城市軌道交通減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)的選擇

摘　要　城市軌道交通噪聲主要由輪軌噪聲、動(dòng)力設(shè)備噪聲、結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲組成。降低輪軌噪聲,是城市軌道交通降噪的關(guān)鍵之一。不同的軌道結(jié)構(gòu),具有不同的減振降噪能力。減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)分三類:彈性扣件、彈性支承塊和浮置板。根據(jù)這三類減振降噪型軌道結(jié)構(gòu),提出對(duì)降噪要求不同的地區(qū),應(yīng)選擇不同類型的軌道結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞　城市軌道交通,減振降噪,軌道結(jié)構(gòu),類型選擇
大量研究結(jié)果表明[ 1 ] ,列車引起的噪聲可分為四個(gè)部分:輪軌噪聲、集電弓噪聲、車廂的空氣動(dòng)力噪聲和橋梁結(jié)構(gòu)的二次振動(dòng)噪聲。對(duì)于城市軌道交通,動(dòng)力設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)等噪聲也占較大比例。國(guó)外對(duì)振動(dòng)噪聲問題的研究已開展多年,認(rèn)為當(dāng)列車速度低于60 km/h 時(shí),主要為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲; 當(dāng)列車速度在60～200 km/ h 時(shí),輪軌噪聲要占較大的比例,當(dāng)列車速度大于200 km/ h 時(shí),主要是空氣動(dòng)力噪聲[ 2 ] 。而城市軌道交通的列車速度一般在60 ～80 km/h 之間,故車體的空氣動(dòng)力噪聲較小,其綜合噪聲主要是由輪軌噪聲、動(dòng)力設(shè)備噪聲、結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲組成。
合理選擇減振降噪型軌道結(jié)構(gòu),可降低輪軌噪聲。對(duì)噪聲要求不同的地段,可采用不同的降噪型軌道結(jié)構(gòu)。由于噪聲聲級(jí)的對(duì)數(shù)疊加特性。在整治主要噪聲源的同時(shí),應(yīng)對(duì)其它噪聲源加以控制, 阻斷噪聲的傳播途徑,縮小噪聲污染范圍。因此, 減振降噪是一項(xiàng)系統(tǒng)工程, 需要有關(guān)專業(yè)共同配合、綜合治理才能取得滿意效果。
1 　無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的噪聲特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原則
有碴軌道的道碴提供了很好的彈性,對(duì)減振降噪有利。但有碴軌道在列車荷載作用下會(huì)發(fā)生幾何形位的變化,需進(jìn)行經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)。軌道交通線路如采用有碴軌道,在運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修幾乎不可能,而夜間的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)在安全、質(zhì)量和設(shè)備要求上提出了更為苛刻的要求; 此外,高架橋上采用道碴道床增加了橋梁的自重, 增加投資,且道床的清篩粉塵也對(duì)城市環(huán)境造成污染。因此,與有碴軌道相比,無(wú)碴軌道具有穩(wěn)定性、平順性、剛度均勻性好、維修工作量少、簡(jiǎn)潔易清洗等顯著優(yōu)點(diǎn)。日本、德國(guó)等國(guó)家已把它作為高速鐵路和城市軌道交通的主要軌道結(jié)構(gòu)型式加以發(fā)展和應(yīng)用。
(1) 無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與噪聲特點(diǎn)
軌道結(jié)構(gòu)的噪聲為輪軌噪聲。鋼軌與車輪的相互作用激起鋼軌和軌下基礎(chǔ)的振動(dòng),鋼軌即向外輻射噪聲。振動(dòng)來(lái)源于軌道的不平順。振動(dòng)隨軌下基礎(chǔ)向周圍傳遞,或引起振動(dòng),或造成結(jié)構(gòu)“二次噪聲”。輪軌噪聲可分為3 種主要類型:類叫、沖擊和轟鳴(或滾動(dòng)) 噪聲。當(dāng)車輛通過(guò)小曲線半徑時(shí), 由于車輪受轉(zhuǎn)向架的約束,不能正切于鋼軌運(yùn)行, 引起車輪沿著鋼軌滾動(dòng)時(shí)橫向滑過(guò)軌頭,由此產(chǎn)生輪軌接觸表面的粘著和空轉(zhuǎn),引起車輪共振而產(chǎn)生強(qiáng)的窄頻帶尖叫噪聲。車輪通過(guò)軌縫、道岔或擦傷的車輪在鋼軌上滾動(dòng)時(shí)引起的是沖擊噪聲。轟鳴噪聲是通常沒有擦傷的車輪在狀態(tài)良好的直線鋼軌上滾動(dòng)時(shí)所發(fā)生的噪聲,這是由于車輪和鋼軌表面上的小面積粗糙造成的。
由于噪聲和振動(dòng)在500～2 500 Hz 頻率范圍內(nèi)線性相關(guān),且在此范圍內(nèi)鋼軌是主要輻射體(特別是在500～1 000 Hz 范圍內(nèi)),因此抑制鋼軌振動(dòng)、減小鋼軌的振動(dòng)加速度和頻率,對(duì)降噪起著關(guān)鍵作用。通過(guò)研究軌道結(jié)構(gòu)各組成部件參數(shù)的合理匹配,可以達(dá)到這一目的。彈性鋼軌和彈性車輪的成功經(jīng)驗(yàn),證明這種方法是行之有效的。軌道結(jié)構(gòu)的減振可采用隔振技術(shù),阻斷振動(dòng)的傳播途徑,使得軌道作為振源向周圍土介質(zhì)或向梁跨結(jié)構(gòu)傳遞的振動(dòng)較小,從而避免結(jié)構(gòu)的“ 二次噪聲”。
(2) 減振降噪型無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則
減振降噪應(yīng)以工程環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告為依據(jù),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)研,明確振動(dòng)與噪聲的保護(hù)對(duì)象和范圍, 確定期望值,根據(jù)線路鋪設(shè)形式、地質(zhì)條件等合理選型。據(jù)此,減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下主要原則:良好的穩(wěn)定性和耐久性; 良好的減振降噪性;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工和安裝的簡(jiǎn)便性;軌道幾何形位的可調(diào)性;低成本及少維修養(yǎng)護(hù)。
2 　減振降噪型鋼軌扣件的選擇
鋼軌扣件由扣壓件、軌下墊層和聯(lián)結(jié)螺栓組成。為了保持軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可維修養(yǎng)護(hù)性、減振等要求,鋼軌扣件應(yīng)具有一定的扣壓力、必要的彈性和相應(yīng)的可調(diào)能力。
(1)WJ -2 型、DT Ⅲ 型及WJ -4 型扣件

