張 波，張 濤

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

城市軌道交通工程聚氨酯浮置板減振道床技術(shù)應(yīng)用研究

張 波，張 濤

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

重慶軌道交通會展支線軌道工程中首次引進奧地利聚氨醋浮置板減振技術(shù)，針對聚氨醋浮置板整體道床施工，總結(jié)其施工技術(shù)工藝流程。通過對施工工藝的不斷優(yōu)化和改進，結(jié)合聚氨醋浮置板整體道床軌道設(shè)計技術(shù)要求，采用″先附屬后主體″的施工方式，完成了此種新型減振材料的浮置板整體道床軌道。通過對鋪設(shè)道床的減振效果進行試驗和評價，道床質(zhì)量及減振效果良好，同時對于聚氨醋浮置板整體道床工藝進行了完善，為國內(nèi)城市軌道交通工程采用聚氨醋浮置板減振技術(shù)起到指導(dǎo)性作用。

城市軌道交通；聚氨醋浮置板道床；減振技術(shù)；應(yīng)用

1 概述

隨著城市軌道交通的大規(guī)模建設(shè),人們對周邊環(huán)境的要求不斷提高,地鐵車輛運行中產(chǎn)生的振動問題越來越受到人們的關(guān)注,為了抑制軌道交通的振動和噪聲問題,在軌道交通設(shè)計時,從土建結(jié)構(gòu)、軌道、車輛等方面都考慮了減振降噪的措施。軌道系統(tǒng)為車輛提供支承和導(dǎo)向作用,并將車輛荷載傳遞給土建結(jié)構(gòu),軌道系統(tǒng)的減振對整個系統(tǒng)的減振降噪起到?jīng)Q定性作用。針對不同的減振級別,目前國內(nèi)城市軌道交通工程不斷應(yīng)用了多種形式的減振降噪軌道結(jié)構(gòu)［1],已滿足減緩城市軌道交通噪聲污染,創(chuàng)造良好生活環(huán)境的需求。

聚氨醋浮置板減振墊是應(yīng)用于鐵路軌道上部結(jié)構(gòu)的彈性材料,主要構(gòu)成為聚氨醋微孔彈性體化學(xué)材料,具有耐腐蝕性、韌性強度高、彈性性能好、減振性能效果及耐久性能好的特性,又被稱之為“質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)”。其形成的軌道結(jié)構(gòu)是一種中等級減振形式,是我國首次引進奧地利Getzner Werks GmbH公司的一項新型、輕型減振降噪結(jié)構(gòu)形式的減振技術(shù),目前在重慶軌道交通會展支線地下軌道工程中試驗性的投入使用,減振、降噪效果良好,能夠有效減小噪聲和振動頻率對地鐵線路上部及附近居民的影響。

2 聚氨醋浮置板整體道床結(jié)構(gòu)及減振原理

聚氨醋浮置板整體道床軌道是一種新型低噪聲、低振動的軌道系統(tǒng),它是奧地利Getzner Werks GmbH公司在隔振技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)的又一新項目,先后在德國柏林、韓國首爾、美國紐約、新加坡及香港鐵路線路中有著成功的經(jīng)驗。結(jié)合我國地鐵軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計形式,聚氨醋浮置板整體道床軌道系統(tǒng)構(gòu)成主要由道床側(cè)墻、聚氨醋浮置板減振墊、道床軌枕及混凝土道床結(jié)構(gòu)等部分組成,詳見圖1。聚氨醋浮置板減振道床由道床兩側(cè)側(cè)墻和結(jié)構(gòu)基底構(gòu)成槽形狀,在側(cè)墻及基底處滿鋪聚氨醋減振墊,形成槽形聚氨醋減振墊層,在槽內(nèi)按照標(biāo)準(zhǔn)軌枕間距布置軌枕并澆筑整體道床,在承軌臺中部澆筑承重凸臺,使其滿鋪的減振墊與其道床結(jié)構(gòu)組合連接形成聚氨醋浮置板減振道床軌道系統(tǒng)。

