高一軒，肖中嶺，張語(yǔ)通

（京投科技（北京）有限公司，北京 102208）

地鐵在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)是普遍存在的問(wèn)題，很多國(guó)家都已出現(xiàn)由于列車振動(dòng)和噪聲而引起居民對(duì)其影響生活的投訴并且對(duì)沿線建筑物產(chǎn)生破壞[1]。近年來(lái)，在土地資源緊缺及高效利用的大背景下，軌道物業(yè)開(kāi)發(fā)已是房地產(chǎn)行業(yè)的重要發(fā)展方向之一，而軌道環(huán)境振動(dòng)治理是關(guān)系成敗的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是業(yè)主能否安居樂(lè)業(yè)的重要指標(biāo)。在城市軌道交通大發(fā)展時(shí)期，環(huán)保及居民的需求對(duì)減振行業(yè)提出了更高的要求。因此，如何有效地控制和降低軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)，具有重要的科研價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于地鐵的振動(dòng)問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及數(shù)值計(jì)算研究方面做了大量工作，取得了一定成果。Melke和Kraemer提出了分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的方法[2]；Thiede和Natke利用有限元和黏滯邊界條件研究了地鐵隧道壁厚度的變化對(duì)地面振動(dòng)的影響[3]；劉維寧等建立“車輛一軌道基礎(chǔ)”和“襯砌結(jié)構(gòu)一地層系統(tǒng)”空間有限元模型，得出離開(kāi)隧道軸線一定距離存在1個(gè)振動(dòng)放大區(qū)，并存在1個(gè)地層響應(yīng)的主要頻帶等結(jié)論[4]；夏禾等通過(guò)鐵路橋梁和鐵路線路附近的2次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究列車對(duì)周圍地面和鄰近建筑物的振動(dòng)影響[5]；潘昌實(shí)等利用導(dǎo)出的列車振動(dòng)荷載，建立二維有限元、有限元與無(wú)限元耦合模型等，對(duì)其振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證研究[6]；閆維明等對(duì)某地鐵交通1號(hào)線沿線典型區(qū)段引起的環(huán)境振動(dòng)實(shí)況、振動(dòng)特性及傳播規(guī)律等進(jìn)行了分析研究[7]。但以上研究都沒(méi)有針對(duì)地鐵車輛段庫(kù)內(nèi)線減振措施進(jìn)行具體研究。

本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)，調(diào)查分析目前國(guó)內(nèi)外鋼軌減振扣件的研究現(xiàn)狀，以北京市地鐵8號(hào)線平西府車輛段庫(kù)內(nèi)線減振方案為例，對(duì)該車輛段上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，分析該車輛段項(xiàng)目擬解決的振動(dòng)問(wèn)題及減振扣件選用時(shí)面臨的主要問(wèn)題，對(duì)適用于地鐵車輛段庫(kù)內(nèi)線的JT-KJ-1B型減振扣件做了詳細(xì)介紹。

1 國(guó)內(nèi)學(xué)者減振扣件研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)地鐵正線上應(yīng)用的鋼軌減振扣件研究較多，但對(duì)國(guó)內(nèi)關(guān)于地鐵車輛段庫(kù)內(nèi)線的減振措施鮮有研究。

耿傳智等人對(duì)地鐵彈性扣件軌道建立了落軸沖擊仿真模型，分析了不同結(jié)構(gòu)在落軸沖擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)，得出結(jié)論為軌道結(jié)構(gòu)自振頻率隨扣件剛度的降低而減小[10]。

朱劍月建立了扣件支承完全失效的軌道模型，利用軌道剛度沿縱向發(fā)生突變模擬扣件失效，計(jì)算正常狀態(tài)和若干個(gè)連續(xù)扣件支承失效后系統(tǒng)響應(yīng)。結(jié)果表明，扣件失效后，輪軌相互作用增強(qiáng)，且影響前后相鄰軌道的動(dòng)力響應(yīng)，形成長(zhǎng)范圍軌道不平順[11]。

