浮置板對(duì)地鐵列車(chē)的振動(dòng)和噪聲影響研究

安容民

(中國(guó)鐵建十一局集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430071)

1 概述

上海市地鐵2號(hào)線(xiàn)是一條東西向的市域主要骨干線(xiàn)路，規(guī)劃線(xiàn)路由青浦至蘆潮港，線(xiàn)路總長(zhǎng)度約116 km。西延伸段工程是在已建2號(hào)線(xiàn)一期工程張江高科站—中山公園站的基礎(chǔ)上向西延伸，因線(xiàn)路穿越大片民居[1］，項(xiàng)目公司、中鐵建和設(shè)計(jì)單位反復(fù)討論研究確定了鋼彈簧浮置板軌道的鋪設(shè)范圍，即SK8+490～SK8+550，SK8+930 ～ SK8+990，XK8+470 ～ XK8+530，XK8+920 ～XK9+980，SK11+155～SK11+215，XK11+140～XK11+200單線(xiàn)各60 m共計(jì)360 m鋼彈簧浮置板對(duì)軌道進(jìn)行特殊減振處理。

德國(guó)隔而固集團(tuán)所首創(chuàng)的浮置板軌道技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外許多城市已廣泛使用，且在振動(dòng)隔離、降低噪聲方面取得很大成功，已經(jīng)被證實(shí)是世界上減振降噪效果最好的技術(shù)[2］。目前幾十個(gè)國(guó)家的有軌道床采取了該方法，隔振效果都十分理想。

在2號(hào)線(xiàn)西延伸建成通車(chē)后，通過(guò)對(duì)地鐵列車(chē)經(jīng)過(guò)鋼彈簧浮置板地段的車(chē)輛振動(dòng)加速度和車(chē)內(nèi)噪聲實(shí)測(cè)，打破了“鋼彈簧浮置板地段車(chē)輛振動(dòng)和車(chē)內(nèi)噪聲劇增”的不實(shí)傳言。

最后對(duì)鋼彈簧浮置板的施工工藝提出了一定建議和展望。

2 基本原理

鋼彈簧浮置板軌道隔振的基本原理是在軌道道床和基礎(chǔ)間插入一個(gè)固有頻率很低的鋼彈簧阻尼隔振器，將輪軌的振動(dòng)與基礎(chǔ)隔離。

與橡膠浮置板道床相比，因橡膠浮置板支座采用橡膠材料，通過(guò)橡膠支座的彈性變形取得減振效果，橡膠浮置板道床較一般扣件整體道床振動(dòng)降低10 dB～15 dB，一般能滿(mǎn)足高等減振要求。鋼彈簧浮置板的減振效果可達(dá)15 dB～25 dB，且不存在橡膠浮置板的橡膠材料易老化，更換及維修困難等問(wèn)題。

3 浮置板地段車(chē)體振動(dòng)實(shí)測(cè)研究

3．1 機(jī)車(chē)車(chē)輛的動(dòng)力響應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

在對(duì)車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)價(jià)中，有兩項(xiàng)指標(biāo):車(chē)輛振動(dòng)加速度和平穩(wěn)性指標(biāo)。為保證行車(chē)平穩(wěn)性，世界各國(guó)都有相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，我國(guó)鐵路也有鐵道部標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)(TB/T 2360-93，GB 5599-85)，但沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的地鐵車(chē)輛運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)，所以本文也采用鐵道部標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)。

3．2 測(cè)量地點(diǎn)和方法

2號(hào)線(xiàn)中山公園站—婁山關(guān)路站之間鋪有3段浮置板軌道結(jié)構(gòu)，每段長(zhǎng)度為60 m，如圖1所示。

根據(jù)車(chē)輛振動(dòng)的頻率，取采樣頻率為300 Hz，并統(tǒng)計(jì)每一段的橫向和垂向振動(dòng)速度的最大值及最小值(見(jiàn)圖2)。

3．3 2號(hào)線(xiàn)車(chē)輛振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析

本文主要研究了中山公園站—婁山關(guān)路站段浮置板軌道結(jié)構(gòu)的車(chē)輛振動(dòng)，同其相鄰的非浮置板地段作比較。

從車(chē)輛振動(dòng)加速度的時(shí)域圖可知，浮置板地段對(duì)車(chē)輛的振動(dòng)加速度沒(méi)有明顯影響，而車(chē)輛運(yùn)行速度高低對(duì)車(chē)輛振動(dòng)有明顯影響。

3．3．1 測(cè)試結(jié)果最大、最小值統(tǒng)計(jì)

