构（路基和隧道基础等）传递到周围的地层，并经过地层向四周传播，激励附近地下结构或地面建筑物产生振动并进一步诱发室内结构和家具的二次振动。

地铁交通引起的环境振动具有持续性。

据相关调查，一列地铁列车通过时在地面建筑物上引起的振动持续时间约为10s。

在一条地铁线路上，运营高峰时刻双向每小时可通过30对列车或更多。

振动的总持续时间可达到地铁总工作时同的15％～20％，其对环境产生的振动影响是不容忽视的[2]。

根据城市轨道交通振动的传播途径在不同线路形式上略有不同，影响振动响应的主要因素也有所不同。

地下线的传播途径：

列车运行引起的车轮振动，传播线路为钢轨-扣件-轨枕-道床-隧道结构-围护地层-地面-建筑物、人体、设备。

地铁振动与噪声，通过土壤传递到沿线地面建筑物，列车运行时，通过轨道-车轮振动-隧道结构-周围土壤-相邻建筑物-地板、墙壁、天花板振动-二次振动-二次结构噪声，其中，隧道结构型式和隧道质量对隧道振动影响较大。

隧道厚度对隧道振动有十分明显的影响，材料相同，厚度加大一倍，墙壁振动降低5～8dB。

因此，根据地铁振动主要影响因素分析可知，地铁环境振动是一个复杂的多因素相互影响的综合效应．对于地下铁路，其影响因素主要有列车速度、车辆重量、隧道基础和衬砌结构类型、轨道类型、是否采用隔振措施等[3]。

2.城市轨道交通减振存在的问题以及减振的具体措施

2.1城市轨道交通减振存在的问题分析

地铁减振设计的主要依据是建设项目环境影响评价报告。

环评分别从地铁线路对城市生态及城市景观的影响、对声环境的影响、对环境振动的影响、水环境的影响、大气环境的影响以及对文物保护的影响六个方面给出了相关要求[4]。

国内地铁发展快、建设规模大、建设速度快。

环评、建设管理、设计、供货、施工及运营等各方面力量和资源的投入重点均在新线建设和运营方面，缺少充足的总结、研究和发展，使地铁减振方面逐渐显露出以下问题：

1）所有减振措施都要求由轨道系统实现，轨道减振比例不断加大，减振措施类型增加，造价不断提高。

采用普通轨道的综合造价约l100万～1200万形双线km，大量采用轨道减振的综合造价高达l800万元～2000万形双线km，以一条长30km的地铁为例，轨道减振引起的造价增加可能达到2亿元。

2）过度减振或减振不当将影响行车的安全性和平稳性。

轨道减振的原理是降低支承刚度或增加参振质量，两种方式都会加剧轮轨相互作用及轮轨振动程度，达到一定程度就可能引起轮轨磨耗异常，造成设备及零部件的快速非正常伤损，削弱轮轨系统的安全性和稳定性，增加轮轨系统养护维修工作量，如一些运营线发生的异常波磨主要是由过多的轨道减振引起的。

3）大量采取减振措施仍有投诉。

部分地铁即使采取了很多轨道减振措施，开通运营后仍存在振动及噪声投诉，不得不陆续花费高昂的代价进行改造或敏感点拆迁。

现阶段地铁减振所面临的是系统性问题，在现行环评法框架内，应从环保和地铁建设管理及技术层面采取全面的措施[5]。

2.2城市轨道交通减振的主要方法

在一般减振要求地段，可以采用如下措施：

（1）全线铺设无缝线路，减少钢轨接头。

在曲线半径大于300m的路段应采用这种形式。

（2）钢轨涂油，采用耐磨长钢轨和桥型鱼尾板等改良措施。

这适合于曲线半径小于300m的路段。

（3）选用合适的道床形式。

地铁宜采用轨枕式整体道床。

轨枕式整体道床包括短枕式和长枕式两种，上海地铁就选用了长枕式整体道床，效果良好。

（4）采用减振型扣件，安设轨道减振器。

如采用WJ-2型扣件、DTⅢ型扣件、J-4型扣件。

（5）定期打磨钢轨，提高轨面平顺度。

（6）选择合理的轨道建筑高度。

（7）采用减振型钢轨、隔振沟、板桩墙等[6]。

目前常用的地铁轨道结构有DTⅢ弹性扣件、Vanguard扣件和浮置板轨道等。

针对不同轨道的减振特点，在地铁建设中应根据不同地段的要求采用适宜的轨道结构[7]。

2.2.1钢轨扣件减振形式

在轨道振动控制中，采用弹性扣件减振是最简单经济的方法。

为此，各国对减振型钢轨扣件进行了大量研究，仅日本就研究开发了近百种钢轨扣件。

20世纪80年代初，德国推出了一种具有较好减振性能的科隆蛋钢轨扣件，以后逐步在世界各国推广。

80年代中期，美国研究成功了类似的、但成本较低的钢轨扣件，用于华盛顿地铁线路上，测试结果表明，采用该类型钢轨扣件，轮轨振动与冲击可得到明显改善。

90年代后期英国PANDROL公司研究开发了一种新型VANGURD扣件系统，并在线路上使用,结果表明采用该扣件可大大降低地面振动和噪声。

目前我国轨道交通建设中应用的减振型钢轨扣件分为两种：

一种是一般弹性扣件，刚度为17～50kN／mm，如DT系列扣件、单趾弹条扣件等。

另一种是高弹性扣件，刚度为10～15kN／mm，如轨道减振器扣件、LORD扣件等，其刚度比普通扣件低得多,这种扣件使钢轨在荷载作用下产生较大的挠度，降低轨道的整体刚度，从而减少轮轨动力冲击[8]。

