城市軌道交通減震降噪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

城市軌道交通減震降噪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來摘要：對城市軌道交通振動與噪聲控制設(shè)計的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了梳理，介紹并分析了目前主要的軌道減振措施的特點與優(yōu)缺點，對目前減振效果最好的浮置板道床進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性對比分析。關(guān)鍵詞：軌道交通；軌道結(jié)構(gòu)；減振；截至2012年12月，北京、天津、上海、廣州、深圳、長春、大連、沈陽、重慶、成都、南京、武漢、杭州、蘇州、西安和昆明16個城市的70條軌道交通線路投入運營，運營里程2081.13km，車站1378座；北京、上海、廣州、深圳和南京等城市逐步進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運營。隨著一些大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的逐漸形成，越來越多的城市軌道交通線路不可避免地近距離下穿城市功能建筑物，城市軌道交通運營產(chǎn)生的振動污染引起公眾和有關(guān)部門的關(guān)注。國外從20世紀(jì)60年代開始重視城市軌道交通減振降噪問題。1966年，英國的阿爾貝民事法院6層建筑物即采用疊層橡膠減振技術(shù)，解決城市軌道交通對建筑物的影響；80—90年代德國、英國進(jìn)行了無砟軌道減振降噪的大量試驗研究。我國軌道減振研究起步較晚，早期修建北京和天津地鐵時未考慮環(huán)境振動問題，投入運營后減振改造工程干擾運營，浪費人力和物力。為避免環(huán)境振動超標(biāo)，上海地鐵1號線于1994年首次采用軌道減振設(shè)施——軌道減振器扣件。隨著我國各地城市軌道交通建設(shè)陸續(xù)開展，各種類型的軌道減振產(chǎn)品在城市軌道交通建設(shè)工程中相繼得到應(yīng)用。隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，在人口密集、科研院所、醫(yī)院、學(xué)校等城市公共區(qū)域，車輛噪音越來越多的引起人們的關(guān)注。城市軌道車輛噪音根據(jù)生源的不同大致分為以下幾種：輪軌噪聲：由輪軌相互作用引起的噪音；設(shè)備噪聲：由空調(diào)、電機(jī)等車輛設(shè)備工作產(chǎn)生的噪音；空氣動力噪聲：車體與空氣摩擦而產(chǎn)生的噪聲；集電系統(tǒng)噪聲：由受電弓和電線相互摩擦引起的噪音；構(gòu)造物二次噪聲：列車振動引起橋梁、隧道或周圍建筑物的二次振動而產(chǎn)生的噪聲。我國城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)城市軌道交通環(huán)境振動防治作為環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)的一部分，在城市軌道交通環(huán)境建設(shè)，以及經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展方面具有重要而獨特的意義。為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》，控制環(huán)境振動污染，我國制定了相應(yīng)的環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行《地鐵設(shè)計規(guī)范》［2］規(guī)定，地鐵振動污染防治設(shè)計應(yīng)符合國家現(xiàn)行《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》，環(huán)境評價預(yù)測超標(biāo)地段應(yīng)采取減振措施，以滿足國家環(huán)境保護(hù)及相關(guān)規(guī)范要求。近年來，我國許多城市進(jìn)行了大規(guī)模的城市軌道交通和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，出現(xiàn)了一些新的城市軌道交通振動源和振動問題，而人們對城市環(huán)境要求更為嚴(yán)格，尤其是在夜間，對于地鐵運行產(chǎn)生的振動響應(yīng)更為敏感。