井恒法++孫曉靜

摘要：浮置板軌道因其具有自振頻率低、減振效果好等優(yōu)點(diǎn)，在近幾年中，被成功應(yīng)用到我國(guó)的城市軌道交通系統(tǒng)中。簡(jiǎn)要分析了浮置板軌道的隔振原理，對(duì)其分類(lèi)和應(yīng)用等進(jìn)行了評(píng)述，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重點(diǎn)分析了浮置板軌道的減振性能和平穩(wěn)性，為軌道交通的減振設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：浮置板軌道；減振；平穩(wěn)性；城市軌道交通

中圖分類(lèi)號(hào)：U213.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－6835（2014）08－0107－03

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，其引起的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題得到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注，如何采用有效的減振降噪措施來(lái)降低振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響成為了熱點(diǎn)問(wèn)題之一。浮置板軌道隔振措施在國(guó)外有幾十年的歷史，得到了廣泛的應(yīng)用，在近幾年，被成功應(yīng)用到了我國(guó)的城市軌道交通系統(tǒng)。在目前的減振措施中，浮置板軌道的減振效果最好，可達(dá)20～40 dB。根據(jù)不同的分類(lèi)方法，簡(jiǎn)述了浮置板軌道的種類(lèi)和應(yīng)用情況，運(yùn)用動(dòng)力學(xué)原理分析了浮置板軌道的隔振原理，詳細(xì)介紹了浮置板軌道在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的實(shí)例和減振降噪實(shí)測(cè)結(jié)果，并得出結(jié)論，認(rèn)為浮置板軌道結(jié)構(gòu)是一種高效的減振降噪措施，具有廣闊的發(fā)展前景。

隨著城市化建設(shè)步伐的加快和城市人口的持續(xù)增加，城市交通擁堵問(wèn)題已經(jīng)成為了大多數(shù)城市面臨的難題。而軌道交通具有便捷、安全、大運(yùn)量等優(yōu)點(diǎn)，成為了解決這一問(wèn)題的重要手段。但是，在軌道交通車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而這種振動(dòng)經(jīng)由隧道壁（或橋墩、路基）、土層傳遞至附近的建筑物內(nèi)，引發(fā)建筑物的二次振動(dòng)，對(duì)周邊居民的工作和生活、精密儀器設(shè)備的使用、建筑物和古代建筑物都產(chǎn)生了不容忽視的影響，所以，必須在軌道交通設(shè)計(jì)施工階段采取合理的減隔振手段進(jìn)行處理。

在常用的減隔振措施中，浮置板軌道具有自振頻率低、減振效果好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是鋼彈簧浮置板軌道，其自振頻率最低可降至4～7 Hz，隔振量可達(dá)25～40 dB，是目前減振效果最好的措施。1965年，浮置板軌道在德國(guó)首次使用，隨后在國(guó)際上被廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，廣州地鐵1號(hào)線(xiàn)首次使用了橡膠浮置板軌道，北京地鐵13號(hào)線(xiàn)首次使用鋼彈簧浮置板軌道，而其在盾構(gòu)隧道中的首次應(yīng)用是上海地鐵4號(hào)線(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)軌道交通減振要求特別嚴(yán)格的地段都大量使用了浮置板軌道。

1浮置板軌道隔振原理

浮置板隔振軌道結(jié)構(gòu)利用浮置板質(zhì)量慣性來(lái)平衡列車(chē)運(yùn)行引起的動(dòng)荷載，從而達(dá)到減振的目的，僅有少量沒(méi)有被平衡的動(dòng)荷載和靜荷載傳到了路基或隧道結(jié)構(gòu)上。

根據(jù)單自由體系的隔振原理，只有當(dāng)激振頻率大于 倍的自振頻率時(shí)，隔振系統(tǒng)才會(huì)起作用，如圖1所示。因此，隔振設(shè)計(jì)的原則是降低振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，固有頻率為：

. （1）

式（1）中：f0——固有頻率；

K——隔振器的剛度；

M——浮置板的質(zhì)量。

從式（1）中可以看出，降低浮置板系統(tǒng)固有頻率一般有兩種方法：增加浮置板的質(zhì)量M；減小隔振器的剛度K. 對(duì)橡膠支座浮置板道床，通常采用增加浮置板厚度和重級(jí)配混凝土的辦法降低自振頻率；對(duì)鋼彈簧浮置板來(lái)說(shuō)，由于彈簧剛度的可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，所以，鋼彈簧浮置板還可以通過(guò)減小彈簧剛度來(lái)降低自振頻率，因此，鋼彈簧浮置板的固有頻率可以設(shè)計(jì)得比橡膠支撐浮置板低，那樣減振效果就會(huì)更好。