聚氨醋浮置板整體道床軌道屬于輕型中等級減振道床軌道系統(tǒng),而鋼彈簧浮置板屬于高等級減振整體道床軌道系統(tǒng)。其鋼彈簧減緩振動是依靠隔振桶中預(yù)設(shè)的彈簧系統(tǒng),在承受列車運行過程中產(chǎn)生的活載時,靠彈簧系統(tǒng)收縮減緩對軌道及傳遞至道床的振幅,從而有效起到減振作用；而聚氨醋浮置板則依靠自身設(shè)計的微孔收縮反彈,將承受的振幅在傳遞至減振墊表面時給予削弱,從而起到減振降噪的功效。

圖1 聚氨醋浮置板整體道床軌道結(jié)構(gòu)（單位：mm)

減振原理:聚氨醋浮置板整體道床軌道系統(tǒng)通過聚氨醋減振墊支撐在混凝土道床底部及兩側(cè),車輛荷載作用在整體道床上,之后通過整體道床承軌臺及承重凸臺將所受荷載傳遞于聚氨醋減振墊,這樣就形成了一個質(zhì)量-彈簧減振系統(tǒng),通過減振墊材料達到減振降噪的目的。聚氨醋浮置板減振道床軌道與普通整體道床軌道相比較,實現(xiàn)了減振材質(zhì)輕量級的彈簧系統(tǒng),從而提高了減振降噪效果。通過理論分析及試驗,該系統(tǒng)減振降噪效果可達15 dB,其減振頻率在22 Hz以上,在70～125 Hz頻率段減振效果最為顯著,測試基底鋪設(shè)的減振墊在發(fā)生最大減振量100 Hz時,其處的加速度超級插入損失為38.17 dB［3]。

3 聚氨醋浮置板整體道床軌道試驗效果

3.1 減振效果試驗對比

針對首次使用于城市軌道交通工程中的聚氨醋浮置板整體道床進行的一系列測試,通過將地下線普通整體道床與之對比,其普通道床鉛垂方向的振動級最大值達到72.6 dB,而聚氨醋微孔彈性減振墊,鉛垂方向的振動級最大值減小到57.0 dB,該值低于《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》中對于居民文教區(qū)晝間70 dB,夜間65 dB的要求［1],減振效果明顯。普通整體道床與聚氨醋浮置板減振整體道床隧道壁鉛垂方向振動值測試對比見表1、表2。

3.2 聚氨醋浮置板減振軌道系統(tǒng)測試結(jié)論

對于施工完成的聚氨醋浮置板整體道床軌道減振墊測試時,在大于22 Hz的頻率段上其插入損失值＞0,說明滿鋪于道床基底的減振墊減振工作頻率為22 Hz以上。而在70～125 Hz頻率段內(nèi)減振的效果最為明顯,最大減振量發(fā)生在100 Hz處,基底測點在100 Hz處的加速度級插入損失為38.17 dB,基底測點2的Z振級插入損失為21.37 dB,基底測點5的Z振級插入損失為20.97 dB,兩者平均值為20.17 dB,詳見圖2。

表1 測試普通整體道床VLZmax、VLZ10值對比dB

表2 測試減振浮置板VLZmax、VLZ10值對比dB

測試結(jié)果最終表明:

(1)試驗軌道系統(tǒng)自振頻率為16.4 Hz,理論計算結(jié)果為14.8 Hz；

(2)減振工作頻率為22 Hz以上；

(3)在70～120 Hz頻率段內(nèi)減振效果最為明顯,最大減振量發(fā)生在100 Hz處,基底測點在100 Hz處的加速度級插入損失為38.17 dB；

(4)基底測點Z振級插入損失為15.98 dB(根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB10071―88,分析頻段取1～80 Hz)；

(5)基底測點Z振級插入損失為21.17 dB(根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T170―2009,分析頻段取4～200 Hz)。