研究發(fā)現(xiàn)，即使振動水平處于65dB“特殊住宅區(qū)”振動限值之下，人們?nèi)阅芨械秸駝硬a(chǎn)生厭惡感；當(dāng)振動水平處于62dB以下時，大部分居民感覺不到振動?，F(xiàn)行《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》中的一些計權(quán)方式和測量方法嚴(yán)重滯后于相關(guān)學(xué)科研究發(fā)展。為此，國家環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司組織修訂《環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）。修訂后其緊密結(jié)合國際現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了以人為本的社會發(fā)展要求。我國城市軌道交通軌道減振現(xiàn)狀特征目前，我國城市軌道交通軌道減振領(lǐng)域現(xiàn)狀特征是需求總量大、產(chǎn)品種類多、占全線比例高、減振要求復(fù)雜。2.1產(chǎn)品種類多軌道減振技術(shù)的通常做法是在組成軌道的各個剛性部件之間插入彈性層，按插入位置的不同可分為扣件減振、軌枕減振和道床減振。彈性層所處的位置越靠下，懸浮的質(zhì)量就越大，越能獲得較好的減振效果。根據(jù)減振效果的不同，《地鐵設(shè)計規(guī)范》（征求意見稿）［5］將減振措施分為一般減振措施、中等減振措施、高等減振措施和特殊減振措施4個等級。（1）一般減振措施。2012年4月正式實施的北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《地鐵噪聲與振動控制規(guī)范》[6]對Z振級插入損失作出定義：在其他條件相同的情況下，使用減振措施與使用普通扣件（DT-皿2）線路，隧道壁Z振級之間的差值記為△VLZmax；單位為分貝，dB。這里提到的普通扣件即一般減振措施，其主要作用是固定鋼軌，以及在列車運行時為軌道提供必要的緩沖，包括廣泛應(yīng)用于北京城市軌道交通的DT-W2型和DT-訓(xùn)2型扣件、在上海地鐵與北京地鐵普遍使用的WJ-2型扣件及廣州地鐵普遍使用的單趾彈簧扣件。（2）中等減振措施。中等減振措施的減振能力（即使用減振措施與普通扣件線路隧道壁Z振級插入損失）為5?10dB，常用的中等減振措施主要有雙剛度剪切型軌道減振器扣件（III型、IV型軌道減振器扣件）、壓縮型軌道減振器扣件（ALT.1扣件、Lord扣件）、Vanguard扣件、彈性短軌枕和彈性長枕式等。（3）高等減振措施。高等減振措施的減振能力為10?15dB,主要減振原理是在軌枕下或道床下鋪設(shè)彈性墊層，形成質(zhì)量彈簧體系，通過增加參振質(zhì)量，降低軌道結(jié)構(gòu)的自振頻率，從而得到較好的減振效果。高等減振措施有梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)和縱向軌枕軌道結(jié)構(gòu)，以及橡膠浮置板道床和固體阻尼鋼彈簧浮置板道床等。梯形軌枕由PC制成的縱梁和鋼管制成的橫向聯(lián)結(jié)桿構(gòu)成，軌枕下放置彈性墊層起緩沖減振作用，目前廣泛應(yīng)用于我國地鐵；縱向軌枕利用橫向混凝土縱梁代替梯形軌枕的混凝土鋼管結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外常用的橡膠浮置板道床有整體支撐、線性支撐與點支撐等支撐形式。橡膠浮置板道床減振材料除了傳統(tǒng)的橡膠材料外，還包括阻尼橡膠材料及聚氨酯微孔彈性材料，其減振性能和工作年限與材料性質(zhì)密切相關(guān)。圖1梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)圖2縱向軌枕軌道結(jié)構(gòu)（4）特殊減振措施。液體阻尼鋼彈簧浮置板道床（見圖3）是城市軌道交通行業(yè)內(nèi)公認(rèn)減振性能最好的軌道形式，是現(xiàn)行唯一的特殊減振措施。液體阻尼鋼彈簧浮置板道床利用液體阻尼鋼彈簧隔振器支撐鋼筋混凝土道床板，形成一個高質(zhì)量、低剛度的“質(zhì)量-彈簧”系統(tǒng)，其固有頻率為5?7Hz,減振能力在15dB以上。液體阻尼鋼彈簧浮置板道床成本和工程造價很高，不具備大面積鋪設(shè)條件，目前大多應(yīng)用于線路近距離下穿建筑物，以及對減振要求較高的古建筑、研究機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、博物館和音樂廳等場所。圖3液體阻尼鋼彈簧浮置板道床占全線比例高近年來，新建城市軌道交通線路各等級減振措施區(qū)段占總線路比例逐步升高，這與人們對控制地鐵振動產(chǎn)生的環(huán)境影響需求密不可分。