2浮置板軌道的分類(lèi)

目前，國(guó)內(nèi)外使用的浮置板軌道按照支撐條件不同主要分為橡膠支座浮置板軌道和鋼彈簧浮置板軌道兩種，另外，還有縱向浮置板和橡膠墊整體浮置板軌道等型式。

2.1橡膠支座浮置板軌道

橡膠支座浮置板軌道按照橡膠支撐方式可分為整體支撐、線(xiàn)形支撐、點(diǎn)支承式3種，如圖2所示。整體支承可以將地鐵或輕軌等振動(dòng)頻率降至15 Hz以下，其減振效果可高達(dá)20 dB，在瑞士、法國(guó)、西班牙、意大利等國(guó)家的地鐵中被采用。線(xiàn)性支承軌道結(jié)構(gòu)的固有頻率較低，其減振效果約為25 dB，在德國(guó)的地鐵中被采用。點(diǎn)支承式軌道結(jié)構(gòu)的固有頻率低，減振效果約為30 dB，在德國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)使用，我國(guó)的香港、廣州和深圳地鐵中也采用了這項(xiàng)技術(shù)。

圖1隔振原理示意圖（傳遞率與頻率比的關(guān)系）

a. 整體表面支承 b. 線(xiàn)性支承 c. 點(diǎn)支承式

圖2橡膠支座浮置板的三種支撐方式

2.2鋼彈簧浮置板軌道

由于鋼彈簧浮置板軌道隔振效果最好，因此，適用于線(xiàn)路從建筑物下面或附近通過(guò)或建筑物隔振要求較高的區(qū)域，比如研究機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、博物館和音樂(lè)廳等場(chǎng)所。目前，幾十個(gè)有軌道床和60多座鄰近建筑（包括多座音樂(lè)廳）都采用了這種方法，隔振效果十分理想，比如德國(guó)柏林地鐵、科隆地鐵、法蘭克福

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＊ ［基金項(xiàng)目］高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金（編號(hào)：20110009120023）

—曼茵茨國(guó)際機(jī)場(chǎng)樓頂快速客運(yùn)系統(tǒng)、倫敦DLR Lewisham地鐵延長(zhǎng)線(xiàn)的居民樓下隧道等。采用螺旋鋼彈簧的浮置板軌道，結(jié)構(gòu)固有頻率可降4～8 Hz，可用于低頻振動(dòng)要求嚴(yán)格的區(qū)域。

2.3縱向浮置板軌道

縱向浮置板軌道被應(yīng)用在了莫斯科基輔地鐵中，效果很好。與普通木枕線(xiàn)路相比，在16～63 Hz的頻率范圍內(nèi)，這種軌道結(jié)構(gòu)的減振效果為10～16 dB，減振墊板厚度的調(diào)整量可達(dá)±10 mm，但是在國(guó)內(nèi)還未有使用實(shí)例。

2.4減振墊浮置板軌道

減振墊浮置板軌道在深圳地鐵某號(hào)線(xiàn)進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)構(gòu)型式如圖3所示，即在隧道底板回填混凝土完成凹形的浮置板軌道基礎(chǔ)上滿(mǎn)鋪減振墊。由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)受隧道埋深、車(chē)速、土層等條件的影響，因此，實(shí)測(cè)減振效果差異較大。根據(jù)深圳地鐵某號(hào)線(xiàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，減振墊浮置板軌道的減振效果為10.4～27.5 dB。

圖3橡膠墊整體浮置板軌道

3浮置板軌道減振效果實(shí)測(cè)分析

由于浮置板軌道在國(guó)內(nèi)已被廣泛應(yīng)用，所以，針對(duì)浮置板的減振效果，也作了相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，下面用幾個(gè)實(shí)例對(duì)其減振效果進(jìn)行分析。

3.1上海地鐵某號(hào)線(xiàn)鋼彈簧浮置板軌道振動(dòng)測(cè)試

上海地鐵某號(hào)線(xiàn)在環(huán)境振動(dòng)要求嚴(yán)格的路段安裝了浮置板軌道，選取了鞍山六村裝有浮置板路段和西藏北路整體道床路段為測(cè)試斷面，采集了列車(chē)通過(guò)時(shí)的地面振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析，地面振動(dòng)加速度頻譜見(jiàn)圖4、圖5，Z振級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1.