圖1 　WJ-2 型彈性扣件　　　　　　　圖2 　DT Ⅲ 彈性扣件　　　　　　　圖3 　WJ -
　　WJ -2 型扣件(圖1) 的調(diào)高量為40 mm , 軌距調(diào)整量為10 mm , 扣件節(jié)點(diǎn)剛度為40～60 kN/m , 能滿足一般地段的減振要求?？奂慕^緣電阻為108 Ω。該型扣件已在上海的明珠線使用。但扣件調(diào)高以后的剛度匹配及增加扣件的減振降噪效果還需進(jìn)一步研究。
上海地鐵采用了DT Ⅲ 型扣件(圖2) 。該扣件采用二級(jí)減振,在鋼軌和鐵墊板下都設(shè)絕緣橡膠板,扣件的彈性、減振效果較好,比北京地鐵采用DTI 型扣件的振動(dòng)水平減少5～10 dB 。
WJ-4 型扣件(圖3) 是一種無(wú)擋肩的彈條扣件,軌下墊層調(diào)高量較小,軌面的調(diào)整主要是靠鐵墊板下的墊層調(diào)整。此類扣件的減振降噪效果類似于WJ -2 型。目前此類扣件尚在開發(fā)中。
(2) Cologne -Egg 彈性扣件
Cologne -Egg 彈性扣件是在減振要求較高地段采用的軌道減振器扣件(圖4) 。該扣件的承軌板與底座之間用減振橡膠硫化粘貼在一起,利用橡膠圈的剪切變形獲得較低豎向剛度,較DTI 型扣件的振動(dòng)傳遞減少15～30 dB , 較DT Ⅲ 型扣件減少10 ～20 dB 。
4 扣件(研制中)
軌道減振器扣件的垂直剛度較低,而且不過(guò)度犧牲鋼軌的橫向穩(wěn)定性。對(duì)于有碴軌道,其減振水平為10～15 dB , 當(dāng)振動(dòng)頻率較高時(shí)可減振25 dB 。但隨著時(shí)間的延長(zhǎng),軌道減振器的震動(dòng)性能會(huì)下降,所以要提高橡膠彈性元件的耐久性、抗老化性等性能。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)驗(yàn)表明,此類減振器的減振性能介于一般扣件與浮置板之間。