要求復(fù)雜現(xiàn)代城市是人們學(xué)習(xí)、生活、工作、休閑、療養(yǎng)的綜合功能區(qū)，密集的軌道交通線網(wǎng)不可避免地對城市功能建筑產(chǎn)生環(huán)境振動影響。因此，要將敏感目標(biāo)Z振級控制在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)，并對低頻段振動控制提出嚴(yán)苛的復(fù)雜要求?！董h(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）頒布實施后，軌道減振應(yīng)用范圍將調(diào)整，原采用中等或高等減振措施的地段，將采用高等或特殊減振措施，以滿足綜合功能區(qū)振動限值，高等級減振措施所占全線比例將會繼續(xù)增加。現(xiàn)階段我國城市軌道交通軌道減振存在的問題軌道減振產(chǎn)品設(shè)計缺乏技術(shù)儲備目前，我國城市軌道交通軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計總體沿用鐵路軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。而城市軌道交通減振型軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計僅注重產(chǎn)品自身的技術(shù)性能，缺乏對整個減振型軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性能的認(rèn)識，特別是在穩(wěn)定性和耐久性方面，不能滿足鐵路軌道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，造成投入運營后因軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、耐久性低、剛度不連續(xù)等問題引起軌道病害頻發(fā)。軌道減振設(shè)計單位缺乏必要的技術(shù)儲備，對軌道減振原理認(rèn)識不夠全面和深刻。部分設(shè)計人員陷入了軌道剛度越低減振性能越好的誤區(qū)，未認(rèn)識到質(zhì)量、剛度、阻尼等指標(biāo)的合理匹配，使大量低剛度減振扣件使用后導(dǎo)致鋼軌非正常波磨嚴(yán)重。軌道減振設(shè)計單位在引進(jìn)、消化吸收國外軌道減振產(chǎn)品時，過分依賴研究單位的技術(shù)和生產(chǎn)廠商的制造經(jīng)驗，缺少對我國城市軌道交通運營特點和施工質(zhì)量等國情的考慮，并未將產(chǎn)品制造、施工與維護(hù)納入設(shè)計階段進(jìn)行全過程分析，致使先鋒扣件、減振器扣件、彈性短軌枕等許多國外成熟的軌道減振產(chǎn)品在我國應(yīng)用中出現(xiàn)各種問題。缺乏統(tǒng)一的軌道減振產(chǎn)品評價體系和認(rèn)證機(jī)構(gòu)城市軌道交通軌道工程的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范是軌道設(shè)計、施工、驗收和維修養(yǎng)護(hù)的重要依據(jù)。我國在制定軌道減振產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)工作上尚未建立統(tǒng)一、完善的檢測與評價方法,權(quán)威性和前瞻性的城市軌道交通減振產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系尚未形成。相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品認(rèn)證體系及機(jī)構(gòu)缺失，且無嚴(yán)格的市場準(zhǔn)入制度，導(dǎo)致新型減振產(chǎn)品往往沒有經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量檢驗和性能評定即投入使用。由于缺乏對運營線路采取減振措施后的評估方法和標(biāo)準(zhǔn)，軌道減振工程是按普通整體道床軌道工程竣工進(jìn)行驗收，沒有考核減振設(shè)計的關(guān)鍵指標(biāo)，無法通過標(biāo)準(zhǔn)化工作驗證軌道工程是否滿足減振設(shè)計要求。環(huán)境評價工作局限性我國于2003年頒布實施《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》，提出軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)項目需要開展環(huán)境影響評價工作。