王文斌等人對(duì)北京市地鐵5號(hào)線宋家莊至劉家窯區(qū)段換扣件前后列車運(yùn)營(yíng)引起的地面加速度進(jìn)行頻譜分析。研究團(tuán)隊(duì)建立軌道一隧道一土層結(jié)構(gòu)三維有限元模型，研究垂直地鐵線路方向不同距離的振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著距地鐵隧道中心線路距離的增加，振動(dòng)呈衰減趨勢(shì)。在距離隧道軸線一定距離處，存在地面振動(dòng)加速度放大區(qū)，且水平和垂向振動(dòng)加速度放大區(qū)的位置有所不同[12]。

高彈性減振扣件類是依靠橡膠的壓縮變形來(lái)吸收振動(dòng)的，例如耿傳智等研制的板式減振型鋼軌扣件[13]、范佩鑫開(kāi)發(fā)的自鎖式軌道雙層減振降噪扣件和軌道雙層非線性減振降噪扣件[14、15]、吳建忠等設(shè)計(jì)的減振彈性分開(kāi)式扣件和一種新型減振扣件[16、17]。鄧嬌等人對(duì)一種用于北京市地鐵5號(hào)線的Ⅲ型軌道減振器進(jìn)行設(shè)計(jì)、有限元分析、動(dòng)靜剛度及疲勞試驗(yàn)，得出Ⅲ型軌道減振器減振性能較好的結(jié)論[18]。

2 北京地鐵8號(hào)線平西府車輛段庫(kù)內(nèi)線減振方案研究

2.1 平西府車輛段上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目概況

北京市地鐵8號(hào)線平西府車輛段進(jìn)行的公園悅府上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，其軌道線路分布情況和建筑規(guī)劃分別見(jiàn)圖1、圖2。其中，車庫(kù)正上方蓋上建筑物的設(shè)計(jì)圖和立體效果圖分別見(jiàn)圖3、圖4。從圖中可見(jiàn)，蓋上建筑物是直接落在平臺(tái)上，依靠庫(kù)內(nèi)的承力柱進(jìn)行支撐建設(shè)的。

2.2 平西府車輛段項(xiàng)目擬解決的主要問(wèn)題

根據(jù)平西府車輛段上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)的環(huán)評(píng)報(bào)告，即《北京市昌平區(qū)東小口鎮(zhèn)住宅混合公建用地（配套公共租賃住房）項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書》指出，平西府蓋上建筑物存在噪聲超標(biāo)的可能性，提出的振動(dòng)治理措施為在庫(kù)內(nèi)采用高等級(jí)減振扣件。

圖1 平西府車輛段的地鐵線路分布圖

圖2 平西府車輛段的物業(yè)開(kāi)發(fā)規(guī)劃圖

圖3 平西府車輛段庫(kù)上建筑物設(shè)計(jì)圖

圖4 平西府車輛段庫(kù)上建筑物立體效果圖

平西府車輛段原扣件采用的DJK5-1普通扣件見(jiàn)圖5。

圖5 平西府車輛段庫(kù)內(nèi)線現(xiàn)場(chǎng)

北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所前期對(duì)平西府蓋上建筑物進(jìn)行了實(shí)測(cè)，測(cè)試結(jié)果表明蓋上建筑物存在較為嚴(yán)重的噪聲超標(biāo)現(xiàn)象，即：按照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 10070—88），最大超標(biāo)量為5.4dB。按照《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009），最大超標(biāo)量為14.1dB。因此，平西府上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目公司擬執(zhí)行環(huán)評(píng)報(bào)告相關(guān)內(nèi)容，利用高等級(jí)減振扣件對(duì)庫(kù)內(nèi)線進(jìn)行更換。

2.3 平西府庫(kù)內(nèi)線減振扣件選用中的主要問(wèn)題

2.3.1 安裝要求及其相應(yīng)問(wèn)題

平西府車輛段已經(jīng)投入使用，為減少對(duì)正常運(yùn)營(yíng)的影響，應(yīng)避免工程量大、耗時(shí)長(zhǎng)的軌枕更換，宜直接將現(xiàn)有的DJK5-1扣件拆除后，在現(xiàn)有的軌枕和錨釘上進(jìn)行減振扣件換裝。