圖4 　Cologne -Egg 彈性扣件
此外在選擇扣件時(shí),應(yīng)考慮軌道交通通過(guò)地區(qū)對(duì)減振降噪的要求。即根據(jù)不同的地區(qū)選擇不同減振降噪效果的扣件系統(tǒng),使其達(dá)到最佳效果。一般來(lái)說(shuō),減振降噪效果好的扣件系統(tǒng),其成本相對(duì)較高。
3 　彈性支承塊軌道結(jié)構(gòu)(LVT)
(1) 國(guó)內(nèi)外低振動(dòng)軌道結(jié)構(gòu)使用簡(jiǎn)況
最高速度200 km/ h 的英吉利海底隧道通過(guò)多種無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)比選,采用了彈性支承塊軌道(Low Vibration Track , 簡(jiǎn)為L(zhǎng)VT) ( 圖5 、6) ,目的是使得軌道結(jié)構(gòu)具有較好的減振性能,降低輪軌之間的動(dòng)力作用,使列車運(yùn)行平穩(wěn)。美國(guó)Sonneville 國(guó)際集團(tuán)公司還對(duì)該軌道系統(tǒng)提供成套技術(shù)咨詢服務(wù),其技術(shù)已相當(dāng)成熟。日本對(duì)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)彈性的研究更為廣泛,不但對(duì)軌道結(jié)構(gòu)彈性與輪軌的動(dòng)力作用關(guān)系進(jìn)行研究,而且對(duì)軌道彈性與降低列車運(yùn)行噪聲的關(guān)系進(jìn)行了廣泛的研究。

圖5 　美國(guó)Sonneville 公司的LVT 結(jié)構(gòu)(橡膠靴套專套)

圖6 　英吉利海底隧道的LVT 結(jié)構(gòu)
據(jù)瑞士聯(lián)邦鐵路的軌道檢查記錄顯示,運(yùn)營(yíng)了1～7 年的LVT 幾何狀態(tài)仍可保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。由于其特有的減振、降噪、減磨等優(yōu)越性能,該軌道結(jié)構(gòu)已被世界上許多國(guó)家所采用。
LVT 結(jié)構(gòu)在我國(guó)鐵路中的應(yīng)用剛剛開始,在已建成的18 km 長(zhǎng)秦嶺隧道內(nèi),鋪設(shè)了這種彈性軌道結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及理論分析表明,這種軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)衰減特性接近于有碴軌道。我國(guó)秦(皇島) ～ 沈(陽(yáng)) 客運(yùn)專線也部分鋪設(shè)了這種軌道結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)段,以驗(yàn)證其減振性能。
由于LVT 的減振降噪效果較為明顯,因此,城市軌道交通中對(duì)振動(dòng)和噪聲敏感的地段,特別是高架結(jié)構(gòu),彈性支承塊式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)是一種比較理想的選擇方案。
(2)LVT 的結(jié)構(gòu)
LVT 結(jié)構(gòu)由彈性支承塊、道床板和混凝土底座及配套扣件構(gòu)成。彈性支承塊由橡膠靴套包裹的鋼筋混凝土支承塊以及塊下大橡膠墊板組成。橡膠靴套與塊下大橡膠墊板與軌下墊板的彈性匹配目標(biāo)是使得無(wú)碴軌道的總體剛度與傳統(tǒng)有碴軌道的剛度相接近。支承塊承軌部分設(shè)軌底坡。由于調(diào)整鋼軌高度的需要,扣件為彈性分開式,支承塊與鐵墊板的聯(lián)結(jié)通過(guò)預(yù)埋絕緣套管及螺栓實(shí)現(xiàn);道床板由就地灌注的填充混凝土和槽形板組成的道床將彈性支承塊嵌固在其中。每7～8 個(gè)支承間距作為一個(gè)板長(zhǎng)單元。道床表面設(shè)人字坡,以利排水。在隧道內(nèi),混凝土道床可直接與隧底仰拱填充混凝土聯(lián)結(jié)。而在高架結(jié)構(gòu)上,考慮列車制動(dòng)和溫度力等作用,加設(shè)了混凝土底座。為此,需解決底座與橋面的聯(lián)結(jié)以及底座與道床的聯(lián)結(jié)等問題。為了提供混凝土道床的可修復(fù)性,在底座表層設(shè)置隔離層。在曲線地段,外軌超高的設(shè)置是在混凝土底座內(nèi)完成。高架橋上的彈性支承塊式軌道結(jié)構(gòu)見圖7 。