環(huán)境評價報告結(jié)論是軌道減振設(shè)計和選型依據(jù)，目的是確保列車運行引起的環(huán)境振動不會引起沿線居民的投訴，滿足國家環(huán)境保護(hù)部對軌道交通項目環(huán)境保護(hù)批復(fù)要求。我國《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則——城市軌道交通》采用經(jīng)驗鏈?zhǔn)焦阶鳛榄h(huán)境振動預(yù)測計算方法，由于全國各地地質(zhì)差異及沿線建筑物結(jié)構(gòu)動力特性千差萬別，經(jīng)驗鏈?zhǔn)焦降贸龅沫h(huán)境評價預(yù)測值與實際環(huán)境振動值偏差較大；線路及沿線敏感目標(biāo)環(huán)境振動要求發(fā)生變化時，補(bǔ)充環(huán)境評價工作不到位，造成軌道減振設(shè)計選型與實際環(huán)境振動要求脫節(jié)，線路運營后振動超標(biāo)問題嚴(yán)重。城市軌道交通軌道減振發(fā)展趨勢4.1加強(qiáng)軌道工程整體安全性利用軌道系統(tǒng)解決環(huán)境振動問題的同時，不應(yīng)忽視軌道穩(wěn)定性及耐久性。在經(jīng)濟(jì)允許情況下，建議優(yōu)先選用安全等級與減振效果好的道床減振形式。為了提高線路平順性，線路中相同的軌道減振等級宜采取相同的減振形式，全線減振軌道形式不宜超過3種。減振地段應(yīng)建立長效檢測機(jī)制，跟蹤產(chǎn)品減振效果，掌握軌道減振產(chǎn)品使用年限和維護(hù)周期等，確保軌道減振效果與行車安全。4.2建立軌道減振產(chǎn)品評價體系和認(rèn)證機(jī)構(gòu)研究制定我國城市軌道交通技術(shù)政策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，盡快改變目前城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)化工作滯后現(xiàn)狀。開展軌道減振產(chǎn)品減振性能認(rèn)定研究工作，統(tǒng)一產(chǎn)品減振性能測試方法及減振性能評價指標(biāo)，劃分軌道減振產(chǎn)品減振等級，確定減振產(chǎn)品適用范圍，以適應(yīng)環(huán)境評價工作及對振動頻譜有特殊要求的振動敏感目標(biāo)需要。建立行業(yè)認(rèn)可的城市軌道交通軌道產(chǎn)品認(rèn)證檢驗機(jī)構(gòu)和城市軌道交通減振產(chǎn)品的市場準(zhǔn)入制度，督促生產(chǎn)廠商加大研發(fā)投入，優(yōu)化軌道減振產(chǎn)品性能，重視自主創(chuàng)新，促進(jìn)我國自主知識產(chǎn)權(quán)的軌道減振產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，降低軌道工程建設(shè)成本。研究切合實際的環(huán)境振動預(yù)測方法精確預(yù)測地鐵引起的環(huán)境振動方法應(yīng)從理解振動傳播方式出發(fā)，全面考慮振源特性（車輛、軌道類型、隧道結(jié)構(gòu)）、地層特性（巖土類型、線路埋深、水平距離）、建筑物動力特性（整體固有頻率、各層樓板結(jié)構(gòu)的局部振動特性）對振動產(chǎn)生和傳播影響，可以通過現(xiàn)場原位測試得到振源與敏感建筑物內(nèi)振動響應(yīng)傳遞函數(shù)，結(jié)合實測的地鐵運營振源數(shù)據(jù)，預(yù)測地鐵運營引起的敏感建筑物振動響應(yīng)5.城市軌道減震降噪的新技術(shù)5.1車輪降噪技術(shù)5.1.1彈性車輪彈性車輪能明顯降低輪軌噪聲，主要是通過橡膠能吸收高頻振動、降低沖擊，并使輪軌問的摩擦得到改善。同時，彈性車輪降低簧下質(zhì)量，致使輪軌沖擊動作用降低，也是彈性車輪運行噪音降低的重要原因。另外，采用剛性車輪時，由于輪箍在軌道上滾動而出現(xiàn)的噪聲會通過輪心的膜片作用而大大強(qiáng)化，并以體噪聲的形式傳至車體，而采用彈性車輪時，該噪聲可以被橡膠層隔絕，彈性車輪結(jié)構(gòu)參見圖4所示。圖4彈性車輪結(jié)構(gòu)圖采用彈性車輪后，踏面垂向激勵下彈性車輪的噪聲比剛性車輪可降低4.4dB。經(jīng)對比分析，剛性車輪輻射的噪聲總功率中主要成分是由幅板輻射的，而彈性車輪采用橡膠彈性元件將輪箍和輪心隔開，輪箍的振動經(jīng)過彈性元件的衰減作用后傳至輪心，高頻成分得到了消除或削弱，因此可以大大減少由幅板輻射的噪聲。