目前已有的各種減振扣件都有自身的軌枕尺寸和錨釘安裝位置，無(wú)法在平西府直接進(jìn)行安裝使用，且都涉及金屬件和非金屬件的尺寸和參數(shù)調(diào)整，一旦尺寸和參數(shù)調(diào)整了，就不能簡(jiǎn)單直接地當(dāng)成安全可靠的產(chǎn)品進(jìn)行使用，就需等同于新型扣件，需嚴(yán)謹(jǐn)、全面而系統(tǒng)地就安全性和隔振性能進(jìn)行重新的技術(shù)鑒定和技術(shù)評(píng)估。

2.3.2 安全性要求及其帶來(lái)的相應(yīng)問(wèn)題

扣件是保障行車安全性的重要元件，每個(gè)扣件的節(jié)點(diǎn)處鋼軌橫向位移約束、垂向位移約束和翻轉(zhuǎn)位移約束都是由扣件提供和保障的。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，扣件的任何零部件在實(shí)際使用中都有斷裂或損壞的可能，為此，絕大部分扣件都具有如下功能：任何一個(gè)零件斷裂或損壞，鋼軌橫向位移約束、垂向位移約束和翻轉(zhuǎn)位移約束都不會(huì)全部喪失，例如，普通的 DTVI-2 扣件的彈條斷裂后，扣件仍具有一定的橫向位移約束和垂向位移約束能力。絕大部分扣件擁有的這一屬性有利于行車安全性。

因此，對(duì)于安全性要求更高的平西府庫(kù)內(nèi)減振扣件，在扣件結(jié)構(gòu)形式和產(chǎn)品類型上，應(yīng)盡量避免采用單一零件斷裂或損害就會(huì)讓扣件節(jié)點(diǎn)處鋼軌橫向位移約束、垂向位移約束和翻轉(zhuǎn)位移約束全部喪失的扣件類型。

2.3.3 隔振性要求及其帶來(lái)的相應(yīng)問(wèn)題

平西府庫(kù)內(nèi)軌道振動(dòng)特點(diǎn)：1）工況特點(diǎn)。平西府庫(kù)內(nèi)列車的實(shí)際工況為，列車在空車狀態(tài)下，出庫(kù)時(shí)是緩慢加速狀態(tài)，入庫(kù)時(shí)是緩慢減速狀態(tài)，最大車速小于15km/h。這一工況與正線有較大差異，在這一特殊工況下，已有的減振扣件到底具有多大的隔振能力，由于前期缺乏實(shí)際案例而難以準(zhǔn)確評(píng)估。2）振動(dòng)傳播特點(diǎn)。平西府蓋上建筑物的振動(dòng)傳播途徑為：輪軌振動(dòng)傳遞到道床后，直接由立柱向上傳遞到建筑物。相比于正線周邊建筑物的振動(dòng)傳播途徑，這一傳播途徑不僅少了泥土的振動(dòng)衰減環(huán)節(jié)，而且建筑與軌道的距離更近。

針對(duì)這一獨(dú)特的傳播特性，由于缺乏前期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)，因而很難簡(jiǎn)單地用一個(gè)總的隔振量去評(píng)估哪種扣件能滿足要求，而需綜合考慮經(jīng)過(guò)列車后各頻率成分的大小，以及各頻率成分在振動(dòng)傳播中各自的衰減特性后才能估出什么樣的扣件能讓建筑物達(dá)標(biāo)。

總體而言，對(duì)于平西府庫(kù)內(nèi)這類缺乏前期實(shí)際案例和數(shù)據(jù)積累的隔振問(wèn)題，涉及專項(xiàng)研制或者專項(xiàng)評(píng)估以及現(xiàn)場(chǎng)試用等問(wèn)題。這之前，就算對(duì)于熟知的已有減振扣件，也很難準(zhǔn)確地認(rèn)為其能夠達(dá)到多少分貝的隔振量，能讓建筑物達(dá)到什么樣隔振效果。