圖7 　高架橋上LVT 結(jié)構(gòu)圖
LVT 結(jié)構(gòu)的垂向彈性由軌下和塊下雙層彈性橡膠墊板提供,最大程度地模擬了傳統(tǒng)彈性點(diǎn)支承碎石道床的結(jié)構(gòu)和受荷響應(yīng)特性,并使得軌道縱向彈性點(diǎn)支承剛度趨于一致。通過(guò)雙層彈性墊板剛度的合理選擇,可使軌道的組合剛度接近有碴軌道的剛度。支承塊外設(shè)橡膠靴套提供了軌道的縱、橫向彈性變形,使這種軌道結(jié)構(gòu)在承載能力和振動(dòng)能量吸收諸方面更接近堅(jiān)實(shí)均勻基礎(chǔ)上的碎石道床軌道,以適應(yīng)低振動(dòng)、低噪音的要求。雙層彈性墊板的軌道振動(dòng)特性可使軌道的幾何形位在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。
LVT 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工相對(duì)容易。其支承塊為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),可在工廠預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)只需將鋼軌、扣件、靴套及墊板的支承塊加以組裝,經(jīng)準(zhǔn)確定位后,就地灌注道床混凝土即可成型。LVT 結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是中初期投資較大,且橡膠易老化,運(yùn)營(yíng)一定時(shí)間后必須更換。
4 　浮置板式軌道結(jié)構(gòu)
浮置板的原理是增大振動(dòng)體的振動(dòng)質(zhì)量和彈性,利用其慣性力吸收沖擊荷載,從而起到隔振作用。這種隔振系統(tǒng)在共振頻率下的放大倍數(shù)很低, 所以減振降噪效果非常顯著。浮置板軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用三層水平墊板(鋼軌下橡膠墊板、鐵墊板下橡膠墊板、板下橡膠墊板) 和一層側(cè)向墊板。道岔處經(jīng)驗(yàn)算橫向剛度后也可采用上述措施。
(1) 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用概況
最早采用浮置板式軌道結(jié)構(gòu)的是聯(lián)邦德國(guó)。德國(guó)先開發(fā)的是有道碴的浮置板軌道結(jié)構(gòu)。在多特蒙德的一座輕軌鐵路隧道內(nèi)鋪設(shè)了試驗(yàn)段。此后,在科隆地鐵以及波鴻至穆爾海姆輕軌和迪塞爾多夫的輕軌上鋪設(shè)了無(wú)碴浮置板式軌道。由于其良好的減振降噪性能,這種結(jié)構(gòu)在華盛頓、亞特蘭大、多倫多、布魯塞爾等地均有鋪設(shè)。我國(guó)第一次采用浮置板式軌道結(jié)構(gòu)的城市軌道交通線路是廣州地鐵1 號(hào)線。
(2) 浮置板軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
在所有減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)中,浮置板軌道結(jié)構(gòu)具有最好的減振降噪效果。據(jù)聯(lián)邦德國(guó)有關(guān)部門測(cè)試,有道碴下墊層和浮置板式的軌道結(jié)構(gòu)其阻尼效應(yīng)可減振達(dá)30 dB , 且在垂直荷載20 %～100 % 變化范圍內(nèi)其隔振的效果幾乎保持不變。由于軌道結(jié)構(gòu)四周基本上由絕緣的橡膠支座與混凝土底座隔離,可有效防止軌道迷流的發(fā)生。缺點(diǎn)是體積龐大,需大型機(jī)械施工,施工與維修不便;由于采用橡膠支座,造價(jià)較高。
浮置板式軌道結(jié)構(gòu)包括兩種基本類型: ① 連續(xù)現(xiàn)澆浮置板; ② 軌枕板式預(yù)制浮置板。連續(xù)現(xiàn)澆浮置板是在橡膠隔振墊上鋪一塊金屬模板,然后將混凝土澆入金屬模板,其施工和維修均不便。
板下橡膠支承方式分為整體支承、線性支承、分布式支承三種。浮置板的基本形式如圖8 所示。整體支承在瑞士、法國(guó)、西班牙、意大利、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)地鐵中采用,其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工速度快、支承面積大、道床受力均勻、成本較低,缺點(diǎn)是維修不方便。浮置板的縱向連續(xù)支承主要在德國(guó)地鐵中應(yīng)用,其優(yōu)點(diǎn)是較整體支承節(jié)省材料,軌道結(jié)構(gòu)的固有頻率較低。分布式支承曾在德國(guó)、美國(guó)、加拿大、新加坡等國(guó)的地鐵中采用。這種支承方式如果設(shè)計(jì)合理,軌道結(jié)構(gòu)的固有頻率低,減振效果好, 維修方便;但在國(guó)外應(yīng)用時(shí)曾發(fā)現(xiàn)軌道縱向和橫向抵抗力差,為了限制變形,必須使剪切模量、彈性模量、墊板厚度、墊板大小等匹配。采取凹槽對(duì)橡膠墊板進(jìn)行定位,能有效地提高板的穩(wěn)定性。華盛頓、亞特蘭大、多倫多等地鐵浮置板系統(tǒng)的實(shí)測(cè)隔振效果表明,浮置板系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)固有頻率以上的隔振效果是明顯的。其中亞特蘭大地鐵在16 Hz 以上的減振效果最好。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的固有頻率最低。根據(jù)德國(guó)實(shí)測(cè)資料,其減振效果明顯。