雖然彈性車輪比整體車輪能降低10dB(A)?20dB(A),但一般只適合軸重較低(10t左右)的輕軌車輛，對于地鐵車輛效果并不明顯，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，在地鐵車輛中通常不建議采用。5.1.2降噪阻尼器目前，國內(nèi)地鐵車輛通常在車輪上采用層疊式寬頻降噪消音器。如圖5，此種消音器為一種三明治結(jié)構(gòu)，三層鋼板和兩層高阻尼特種橡膠，然后用不銹鋼空心鉚釘鉚接。它利用彈粘性橡膠作為彈性元件，它的彈性力為非線性，因此能起到吸收多個頻峰振動的作用。層疊式降噪阻尼器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，通常安裝在采用踏面制動裝置的轉(zhuǎn)向架車輪上。圖5消音器結(jié)構(gòu)圖圖6消音器安裝圖經(jīng)實測試證明，S形幅板車輪安裝消音器后降噪量可以達(dá)到15.30dB，降噪效果明顯。5.1.3降噪阻尼環(huán)針對安裝輪盤制動城軌車輛車輪結(jié)構(gòu)特點，通常在車輪上可安裝降噪阻尼環(huán)。通過相關(guān)模態(tài)分析，車輪沿徑向變形有越來越大的趨勢，因此，在滿足車輪強(qiáng)度要求時，阻尼環(huán)安裝在車輪變形較大的位置降噪效果會更好。降噪阻尼環(huán)如圖7，為鋼制開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其尺寸和機(jī)械性能參數(shù)與車輪模態(tài)相匹配，通過壓縮安裝在車輪輪輞內(nèi)側(cè)槽內(nèi)，圓環(huán)通過本身彈性緊貼輪輞，并采用特殊設(shè)計的高阻尼彈性連接件封閉其接口，確保阻尼環(huán)在長周期使用下的良好降噪性能，同時確保應(yīng)用時的安全可靠性，安裝效果圖見圖8。降噪阻尼環(huán)使用過程中不需要更換零件，免維護(hù)。車輪降噪阻尼環(huán)在車輪發(fā)生振動時，通過阻尼環(huán)與車輪輪輞之間摩擦產(chǎn)生界面阻尼耗能，能起到抑制車輪徑向和橫向模態(tài)振動的作用，減少車輪向外輻射噪聲，從而獲得良好的降噪效果。圖7降噪阻尼環(huán)安裝圖圖8降噪阻尼盤安裝機(jī)5.1降噪阻尼盤車輪降噪阻尼盤的降噪機(jī)理是基于粘彈阻尼材料降噪技術(shù)，采用約束阻尼層結(jié)構(gòu)，利用高耗能阻尼材料來減振降噪。降噪阻尼環(huán)安裝方式參見圖9，降噪阻尼盤由鋼質(zhì)約束層和阻尼材料層組成，各層通過高性能壓敏膠與車輪幅板粘接在一起。由于車輪輪緣最外位置是車輪行駛時振動最大的位置，因此，降噪阻尼盤的設(shè)計盡量靠近邊緣，如果阻尼盤有翻邊部分來約束振動，則具有更好的降噪效果。車輪降噪阻尼盤為鋼板整體沖壓成型，復(fù)合阻尼材料粘接在車輪上，復(fù)雜形狀成型較難，因此，降噪盤更適于直幅板車輪。直幅板車輪安裝阻尼盤后降噪量可達(dá)13.95dB，降噪效果明顯，安裝降噪盤在整個頻率范圍內(nèi)都有比較明顯的降噪作用，尤其在800Hz-5000Hz中高頻之間降噪效果最好，在3150Hz時可達(dá)20dB。5.2迷宮式約束阻尼器阻尼車輪由鋼質(zhì)車輪本體、聯(lián)結(jié)板、阻尼層和約束板組成。聯(lián)結(jié)板的表面為曲面，和車輪的內(nèi)表面相配合，通過高強(qiáng)度粘結(jié)膠和車輪內(nèi)表面粘貼在一起，其上部結(jié)構(gòu)為凸凹結(jié)構(gòu)。約束板的外表面為平面，內(nèi)表面也為凸凹結(jié)構(gòu)，扣在聯(lián)結(jié)板之上與聯(lián)結(jié)板一起構(gòu)成迷宮式結(jié)構(gòu)空腔，空腔內(nèi)填充阻尼材料，即組成迷宮式約束阻尼車輪。車輪、聯(lián)結(jié)板和約束板的模型和相互關(guān)系圖5所示。通過加貼約束阻尼板增加其阻尼，降噪效果很好。通過滾振試驗顯示，車輪加貼迷宮式約束阻尼板后噪音降低7dB。5.3軌道降噪措施通過對鋼軌增加阻尼、抑制鋼軌振動，采用約束阻尼在寬頻域內(nèi)增加鋼軌阻尼，減小鋼軌的振動加速度及表面聲輻射，降低輪軌噪音。迷宮式約束阻尼結(jié)構(gòu)由聯(lián)結(jié)板和約束板及兩者之間的阻尼層組成，聯(lián)結(jié)板與約束板上設(shè)有相互配合的、實心或空心的凸凹結(jié)構(gòu)或翅片，構(gòu)成蜿蜒曲折的阻尼空腔，阻尼空腔內(nèi)充滿高性能的阻尼材料，連接體的表面形狀同待粘貼的鋼軌表面的形狀一致，通過高強(qiáng)度、高剛性粘結(jié)膠粘貼在鋼軌的非工作表面上。當(dāng)鋼軌振動時，振動通過剛性的粘結(jié)膠傳至聯(lián)結(jié)板，試圖帶動約束板一起振動，由于約束板的剛度較高，造成約束板與聯(lián)結(jié)板的變形不一致，強(qiáng)迫阻尼層發(fā)生剪切變形，從而吸收消耗振動能量，有效地降低了軌道所產(chǎn)生的振動，提高了車輪和軌道的使用壽命。