由此表明,聚氨醋微孔浮置板減振材料與道床整體形成了一個質(zhì)量彈簧系統(tǒng),其聚氨醋微孔減振墊具有最低的動靜態(tài)剛度比和對車輛運行過程中產(chǎn)生振幅降低的性能,對于微孔減振墊材料在支撐上部道床結(jié)構(gòu)部分傳授的荷載時,動態(tài)剛度可能還會由于振幅頻率和荷載的大小產(chǎn)生較小的變化,采用在槽形道床基底及側(cè)墻范圍內(nèi)鋪設(shè)減振墊,又可稱之為全表面彈性支撐彈簧系統(tǒng),相當(dāng)于超臨界頻率范圍內(nèi),可將結(jié)構(gòu)傳播噪聲平均減緩至30 dB范圍內(nèi),實現(xiàn)城市軌道交通工程減振目的。

4 聚氨醋浮置板整體道床軌道技術(shù)應(yīng)用

4.1 聚氨醋浮置板減振墊軌道系統(tǒng)鋪設(shè)方式及施工流程

圖2 聚氨醋浮置板整體道床減振效果測試數(shù)據(jù)分析

聚氨醋浮置板減振整體道床軌道系統(tǒng)施工中,在奧地利聚氨醋微孔彈性材料專家的支持和現(xiàn)場指導(dǎo)下,對于鋪設(shè)施工方案進行了多次調(diào)整細化,以確保鋪設(shè)的側(cè)墻減振墊和基底減振墊完全呈隔離狀態(tài),避免剛性搭接,形成聲橋,影響減振效果,打破常規(guī)軌道施工方式,以“先附屬后主體”方式完成減振系統(tǒng)鋪設(shè),見圖3。

圖3 先施工的側(cè)墻

在聚氨醋減振浮置板整體道床軌道系統(tǒng)施工中,對鋪設(shè)軌道的結(jié)構(gòu)底板找平處理完成后,進行整體道床側(cè)墻施工,對側(cè)墻施工的位置、幾何尺寸精度嚴(yán)格控制直至檢測修正完畢后,鋪設(shè)聚氨醋微孔減振墊材料,隨后采用“機械鋪軌法”先進行一次性澆筑整體道床,待強度滿足要求后,綁扎道床凸臺鋼筋并澆筑完成聚氨醋浮置板整體道床軌道施工,完成聚氨醋浮置板整體道床澆筑施工,工藝流程見圖4。

4.2 聚氨醋浮置板減振墊軌道系統(tǒng)鋪設(shè)要求

(1)基底清理:對于鋪設(shè)聚氨醋浮置板減振墊地段,必須對結(jié)構(gòu)基底進行找平和清潔,對于不平整度控制在+4 mm以內(nèi)進行驗收,同時避免基底表面出現(xiàn)尖銳突起,損壞材料,同時對于結(jié)構(gòu)底板必須保證不能有可見的水,對于滲水、結(jié)構(gòu)漏水處必須及時處理,確保結(jié)構(gòu)底板干燥。

(2)不同結(jié)構(gòu)形式鋪設(shè):對于盾構(gòu)形式的弧形基底,減振墊作為一個整體(沒有底墊與側(cè)墊之分)鋪設(shè)減振墊必須達到規(guī)定高度,通過測量確定兩段無誤后即可定位；對于矩形的槽形結(jié)構(gòu)基底,應(yīng)當(dāng)首先鋪設(shè)底墊,然后鋪設(shè)側(cè)墊,其減振墊的下表面必須與精確處理平整的結(jié)構(gòu)底部密貼接觸。如圖5所示。

圖4 聚氨醋浮置板減振軌道系統(tǒng)施工工藝流程

圖5 不同結(jié)構(gòu)形式鋪設(shè)的減振墊

(3)當(dāng)軌道板減振墊鋪設(shè)完成之后,側(cè)墊上部與軌道板和基底側(cè)面之間的接頭空隙處要用專用的密封膠進行密封,保證側(cè)墻及結(jié)構(gòu)底板的減振墊形成一個整體,保證減振墊在道床澆筑完成后形成的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)發(fā)揮其減振降噪性能。如圖6所示。

圖6 對減振墊進行專用密封膠密封

(4)減振墊底墊和側(cè)墊鋪設(shè)完畢后,可以作為澆筑模板在上面澆混凝土道床。澆筑前應(yīng)當(dāng)根據(jù)軌道板的設(shè)計對其進行配筋。為了防止鋼筋頭對減振墊造成損壞,可以在鋼筋和減振墊之間放置一些支撐塊,予以支撐抬起鋼筋,避免鋼筋直接接觸減振墊表面層。