將各趟列車(chē)測(cè)得的車(chē)輛振動(dòng)加速度的最大值和最小值列表，見(jiàn)表1。

張家界地處湖南西部，處于武陵山腹地，擁有豐富的歷史文化資源與人文資源，在利用這些資源時(shí)要突出張家界特有的，獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)特征，并要保持其優(yōu)勢(shì)的持久性與穩(wěn)定性。張家界旅游演藝應(yīng)立足當(dāng)下，在已有題材的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)擴(kuò)充舞臺(tái)效果、進(jìn)行劇本創(chuàng)新，同時(shí)挖掘更深層次的文化內(nèi)涵，利用自己獨(dú)特的民族文化資源來(lái)發(fā)展旅游演藝品牌。

表1 車(chē)輛橫向、垂向振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果 g

測(cè)試結(jié)果表明，在浮置板地段(婁山關(guān)路—中山公園)的車(chē)輛振動(dòng)加速度沒(méi)有明顯變化。

3．3．2 Sperling平穩(wěn)性指標(biāo)分析

列車(chē)通過(guò)2號(hào)線(xiàn)各段線(xiàn)路的車(chē)輛平穩(wěn)性指標(biāo)如表2所示。

表2 2號(hào)線(xiàn)車(chē)輛Sperling平穩(wěn)性指標(biāo)

從表2可知，2號(hào)線(xiàn)和客車(chē)的平穩(wěn)性已經(jīng)達(dá)到了1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(優(yōu))，含浮置板地段(婁山關(guān)路—中山公園)的平穩(wěn)性與非浮置板地段的平穩(wěn)性沒(méi)有明顯差異。垂向平穩(wěn)性指標(biāo)比橫向平穩(wěn)性指標(biāo)的稍好。

3．4 結(jié)果分析

從2號(hào)線(xiàn)車(chē)輛振動(dòng)的測(cè)試結(jié)構(gòu)及對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域分析可得出:1)時(shí)域信號(hào)表明，浮置板地段的車(chē)輛振動(dòng)較為均勻，而非浮置板地段的振動(dòng)則變化較大，且浮置板地段的車(chē)輛最大振動(dòng)加速度較普通地段要小一些。2)從2號(hào)線(xiàn)的時(shí)域和頻域的綜合分析表明，浮置板對(duì)車(chē)輛振動(dòng)的影響也并不明顯。

4 浮置板地段車(chē)內(nèi)噪聲實(shí)測(cè)研究

4．1 測(cè)試線(xiàn)路

測(cè)試線(xiàn)路選取上海軌道交通2號(hào)線(xiàn)中山公園—婁山關(guān)路站，測(cè)試了2號(hào)線(xiàn)中山公園—婁山關(guān)路區(qū)間雙向運(yùn)行車(chē)內(nèi)噪聲級(jí)隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。

4．2 測(cè)點(diǎn)布置

4．3 數(shù)據(jù)表達(dá)

考慮到軌道浮置板軌道結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲和振動(dòng)的影響主要反映在低頻段，因此分析數(shù)據(jù)均采用未經(jīng)A計(jì)權(quán)的線(xiàn)性聲壓級(jí)表達(dá)。在本報(bào)告中，如未特別說(shuō)明，聲壓級(jí)的dB值為dB(L)。

圖3為車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖，圖中在25 s～30 s運(yùn)行段區(qū)間噪聲級(jí)處于較高范圍，最大值出現(xiàn)在距離中山公園站臺(tái)25．2 s處，此時(shí)的聲壓級(jí)達(dá)到105 dB。列車(chē)到站廣播的時(shí)間點(diǎn)在距離中山公園站臺(tái)37 s處。說(shuō)明了車(chē)內(nèi)噪聲的總聲級(jí)主要由低頻噪聲決定，低頻噪聲是車(chē)內(nèi)噪聲的主要噪聲特征，而這些噪聲最大值出現(xiàn)的地段并非鋼彈簧浮置板地段，說(shuō)明鋼彈簧浮置板對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的影響并沒(méi)有想象或傳言的那么大。