由于振動為噪聲之源，噪聲也大幅降低，尤其是一般方法很難消除的一次噪聲，減輕了鋼軌噪聲對周圍的影響。這種阻尼減振對于各種頻率都有較好的減振效果，因此具有寬頻帶減振效果，對高頻噪聲如曲線囂叫、制動囂叫效果更好。相關(guān)單位在上海地鐵10號線進(jìn)行了對比試驗，分別測試了未安裝阻尼板和已安裝阻尼板的兩個區(qū)段，以及同一測點加貼阻尼板前后等幾種工況，測試數(shù)據(jù)見圖10。圖9迷宮式約束車輪圖10阻尼鋼軌噪音測試對比表5.4扣件類減振措施常見的減振扣件有先鋒(Vanguard)扣件、軌道減振器、洛德(Lord)扣件、Z系列扣件等((1)先鋒扣件在軌頭下顎及軌腰支撐鋼軌，鋼軌呈懸空狀態(tài)，利用懸空鋼軌和軌座底板縫隙，解決振動和噪聲控制問題。因其獨特的設(shè)計理念，同其他高彈性扣件相比，其減振效果具有明顯優(yōu)勢，可達(dá)12?16??dB。缺點是其靜剛度較低，施加荷載后軌道垂向變形較大，軌距控制能力較差。軌道減振器又稱為科隆蛋(Cologne-egg)，為硫化粘結(jié)型扣件，利用橡膠剪切變形提供彈性。一般應(yīng)用于減振要求較高的地段。軌道減振器軌道結(jié)構(gòu)減振效果在9??dB左右。洛德扣件也是硫化粘結(jié)型，由2塊上下黏貼在一起的鐵墊板及彈條扣壓件組成，利用橡膠壓縮變形提供彈性。洛德扣件在國外應(yīng)用較廣泛，但因為橡膠與鐵墊板采用硫化工藝，不易更換，國內(nèi)應(yīng)用較少。Z系列扣件將洛德扣件的橡膠硫化工藝改為組合式安裝工藝，即橡膠墊板與鐵墊板分開，可適時更換橡膠，鐵墊板可重復(fù)利用。洛德扣件與Z系列扣件減振效果均為5?6??dBo軌枕類減振措施彈性軌枕分為彈性長軌枕和彈性短軌枕。彈性短軌枕結(jié)構(gòu)包括：混凝土短軌枕、橡膠套靴、塊下橡膠墊板。因其結(jié)構(gòu)較簡單、施工方便，工程造價較低，在我國城市軌道交通應(yīng)用較廣泛。其減振效果為10?12??dB°但彈性短軌枕減振有如下弱點：對地質(zhì)要求高；軌距保持能力差；軌距和軌底坡調(diào)整困難；養(yǎng)護(hù)更換困難；橡膠包套易進(jìn)水，減振性能下降；彎道鋼軌波磨嚴(yán)重。目前廣州地鐵已發(fā)現(xiàn)因橡膠老化、橡膠套靴減薄而出現(xiàn)的短枕吊空現(xiàn)象。上海地鐵則因為軟土地基隧道結(jié)構(gòu)局部不均勻沉降引起了短枕吊空。彈性長軌枕所采用的軌枕與一般混凝土軌枕相同，通過在軌枕端部、枕端兩側(cè)和枕下3個方向設(shè)置彈性墊層，構(gòu)成減振箱。彈性長軌枕質(zhì)量較彈性短軌枕大，因此，其減振效果相對更好，目前在日本應(yīng)用較多。道床類減振措施道床類減振措施主要采用質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，基本原理是在軌道上部建筑與基礎(chǔ)之間插入一固有頻率遠(yuǎn)低于激振頻率的線性諧振器，通過質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的慣性運動，將列車運營產(chǎn)生的振動進(jìn)行較大衰減后，再傳遞給隧道主體結(jié)構(gòu)，達(dá)到減振目的。梯形軌枕軌道系統(tǒng)屬于輕型質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)；梯形軌枕由預(yù)應(yīng)力縱梁和鋼管制的橫向連接桿構(gòu)成，在其下面和側(cè)面分別安裝底部防振墊、側(cè)面緩沖墊，并利用防振墊、緩沖墊支承在鋼筋混凝土臺座上。目前在北京4、5號線及廣州地鐵中有應(yīng)用。減振效果8??dB左右。一般道床類減振措施專指浮置板道床，包括鋼彈簧浮置板和橡膠浮置板道床。橡膠浮置主要為預(yù)制浮置板，按照橡膠支座支承方式可分為整體支承、線性支承、分布式支承3種（圖6）。橡膠浮置板可以滿足10?15??dB的中檔減振要求。缺點是橡膠支承塊隱藏于浮置板下面，很難調(diào)平、檢修和更換，尤其是無法從浮置道床側(cè)面或頂面檢修；橡膠本身阻尼太小，不能有效吸收浮置板的振動能量，對于軟土地基及人們較敏感的振源低頻部分隔振效果并不理想；此外，橡膠對材料和工藝要求高，易老化，壽命有限，更換橡膠支承塊對列車運營和市民的出行影響較大。廣州地鐵曾采用分布式支承的預(yù)制浮置板；國內(nèi)有一定應(yīng)用的道床隔振墊屬于整體支承橡膠浮置板。鋼彈簧浮置板道床隔振技術(shù)由隔而固（GERB）公司于10年前引入中國。