姜 鵬，王俊杰，郭利康，劉學毅

(西南交通大學，成都 610031)

隨著高速鐵路的大力興建和既有線路的提速，軌道振動引發(fā)的問題越來越突出。如何減小振動對環(huán)境的影響，是軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計要解決的重要問題之一。軌道振動的影響因素較多，包括列車速度、軌道結(jié)構(gòu)和彈性等[1]。成灌鐵路的減振措施研究，考慮到增加軌道彈性，在紅光車站郫縣出站端(紅光鎮(zhèn)廣場減振區(qū)段)鋪設(shè)了200 m彈性減振墊。為科學評價彈性減振墊對行車條件下軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應及環(huán)境振動的影響，在現(xiàn)場進行了動力特性測試。

1 試驗段概況

成灌鐵路的最高設(shè)計速度為200 km/h，中心城區(qū)至郫縣段120 km/h。運行列車為國產(chǎn)CRH2-1型電力動車組。

彈性減振墊的鋪設(shè)位置在紅光車站郫縣出站端，長度為200 m，采用面支撐形式。鋪設(shè)減振墊地段的軌道結(jié)構(gòu)為鋼軌—扣件—軌道板—CA砂漿—減振墊—混凝土底座。鋪設(shè)情況如圖1所示。

2 試驗目的與試驗內(nèi)容

本次動力特性測試，主要達到以下目的:

1)測試列車通過時，未鋪設(shè)彈性減振墊地段軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應和環(huán)境振動，分析評定行車條件下未鋪設(shè)彈性減振墊地段線路狀態(tài);

2)測試列車通過時，鋪設(shè)彈性減振墊地段軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應和環(huán)境振動，分析評定行車條件下鋪設(shè)彈性減振墊地段線路狀態(tài);

圖1 減振墊鋪設(shè)位置示意

3)對比分析鋪設(shè)彈性減振墊地段和未鋪設(shè)彈性減振墊地段在行車條件下，軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應和環(huán)境振動的影響，評價鋪設(shè)彈性減振墊對行車條件下軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應及區(qū)域環(huán)境振動的影響效果。

要評價軌道振動對環(huán)境的影響，應該考慮軌道、橋梁、地面等結(jié)構(gòu)的振動值[2]，現(xiàn)場測試內(nèi)容包括鋼軌加速度、軌道板加速度、混凝土底座加速度、橋梁加速度、地面振動Z振級。

3 試驗段的選擇與測點布置

結(jié)合試驗目的和要求，為保證測試結(jié)果的可對比性[3]，選擇紅光鎮(zhèn)廣場減振區(qū)段作為鋪設(shè)彈性減振墊試驗段，都江堰方向距離500 m左右選擇未鋪設(shè)彈性減振墊試驗段，試驗段除鋪設(shè)或未鋪設(shè)彈性減振墊區(qū)別之外，其他線路條件基本相同。測試典型試驗段布置如圖2所示。

圖2 軌道結(jié)構(gòu)及環(huán)境振動測試示意

測試軌道結(jié)構(gòu)和橋梁振動的傳感器分別安裝于鋼軌軌底上表面、軌道板上表面、混凝土底座上表面、橋梁頂面混凝土。測試地面振動的傳感器安裝于距離橋梁中心線0 m，15 m，30 m遠的堅實地面上，各測點在垂直于線路方向的同一直線上。測點布置如圖3所示。

4 試驗方法

此次測試數(shù)據(jù)的采集分析采用DH5920動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)和DHDAS信號測試分析軟件進行。

圖3 動力測試測點布置示意

1)軌道振動測試

軌道振動加速度的測試利用 LC0102，LC0108系列壓電式加速度傳感器進行測試。

2)橋梁振動測試

橋梁振動測試采用DH610拾振儀進行測定。

3)環(huán)境振動測試

地面環(huán)境振動測試采用DH610拾振儀進行測定。

5 結(jié)果分析

各測試目標值的關(guān)系如圖4。

圖4 測試目標值之間的關(guān)系

振動加速度級，即加速度與基準加速度之比的以10為底的對數(shù)乘以20，記為VAL。單位為分貝(dB)。計算公式為

式中 a——振動加速度，m/s2;

a0——基準加速度，10－6m/s2。

Z振級是按ISO2631/1—1985規(guī)定的全身振動 Z計權(quán)因子修正后得到的振動加速度級，記為VLz。

讀取每次列車通過時的最大示數(shù)，每個測點連續(xù)測量20次列車，以20次讀數(shù)的算術(shù)平均值為評價量[4-5]。

1)軌道和橋梁結(jié)構(gòu)振動的測試結(jié)果具體測試結(jié)果見表1。

表1 軌道和橋梁測試結(jié)果

從表1可以看出，鋪設(shè)減振墊地段相對于未鋪設(shè)減振墊地段的結(jié)構(gòu)振動，以減振墊為界，下部結(jié)構(gòu)的振動明顯減弱;而上部結(jié)構(gòu)，由于減振墊對結(jié)構(gòu)支撐彈性的加強，鋪設(shè)減振墊地段的振動加速度比未鋪設(shè)減振墊地段的要大。底座振動加速度最大值在減振地段為1.96 m/s2，未減振地段為 4.58 m/s2，減弱幅度為57.2%。橋梁頂面加速度最大值在減振地段為0.69 m/s2，未減振地段為1.29 m/s2，減弱幅度為46.5%。

2)地面振動的測試結(jié)果

具體測試結(jié)果見表2。

表2 地面振動Z振級 dB

地面振動頻譜分析圖如圖5所示。

圖5 地面振動頻譜分析

從表2、圖5可以看出，減振墊對地面振動的減振效果在20～90 Hz范圍內(nèi)明顯。有減振墊區(qū)段，等效Z振級和最大Z振級都比無減振墊區(qū)段小，減少幅度均在10%以上，最大為18.4%。在同一地段，從0 m測點到30 m測點振動加速度與Z振級均呈遞減趨勢。

6 結(jié)論

針對成灌鐵路彈性減振墊應用，進行了現(xiàn)場測試，通過對測試數(shù)據(jù)的分析，得到以下結(jié)論:

1)以彈性減振墊為界，減振墊對下部結(jié)構(gòu)的減振效果十分明顯，而對上部結(jié)構(gòu)減振效果不明顯。

2)鋪設(shè)減振墊與未鋪設(shè)減振墊地段相比，混凝土底座振動加速度最大值在減振地段為1.96 m/s2，未減振地段為4.58 m/s2，減弱幅度為57.2%;橋梁梁面振動加速度最大值在減振地段為0.69 m/s2，未減振地段為1.29 m/s2，減弱幅度為46.5%。

3)減振墊對地面振動的減振效果在20～90 Hz范圍內(nèi)明顯，減弱幅度均在10%以上，最大為18.4%。

[1]張生延，王平，陳小平.軌道板厚度對板式軌道應力的影響分析[J].鐵道建筑，2010(7):121-123.

[2]謝久來，郝文秀，徐曉.減振原理在城市高架軌道交通中的應用[J].山西建筑，2007，33(7):318-319.

[3]郝珺，耿傳智，朱劍月.不同軌道結(jié)構(gòu)減振效果測試分析[J].城市軌道交通研究，2008(4):68-71.

[4]國家環(huán)境保護局.GB10070—88 城市區(qū)域環(huán)境振動標準[S].北京:中國標準出版社，1988.

[5]國家環(huán)境保護局.GB10071—88 城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法[S].北京:中國標準出版社，1988.