圖8 　浮置板式軌道結(jié)構(gòu)示意圖
浮置板式與彈性支承塊式整體軌道相比,施工和維修都較為困難。但仔細(xì)研究國(guó)外地鐵軌道結(jié)構(gòu)資料后發(fā)現(xiàn),采取改進(jìn)板的結(jié)構(gòu)型式和尺寸,對(duì)現(xiàn)有板下橡膠支承方式進(jìn)行改進(jìn),可使施工和維修簡(jiǎn)化,在維修過(guò)程中完全可能采用簡(jiǎn)單機(jī)具更換橡膠墊板。
(3) 螺旋彈簧浮置板軌道
德國(guó)GERB 公司研制了螺旋彈簧的浮置板軌道,如圖9 所示。采用螺旋彈簧支承的浮置板道床,其固有頻率很低,只有4～8 Hz , 因此該軌道結(jié)構(gòu)的減振效果要比橡膠墊浮置板軌道好。螺旋彈簧幾乎沒有阻尼作用,但浮置板較重(每延米5 t 以上),列車通過(guò)時(shí)引起的浮置板的振動(dòng)加速度較小。因此,浮置板支承阻尼作用對(duì)路基的影響較小。如要利用阻尼減小浮置板的振動(dòng),可安裝與螺旋彈簧并聯(lián)的粘滯阻尼器,則浮置板的減振效果更好。采用螺旋彈簧的浮置板道床具有以下特點(diǎn): ① 浮置板與隧道底板間只需極小的空隙(約10 mm) ; ② 浮置板的鋼筋混凝土可以現(xiàn)場(chǎng)澆注; ③ 借助簡(jiǎn)易工具便可抬起浮置板或調(diào)整浮置板高度; ④ 從浮置板表面可隨時(shí)更換彈簧; ⑤ 從浮置板表面可隨時(shí)檢修或校正線路不平順; ⑥ 通過(guò)調(diào)整高速螺旋彈簧高度,可消除線路沉降引起的不平順; ⑦ 通過(guò)對(duì)彈簧表面特殊處理及彈簧強(qiáng)度儲(chǔ)備,彈簧的使用壽命可很長(zhǎng);
⑧ 沒有橡膠老化問題; ⑨ 浮置板可做得很長(zhǎng)(40 m , 甚至60 m) ,減少聯(lián)接,降低成本。