該技術(shù)通過鋼彈簧隔振器將軌道及浮置板與底部及側(cè)面結(jié)構(gòu)相隔離，兩者之間僅通過隔振器相接，使隔振器上部結(jié)構(gòu)所受的車輛動擾力通過隔振器傳遞到結(jié)構(gòu)底部。與橡膠浮置板相比，鋼彈簧浮置板的主要優(yōu)點是固有頻率低，隔振效果好，隔振壽命長，方便維修。其隔振效果達(dá)18?35??dB，可采用現(xiàn)場澆筑或預(yù)制短板現(xiàn)場拼裝方案，適應(yīng)不同減振等級與施工進(jìn)度要求，目前基本在國內(nèi)各城市地鐵中均有應(yīng)用。5.7減振措施對比鋼彈簧浮置板是目前公認(rèn)的效果最好的技術(shù)。北京《地鐵噪聲與振動控制措施應(yīng)用規(guī)范》在編制過程中，對北京市城市軌道交通線路常用的減振措施進(jìn)行了實地測量，利用插入損失將軌道減振器、梯形軌枕、先鋒扣件、鋼彈簧浮置板與普通DT-VI2扣件進(jìn)行比較，得到各減振措施的修正量。鋼軌波磨使得軌道結(jié)構(gòu)振動加強(qiáng)，噪聲增大，減振地段的減振效果也會迅速降低，甚至放大振動。根據(jù)調(diào)查，各種減振措施中，只有普通道床及鋼彈簧浮置板軌道沒有產(chǎn)生過鋼軌波磨現(xiàn)象。浮置板道床是目前全國特殊減振地段首選措施。一般情況下減振措施的選用應(yīng)滿足減振目標(biāo)值并考慮3??dB以上的裕量，具體分級規(guī)定見表表16.國外振動與噪聲的主要控制措施由于直線電機(jī)軌道交通坡度較大、曲線半徑較小,使得其運營條件相對苛刻,距離居民、辦公場所較近,而輪軌接觸為主要的振源及噪聲源,因此對軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪要求較高。此外,由于直線電機(jī)牽引系統(tǒng)對感應(yīng)板與電機(jī)間的氣隙控制要求較高,而軌道的平順性對氣隙的控制影響又較大,因此這對軌道結(jié)構(gòu)的減振提出了更高的要求。以加拿大及日本的直線電機(jī)軌道交通軌道結(jié)構(gòu)方面的減振降噪措施為例分析如下。6.1加拿大加拿大溫哥華直線電機(jī)地鐵采取了多種減振降噪措施。除了常規(guī)的采用徑向轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、彈性車輪結(jié)構(gòu)、聲屏障技術(shù)、橋上兩側(cè)的短墻結(jié)構(gòu)以外,軌道上的主要措施有:采用較為平整、不易變形的無碴軌道;采用可動心軌道岔結(jié)構(gòu);減振型的高彈性扣件（如空心式軌下膠墊、雙層膠墊式墊板結(jié)構(gòu)等）、高彈性的PANDROL扣件等;鋪設(shè)了無縫線路結(jié)構(gòu);采用了伸縮調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)等。加拿大肯士頓試驗線正在研制新型的軌道減振結(jié)構(gòu)方式?？鲜款D試驗線上的新型連接一起（枕減振型軌道結(jié)構(gòu)式）。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是感應(yīng)板與軌面一起變形,對感應(yīng)板與直線電機(jī)的氣隙保持、減緩軌面動力不平順的影響是非常有利的,同時也可以采用剛度較小的減振型軌下材料。這種結(jié)構(gòu)的特點是將減振與良好的氣隙控制技術(shù)較好地結(jié)合起來。6.2日本以日本的福崗3號線為例,在振動與噪音控制方面采取了多種措施,除了在車輛制造方面采用雙層鋁車外皮中間填充吸音材料,車窗、車輛連接處密封,使用彈性車輪等措施外,在軌道方面也采用了大量的減振措施。主要的措施有:采用無縫線路結(jié)構(gòu)及伸縮調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),減少了接頭沖擊等作用;鋼軌定期打磨及涂油;為了便于保證施工的精度,采用了長枕埋人式軌道結(jié)構(gòu),提高了線路的初始平順性;使用了彈性較好的扣件及墊板結(jié)構(gòu),還有一些防止螺栓松脫的部件;全線鋪設(shè)了浮置式彈性軌枕整體道床結(jié)構(gòu)等。道岔區(qū)采用合成樹脂軌枕結(jié)構(gòu),提高了軌道的彈性和平順性,且易于施工。在曲線及岔區(qū)采用了較短的感應(yīng)板結(jié)構(gòu),較好地適應(yīng)了軌道結(jié)構(gòu)的線型,又避免了可能的牽引偏轉(zhuǎn)造成的列車振動及噪聲的加大。還有其他的一些措施,此處略。軌道結(jié)構(gòu)減振降噪措施的主要研究思路由上述的分析可知,直線電機(jī)軌道交通,軌道結(jié)構(gòu)必須采用一些特殊的減振降噪措施,才能降低振動與噪聲對周圍環(huán)境的影響,延長軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命,保證列車的安全、舒適的運行。