2.2.2弹性支承块轨道结构

弹性支承块轨道结构由弹性支承块、道床板、混凝土底座及配套扣件等构成。

其中弹性支承块由橡胶靴套包裹的钢筋混凝土支承块以及块下大橡胶垫板组成。

弹性支承块式轨道结构的垂向弹性由轨下和块下双层弹性橡胶垫板提供，通过双层弹性垫板刚度的合理选择，使轨道的组合刚度接近有碴轨道的刚度[8]。

微孔橡胶垫板采用三元乙丙橡胶，经发泡加工成封闭的蜂窝状结构，受压时主要通过蜂窝状结构的变形来实现弹性变形。

地铁列车产生的振动通过扣件以及铁垫板的上下橡胶垫消耗后，传递给轨枕，通过轨枕底的微孔橡胶垫板消耗掉大部分能量，再在轨枕周边通过橡胶套靴缓冲，从而达到减振效果。

其优点是微孔橡胶垫板能提供足够的弹性使钢轨支承刚度低于有碴轨道的刚度，同时橡胶套靴还能提供横向和纵向弹性。

这种轨道结构单线造价250～350万元／km（其中不包括扣件、钢轨及其焊接铺设费用），适用于地铁需要采用中等轨道减振措施的地段，如居民区、商业区[6]。

2.2.3浮置板轨道结构

德国最先在科隆地铁中采用了浮置板轨道系统，并在1994年投入运营的柏林地铁中采用了钢弹簧浮置板道床轨道结构。

因钢弹簧浮置板道床减振效果明显，随即在日本、韩国、新加坡等国得到应用和推广。

国内最先在北京地铁13号线得到应用，上海、广州等城市随后也相继采用。

由于目前国内地铁采用的钢弹簧浮置板减振道床均为德国隔而固公司提供的技术与产品，造价较高，故仅限于有特殊减振降噪要求的地段，如音乐厅、歌剧院、医院、市政厅、会议中心、博物馆、实验室、居民区等周围地区。

浮置板轨道结构一般由钢筋混凝土浮置板、弹性支座、混凝土底座及配套扣件等组成。

该结构是用扣件把钢轨固定在钢筋混凝土浮置板上，浮置板置于可调的弹性支座上，浮置板两侧用弹性材料固定，形成一种质量一弹簧隔振系统。

这种系统包括有道碴和无道碴、预制混凝土底座和现场浇注混凝土底座、可更换支座和固定支座、橡胶支座和弹簧支座等各种设计[8]。

广州地铁一号线在部分特殊区段采用了浮置板式整体道床。

浮置板式与弹性短枕式无碴轨道相比，施工和维修都比较困难。

通过对国外地铁轨道结构资料研究分析发现，如果对浮置板的结构型式、尺寸和板下橡胶支承方式进行改进，完全有可能使施工和维修简化，采用简单机即可更换橡胶垫板。

橡胶支座也可以用螺旋钢弹簧替代，其施工和维修都比较简单。

浮置板式轨道结构的造价估计为单线600万元／km（不包括扣件、钢轨及其焊接铺设费用）[6]。

3.总结

国内地铁近年来发展迅猛，在缓解城市交通拥堵的同时，也产生了包括地铁减振在内的一些问题，这也是地铁阶段性发展必然。

地铁减振的问题带有系统性特点．需从政策法规的引导、基础理论研究的支撑、规范标准的修编和完善、建设管理的重视和转变、环评预测与减振降噪设计的配合、施T质量和维护管理的到位等各方面采取全面措施，并需较长的一段时间方可解决。

解决删阶段地铁减振的问题，对下一阶段地铁工程的科学决策、合理方案选择并实现与环境和谐统一，有着非常重要的意义[5]。

对于每一种减振措施，应该同时考虑减振效果与总投资，应在控制好总投资的前提下，全面核算特殊地段轨道减振措施的投资成本，并与地铁运营时的维修养护费用一起综合考虑。

如果减振措施能够长期有效，将有利于地铁的组织和管理，从而也能降低运营支出。

目前，在以下工作中，还有不少需要改进的地方：

（1）进行养护维修技术的跟踪和研究的工作还需要进一步完善，以确保正常使用，特别是浮置板纵向及板下支座的更换机具和技术的研究。

（2）为降低工程造价，应进行道床形式、扣件形式、弹性垫层间的合理搭配研究。

（3）对减振型轨道的合理建筑高度的研究还应进一步加强，它对节约净空、降低造价的意义重大。

（4）目前浮置板轨道的施工工艺方法还不够完善，对施工工艺的探索和施工机具的研究仍然是十分迫切的问题[6]。

参考文献

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