圖9 　螺旋彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)
(4) 浮置板有碴軌道結(jié)構(gòu)
德國(guó)在研制低振動(dòng)軌道結(jié)構(gòu)時(shí),也開發(fā)研制了浮置板有碴軌道結(jié)構(gòu)(圖10) 。由于采用了道碴, 所以具有一定的降噪效果; 由于采用了浮置板,所以具有較好的吸振性能。此類軌道有30 cm 厚的道碴,所以軌道結(jié)構(gòu)的重量相對(duì)較大。

圖10 　浮置板有碴軌道結(jié)構(gòu)
浮置板軌道結(jié)構(gòu)作為減振降噪軌道結(jié)構(gòu)在國(guó)外已有近40 年的歷史,在設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)和維修等方面已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐證明這種軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪效果十分明顯。上海是一個(gè)人口密集型的大城市,有許多特殊地區(qū)對(duì)振動(dòng)、噪聲的防護(hù)要求非常高,采用浮置板式軌道結(jié)構(gòu)無(wú)疑是一個(gè)極好的選擇。
5 　其它減振降噪方式
(1) Edilon 鋼軌埋置式板式軌道結(jié)構(gòu)[ 4 ]
荷蘭Edilon 公司研制了一種以縱向連續(xù)支承取代傳統(tǒng)的分散點(diǎn)支承、增加了軌底支承系統(tǒng)應(yīng)力水平的埋置式軌道結(jié)構(gòu)。從1976 年開始,荷蘭就鋪設(shè)了埋置式軌道結(jié)構(gòu)( Embedded Rail Structure , 簡(jiǎn)為ERS) ( 圖11) 。實(shí)踐證明,由于這種軌道結(jié)構(gòu)在鋼軌周圍使用了一種稱為Edilon Corkelast 的材料, 取得了較好的隔聲和隔振效果。該類型的軌道結(jié)構(gòu)使用20 年來(lái),養(yǎng)護(hù)維修工作量相當(dāng)少。近幾年, 在荷蘭阿姆斯特丹至比利時(shí)邊境修建了3 km 試驗(yàn)段,效果良好。

圖11 　埋入式軌道結(jié)構(gòu)
(2)D 型可更換式彈性直結(jié)軌道
這種軌道結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于日本的高速鐵路和地鐵系統(tǒng),使用歷史已有20 多年。其特點(diǎn)是:可以不破壞周邊混凝土而方便地進(jìn)行軌枕下膠墊的更換及高低調(diào)整,并且可以根據(jù)用途來(lái)選擇各膠墊的彈性。其軌枕下膠墊作為地層振動(dòng)對(duì)策和噪聲對(duì)策所采用的剛度是不同的,減振箱內(nèi)各側(cè)面的剛度要比枕下膠墊剛度大得多。D 型彈性直結(jié)軌道的振動(dòng)水平可比普通板式軌道低13～16 dB 。根據(jù)振動(dòng)的1/ 3 倍頻程的頻譜分析圖可知: 在500 Hz 以上時(shí)可望有30 dB 左右的減振效果,有利于降低向外傳遞的振動(dòng)和噪聲,緩解對(duì)軌道結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)的損害。
(3) 減振降噪型鋼軌
當(dāng)列車車輪滾過(guò)鋼軌頂面時(shí),由于鋼軌腹板的厚度較薄,軌腰產(chǎn)生振動(dòng),這一振動(dòng)向空氣幅射而產(chǎn)生噪聲。為了最大限度地減小鋼軌腹板振動(dòng)引起的噪聲,在鋼軌腹部粘貼了減振橡膠,如圖12 所示。一般是在鋼軌腹部粘上橡膠后再粘上一鋼板, 以增加振動(dòng)質(zhì)量,起到衰減作用。要求使用高阻尼橡膠增大振動(dòng)衰減作用,達(dá)到降噪目的。這一裝置的關(guān)鍵之一是橡膠與鋼軌、橡膠與鐵板之間要有較好的粘結(jié)性。如果粘結(jié)界面脫開,則減振效果大大下降。
為了降低列車通過(guò)時(shí)軌道結(jié)構(gòu)引起的噪聲,荷蘭在開發(fā)研究板式軌道時(shí), 研制了軌頭形狀與UIC54 相似的SA42 型矮軌,并采用ERS 軌道結(jié)構(gòu)技術(shù),將鋼軌用Edilon Corkelast 材料埋起來(lái),軌下基礎(chǔ)也采用板式軌道。由于這種鋼軌矮胖,車輛通過(guò)時(shí)引起鋼軌腹板的振動(dòng)頻率較低,提高了軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪效果。據(jù)國(guó)外資料表明,這種軌道結(jié)構(gòu)的降噪效果為5 dB(圖13) 。