(5)澆筑前對軌道進行幾何尺寸調(diào)整時,支撐軌道的支撐架絲杠在調(diào)整過程中產(chǎn)生豎向力,避免支架調(diào)整軌道幾何尺寸時破壞已鋪設(shè)完成的聚氨醋減振墊,在支架絲杠下墊上預(yù)先加工的絲杠扭力防護墊板,調(diào)整時絲杠落在防護墊板中心,同時要求在絲杠上要預(yù)先穿好PVC管,便于澆筑道床完成后,可方便取出絲杠。如圖7所示。

圖7 減振墊保護的絲杠扭力防護墊板

5 施工過程中質(zhì)量控制的難點

(1)道床鋼筋綁扎焊接作業(yè)時產(chǎn)生焊渣,焊渣燒傷減振墊是個難題,通過鋪設(shè)浸濕養(yǎng)生棉布或澆水降溫的形式,可避免鋼筋焊接時電焊的焊渣燒傷減振墊的問題,嚴(yán)格確保聚氨醋減振墊外觀完好無損,可全面發(fā)揮減振墊減振作用。

(2)道床側(cè)墻與道床分為2次澆筑施工,且側(cè)墻與道床間夾有25 mm厚度的聚氨醋減振墊,受列車行駛過程中產(chǎn)生的振動荷載,道床浮動,容易造成殘渣及積水順減振墊兩側(cè)流入減振墊層,造成對減振墊侵蝕破壞。為解決此問題,采用具有柔韌性較強的玻璃膠對25 mm厚度的減振層密封,進行防水瀝青包裹共2層密封,以確保減振道床的有效性。見圖8。

圖8 在道床與側(cè)墻間減振墊位置處填注玻璃膠

(3)為確保聚氨醋浮置板減振整體道床軌道系統(tǒng)的鋪設(shè)精度,提出“先附屬后主體結(jié)構(gòu)”施工方式。通過精確控制施工的附屬結(jié)構(gòu)即側(cè)墻作為減振整體道床系統(tǒng)的基準(zhǔn)保證,控制整體道床軌道施工精度。根據(jù)其聚氨醋減振系統(tǒng)需要,在線路中心線兩側(cè)每2.5 m各設(shè)置1對測量基標(biāo)；以基標(biāo)精確定位側(cè)墻中心線,并設(shè)置側(cè)墻高程控制樁,按照側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸施工澆筑,完成后兩邊側(cè)墻與結(jié)構(gòu)地板形成槽形,檢查結(jié)構(gòu)尺寸滿足減振結(jié)構(gòu)系統(tǒng)鋪設(shè)要求后鋪設(shè)減振系統(tǒng),附屬結(jié)構(gòu)的精度直接影響減振道床結(jié)構(gòu)精度,對此采取設(shè)置成對基標(biāo)級附屬結(jié)構(gòu)控制樁的方式保證施工數(shù)據(jù)精確性。見圖9。

圖9 附屬結(jié)構(gòu)施工精度高程控制樁

6 結(jié)語

新型聚氨醋浮置板減振整體道床軌道系統(tǒng)在重慶軌道交通會展支線軌道工程中通過最終試驗測試,測試效果良好,完全能夠滿足軌道減振降噪要求。隨著減振軌道技術(shù)的不斷發(fā)展,今后減振軌道施工技術(shù)將會不斷完善和優(yōu)化。

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Research on Technical APPlication of Vibration-absorbing Track Bed Containing Polyurethane Floating Slab Used in Urban Rail Transit

ZHANG Bo,ZHANG Tao
(Xinyun Project Co.,Ltd.of China Railway First Group,Xianyang 712000,Shaanxi Province,China)

U213.2+4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.011

1004-2954(2014)07-0045-04

2013-10-10；

2013-10-30

張 波(1977―),男,工程師,2010年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院,E-mail:zhangbogcb@163.com。