因此,盡管我國在直線電機(jī)軌道交通方面才剛剛起步,但仍需要加大對此問題的研究。在采用軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪措施時,除了像傳統(tǒng)的地鐵軌道結(jié)構(gòu)需要關(guān)注減振的效果外,還必須考慮直線電機(jī)的牽引特性、考慮感應(yīng)板與直線電機(jī)氣隙控制等問題,這正是直線電機(jī)軌道交通與傳統(tǒng)地鐵系統(tǒng)在軌道減振方面的最大不同之處事實上,常規(guī)的軌道結(jié)構(gòu)減振通常是采用降低軌下的剛度、提高線路的平順性等來實現(xiàn)的,但是若彈性的加大不能與電機(jī)上的氣隙控制結(jié)合起來、或者對不平順的要求不合理(如在制定線路的不平順管理標(biāo)準(zhǔn)時,沒有考慮列車上直線電機(jī)的作用長度與感應(yīng)板氣隙的影響),則可能不但不能起到減振降噪的作用,甚至可能導(dǎo)致電機(jī)與感應(yīng)板刮擦,危及列車的運行安全、平穩(wěn)性等,還有可能會衍生出更大的振動與噪聲。因此,應(yīng)結(jié)合直線電機(jī)軌道結(jié)構(gòu)的特點,加大列車與軌道。5結(jié)束語由于軌道減振方式最直接、效果最好、成本最低，軌道工程長久以來擔(dān)負(fù)城市軌道交通減振重任。城市軌道交通減振是一個系統(tǒng)工程，不能陷入單一的“軌道減振”誤區(qū)。軌道結(jié)構(gòu)減振一般會降低軌道剛度，造成輪軌疲勞損傷。因此，應(yīng)加強(qiáng)對城市軌道交通減振措施的科研力度，積極探索減振新技術(shù)，城市軌道交通減振設(shè)計應(yīng)綜合線路規(guī)劃、車輛系統(tǒng)、軌道工程、隧道結(jié)構(gòu)、路徑隔振、精密儀器隔振臺等環(huán)節(jié)，對各項環(huán)境保護(hù)措施效果進(jìn)行跟蹤監(jiān)測和評價。對軌道減振措施的選擇應(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)約投資而忽視環(huán)境、以后運營等問題。一旦建成，要對其整改，所花的費用可能是一次性投資的幾倍。通過對以上減振降噪措施的分析比選，初步得出城市軌道交通設(shè)計中較為經(jīng)濟(jì)、合理的減振方案。(1)城市軌道交通所采取的軌道減振降噪措施。①一般減振地段，采取使用鋪設(shè)無縫線路、重型鋼軌、彈性分開式扣件、小半徑曲線定期涂油、打磨等措施。②中等減振地段?？紤]到彈性短軌枕的彈性套靴失效性、以及損壞后不易更換，目前推薦采用軌道減振器扣件，如GJ-III型減振降噪扣件。③高等減振地段。由于VANGUARD扣件具有良好的減振性能和可更換性，推薦采用VANGUARD扣件。④特殊減振地段。由于橡膠浮置板道床損壞后不易更換，推薦采用鋼彈簧浮置板整體道床。(2)建議。城市軌道交通軌道減振降噪工程是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要相關(guān)專業(yè)共同配合、綜合治理才能取得滿意的效果。減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)的比選，需要根據(jù)具體的環(huán)評要求，進(jìn)行具體的設(shè)計。只有合理的選擇減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)型式，才能既經(jīng)濟(jì)、又合理地實現(xiàn)軌道的減振降噪，從而真正解決城市軌道交通給城市帶來的振動與噪聲問題。參考文獻(xiàn)：崔應(yīng)港.藺高.城軌交通輪軌降噪措施現(xiàn)狀分析.科技技術(shù)與創(chuàng)新.2014年第30期王起功.城市軌道公共交通發(fā)展戰(zhàn)略_城市軌道公共電車的應(yīng)用與發(fā)展模式.山東省重點學(xué)術(shù)研究成果.2008王曰凡.城市軌道交通車輛選型.百家論壇.第四期高亮.直線電機(jī)軌道交通軌道減振降噪技術(shù).都市快軌交通.第19卷第2期.2006年4月王文斌.我國城市軌道交通軌道減振現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,中國鐵路.2013/04.90-94張勇?上海市軌道交通減振降噪技市的應(yīng)用與發(fā)展?經(jīng)理人視野?交流笹倉実?改進(jìn)既有線車輪形狀及利用減振材料等的減振降噪對策?道緶研報告.