圖12 　減振降噪型鋼軌
6 　建議
城市軌道交通的建設(shè)是百年大計(jì),對(duì)軌道交通工程每一部分的選擇都應(yīng)慎之又慎。一方面要節(jié)約投資,另一方面要考慮環(huán)境等因素又不得不增加投資。不能只考慮節(jié)約投資而忽略環(huán)境、運(yùn)行等問題。一旦軌道交通建成,要對(duì)其整改,所花的費(fèi)用可能是一次性投資的幾倍。據(jù)此,這里提出一些對(duì)降噪型軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議:根據(jù)國(guó)家的振動(dòng)噪聲標(biāo)準(zhǔn),核準(zhǔn)各類標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū),如將全線分為2 種標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū),有特殊減振要求的區(qū)域,如心臟病醫(yī)院、文教類區(qū)設(shè)為0 類地區(qū); 其它地段為一般減振要求,設(shè)為1 類地區(qū)。然后根據(jù)其減振降噪要求,選用不同的降噪型軌道結(jié)構(gòu):

圖13 　ERC 型軌道采用的減振降噪型鋼軌
(1)0 類地區(qū),采用D 型可更換式彈性軌枕直接聯(lián)結(jié)軌道或浮置板軌道;
(2)1 類地區(qū),采用彈性支承塊式整體道床軌道;
(3) 對(duì)于其它地區(qū), 雖然對(duì)減振、降噪要求較低,但考慮到車輛運(yùn)行的動(dòng)力平穩(wěn)性、減小輪軌之間的沖擊荷載、延長(zhǎng)軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命等要求, 建議采用彈性扣件。
就我國(guó)目前的應(yīng)用情況,減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)真正應(yīng)用于具體的高架橋上,還需進(jìn)行以下幾方面的工作: ① 根據(jù)軌道交通的運(yùn)營(yíng)條件,建立動(dòng)態(tài)軌道力學(xué)模型進(jìn)行理論計(jì)算分析,確定各連接的最佳彈簧剛度、阻尼的匹配; 根據(jù)輪軌相互作用力和枕上壓力,分析結(jié)構(gòu)減振降噪的特性。② 對(duì)減振部件的性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以獲得最佳減振降噪效果, 延長(zhǎng)使用壽命,降低成本。③ 對(duì)混凝土基礎(chǔ)道床形式尺寸、配筋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、使用壽命、少維修和可維修性,并達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性。④ 進(jìn)行實(shí)尺軌道模型試驗(yàn),研究軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、噪聲和力學(xué)傳遞等性能。⑤ 進(jìn)行混凝土基礎(chǔ)道床與橋面連接的設(shè)計(jì)研究,以適應(yīng)荷載、橋梁的變形及無(wú)縫線路的要求。⑥ 確定扣件系統(tǒng)的調(diào)高量,以適應(yīng)施工、運(yùn)營(yíng)及橋梁徐變上拱的調(diào)整,確定扣件

參　考　文　獻(xiàn)
1 　日本國(guó)際協(xié)力事業(yè)團(tuán)短期專家組. 高速鐵路的減振降噪技術(shù)講議. 北京,1999. 1～11

2 　Dittrich M G , Janssens M H A. Measurement procedures for determining railway noise emission as input to calculation schemes. TNO ,
TPD , The Netherlands , Sep . 2000

3 　焦金紅,張?zhí)K,耿傳智等. 軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪措施. 城市軌道交通研究,2002 , (1) :61

4 　Coenraad Esveld. INNOVATIONS IN RAILWAY TRACK, TU Delft. P. O. Box 5048 , NL -2600 GA Delft The Netherlands , Email : esveld @ct . tudelft. nl