影響列車(chē)車(chē)廂內(nèi)噪聲強(qiáng)度的因素較多，其中列車(chē)速度、軌面狀態(tài)、車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能、線(xiàn)路條件等是主要因素。中山公園站—婁山關(guān)路站之間共有3段浮置板結(jié)構(gòu)軌道區(qū)段，每段長(zhǎng)60 m。由于長(zhǎng)度較短，列車(chē)通過(guò)時(shí)，雖然浮置板軌道結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲有所影響，但在隧道內(nèi)，列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)等其他因素對(duì)噪聲的影響更為明顯。因此，從測(cè)得的車(chē)內(nèi)噪聲隨時(shí)間變化曲線(xiàn)上沒(méi)有出現(xiàn)3段相對(duì)于相鄰段噪聲突然增加的情況。每次測(cè)試數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了一段噪聲明顯高于相鄰段噪聲的情形，表現(xiàn)為在線(xiàn)路中間有一較大的噪聲峰值，最大達(dá)107 dB。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員反映，在此區(qū)間有一旁通道，而列車(chē)經(jīng)過(guò)旁通道時(shí)，由于氣流和聲輻射條件的變化，改變了車(chē)輛運(yùn)行的平穩(wěn)狀態(tài)，從而造成對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的明顯增加。列車(chē)進(jìn)站減速，則噪聲明顯降低。

從以上測(cè)試數(shù)據(jù)以及分析中可以看出，列車(chē)通過(guò)浮置軌道結(jié)構(gòu)地段時(shí)所引起的噪聲變化不明顯，并且要遠(yuǎn)小于列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行平穩(wěn)性、軌道和線(xiàn)路條件等其他因素的影響。

5 鋼彈簧浮置板施工工藝

5．1 上海地鐵2號(hào)線(xiàn)西延伸施工工藝存在的問(wèn)題

上海地鐵2號(hào)線(xiàn)西延伸浮置板的施工全部都是直接在軌道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，所有的材料都需先運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的安裝和綁扎。所有的工作都集中在軌道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)工作面，而盾構(gòu)隧道的狹小空間使得工作面非常緊張。同時(shí)，浮置板系統(tǒng)的多道工序也需要一道接一道地進(jìn)行，進(jìn)一步加劇了工作面的緊張狀況。另外，由于傳統(tǒng)浮置板對(duì)有效空間的充分利用，使得在整體道床中應(yīng)用的施工龍門(mén)吊車(chē)無(wú)法安裝使用，只能使用原始的人工運(yùn)輸方法，這直接導(dǎo)致整個(gè)施工運(yùn)輸效率的下降，其鋼彈簧浮置板施工速度僅為5 m/工天～7 m/工天。

5．2 新施工工藝展望

解決上述問(wèn)題，就需要將有些施工工序獨(dú)立化、分離化并進(jìn)行有效的集成，以解決工作面緊張和運(yùn)輸機(jī)械化的問(wèn)題。經(jīng)優(yōu)化后的方案采用先在鋪軌基地綁扎鋼筋籠，做成鋼筋籠軌排再運(yùn)到軌道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)拼裝，然后整體澆筑混凝土(見(jiàn)圖4)。

上述施工工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)將傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋改為基地綁扎鋼筋，其施工流程可與現(xiàn)場(chǎng)鋪軌同時(shí)進(jìn)行，節(jié)省了在現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋的時(shí)間，同時(shí)突破了在隧道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋受工作面狹小的限制，為后續(xù)施工贏(yíng)得了時(shí)間，經(jīng)后來(lái)上海地鐵7號(hào)線(xiàn)、11號(hào)線(xiàn)等工程實(shí)踐，該新工藝可以提高施工速度10倍左右，即達(dá)到鋼彈簧浮置板施工速度50 m/工天～70 m/工天。

6 結(jié)論與展望

本文介紹了在上海市地鐵2號(hào)線(xiàn)西延伸段工程項(xiàng)目中實(shí)施的鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)，闡述了其基本結(jié)構(gòu)原理，重點(diǎn)針對(duì)一般的減振測(cè)試主要考核列車(chē)通過(guò)時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，但對(duì)車(chē)輛振動(dòng)的影響尚無(wú)測(cè)試資料可作佐證，對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)研究，通過(guò)對(duì)浮置板地段車(chē)輛振動(dòng)加速度及車(chē)內(nèi)噪聲的實(shí)測(cè)，得出了鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)對(duì)車(chē)體振動(dòng)加速度及車(chē)內(nèi)噪聲并無(wú)明顯影響的結(jié)論，希望能為減振措施設(shè)計(jì)以及車(chē)輛舒適性的研究提供一定的指導(dǎo)意見(jiàn)。

[1] 何永春，王冠慶．軌道結(jié)構(gòu)新技術(shù)在上海軌道交通2號(hào)線(xiàn)西延伸段工程中的應(yīng)用[J］．地下工程與隧道，2007(3):21-22．

[2] G．P．Wilson，H．J．Saurenman，J．T．Nelson．Control of groundborne noise and vibraion[J］．Journal of sound and vibration，1983(2):96-98．

[3] 同濟(jì)大學(xué)《浮置板軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪效果》測(cè)試報(bào)告[R］．