2.3.4 軌枕間距現(xiàn)狀及其帶來(lái)的相應(yīng)問(wèn)題

平西府庫(kù)內(nèi)線前半段為檢查坑，軌枕間距約為1.4m，后半段是停車線，軌枕間距為0.65m。這表明在列車經(jīng)過(guò)時(shí)，檢查坑單個(gè)扣件承受的載荷遠(yuǎn)大于停車線上的扣件，粗略計(jì)算二者數(shù)值超過(guò)2倍。這一實(shí)際情況帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：1）針對(duì)1.4m 軌枕間距情形，目前尚沒(méi)有成熟的減振產(chǎn)品可選用，涉及保障安全性下的專項(xiàng)設(shè)計(jì)問(wèn)題；2）目前軌枕是固定的，在軌枕間距固定不變情況下，如何對(duì)兩種扣件的剛度進(jìn)行銜接的問(wèn)題顯得尤為突出。

兩種軌枕間距這一實(shí)際現(xiàn)狀讓平西府庫(kù)內(nèi)線減振扣件的更換問(wèn)題成了難題，需進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)和專項(xiàng)的安全性和隔振性能評(píng)估。

2.4 JT-KJ-1B庫(kù)內(nèi)減振扣件簡(jiǎn)介

針對(duì)平西府車輛段庫(kù)內(nèi)線隔振需求而研發(fā)的JT-KJ-1（A、B）型高等級(jí)壓縮型減振扣件，主要由浮置鐵墊板、橡膠隔振墊板、底座鐵墊板、自潤(rùn)滑側(cè)板、彈性側(cè)板等構(gòu)成。該扣件具備如下特征：1）可直接利用現(xiàn)有的軌枕和錨釘孔進(jìn)行安裝；2）各項(xiàng)指標(biāo)滿足軌道安全性要求；3）兩種型號(hào)分別適用于0.65m和1.4m軌枕間距情形下的隔振需求，并在兩種軌枕間距不變情況下，解決了二者之間的銜接問(wèn)題；4）已在第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)完成安全性、隔振性和使用壽命等技術(shù)鑒定工作，鑒定結(jié)果達(dá)標(biāo)。

扣件組裝完成后通過(guò)浮置鐵墊板與底座鐵墊板之間的橡膠隔振墊版提供垂向彈性、通過(guò)彈性側(cè)板提供橫向彈性，從而實(shí)現(xiàn)了垂向及橫向減振。與普通彈性扣件相比，其庫(kù)內(nèi)減振效果可達(dá)8～10dB。

JT-KJ-1B庫(kù)內(nèi)減振扣件成功應(yīng)用于平西府車輛段庫(kù)內(nèi)線試驗(yàn)段扣件改造工程，獲得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，提升了軌道隔振領(lǐng)域的科研實(shí)力和技術(shù)水平。JT-KJ-1B庫(kù)內(nèi)減振扣件見(jiàn)圖6；JT-KJ-1B庫(kù)內(nèi)減振扣件現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖7。

圖6 JT-KJ-1B庫(kù)內(nèi)減振扣件

圖7 JT-KJ-1B庫(kù)內(nèi)減振扣件現(xiàn)場(chǎng)

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)查目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)地鐵鋼軌減振扣件的基本研究情況，以北京市地鐵8號(hào)線平西府車輛段庫(kù)內(nèi)線減振方案為例，對(duì)平西府車輛段上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，分析了平西府車輛段項(xiàng)目擬解決的振動(dòng)問(wèn)題及減振扣件選用時(shí)面臨的主要問(wèn)題，介紹了適用于地鐵車輛段庫(kù)內(nèi)線的鋼軌減振扣件，總結(jié)了現(xiàn)階段減振扣件研究取得的成果。

隨著軌道交通的不斷發(fā)展，其振動(dòng)噪聲影響不斷凸顯，各國(guó)針對(duì)軌道減振都做了大量工作，采取了眾多的軌道減振措施。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者通過(guò)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、有限元、試驗(yàn)分析等方法，對(duì)眾多軌道減振措施進(jìn)行研究.合理設(shè)計(jì)軌道各元件的剛度、阻尼等參數(shù)及不同減振措施間的組合，取得了顯著的減振效果，為軌道減振措施的發(fā)展應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。