圖4地鐵通過(guò)鞍山六村（鋼彈簧浮 圖5地鐵通過(guò)上海西藏北路路段（整

置板）時(shí)地面振動(dòng)加速度頻譜 體道床）時(shí)地面振動(dòng)加速度頻譜

表1兩個(gè)地段Z振級(jí)數(shù)據(jù)對(duì)比（dB）

頻率 /Hz

地段 31.5 63 125 250

鋼彈簧浮置板區(qū)段 61.4 64.8 42.1

整體道床區(qū)段 86.1 88.1 65.8

從表1中可以看出，鋼彈簧浮置板對(duì)地鐵的振動(dòng)衰減作用十分明顯，隔離了大量的激振頻率能量，但是，還有少量的激振頻段的能量傳入地面。

3.2深圳地鐵某號(hào)線(xiàn)橡膠墊浮置板軌道振動(dòng)測(cè)試

為了最大限度地減小對(duì)周?chē)用裆畹挠绊?，深圳地鐵某號(hào)線(xiàn)采用了包括整體道床在內(nèi)的7種軌道型式，其中包括中檔鋼彈簧浮置板、高等級(jí)鋼彈簧浮置板和橡膠墊浮置板3種浮置板軌道。測(cè)試選取了世界之窗—僑城北站區(qū)間（高等級(jí)鋼彈簧浮置板和整體道床軌道）、僑香—香蜜站區(qū)間（中檔鋼彈簧浮置板和整體道床軌道）、僑香站后區(qū)間（橡膠墊浮置板和整體道床軌道）進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)減振軌道（即3種浮置板軌道）和對(duì)比軌道（即整體道床軌道）側(cè)墻Z振級(jí)的比較，分析浮置板軌道的減振效果，結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示。

從測(cè)試結(jié)果中可以看出：

中檔鋼彈簧浮置板軌道：在高于35 Hz的頻段發(fā)揮減振作用；在低于35 Hz的頻段，鋼彈簧浮置板受到其巨大質(zhì)量產(chǎn)生低階自振周期的影響，減振效果不明顯，且在其固有頻率附近存在局部放大效應(yīng)。

橡膠墊浮置板軌道：除了在10 Hz附近出現(xiàn)局部放大效應(yīng)外，全頻段范圍內(nèi)的Z振級(jí)均低于普通整體道床，具有減振效果，并且在35 Hz以上的頻段減振效果明顯。

高等級(jí)彈簧浮置板軌道：在25 Hz以上的頻段，減振效果開(kāi)始逐漸明顯；在63 Hz附近，達(dá)到峰值；在10 Hz左右，曲線(xiàn)出現(xiàn)一個(gè)凸起峰值效應(yīng)，這是由于接近結(jié)構(gòu)一階自振頻率而產(chǎn)生的共振局部放大效應(yīng)。

另外，綜合其他減振測(cè)試斷面結(jié)果，可以得到實(shí)測(cè)側(cè)墻減振效果：中檔鋼彈簧浮置板為15.03 dB；高等級(jí)鋼彈簧浮置板軌道為17.0～192 dB；橡膠墊浮置板軌道為10.4～27.5 dB。

圖6中等級(jí)鋼彈簧浮置板軌道圖7橡膠墊浮置板軌道與整體

與道床軌道側(cè)墻Z振級(jí)整體道床軌道側(cè)墻Z振級(jí)

圖8高等級(jí)鋼彈簧浮置板與整體道床軌道側(cè)墻Z振級(jí)

4浮置板軌道平穩(wěn)性實(shí)測(cè)分析

為了獲得更高的減振效果，浮置板軌道系統(tǒng)會(huì)降低道床垂向剛度，有可能會(huì)對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生影響。為此，專(zhuān)門(mén)對(duì)成都地鐵某號(hào)線(xiàn)列車(chē)經(jīng)過(guò)浮置板道床和普通整體道床時(shí)車(chē)輛振動(dòng)性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試線(xiàn)路車(chē)速為55～60 km/h，浮置板軌道的曲線(xiàn)半徑在350～500 m，整體道床曲線(xiàn)半徑為400～450 m。根據(jù)GB 5599—85的規(guī)定，對(duì)振動(dòng)頻率為20 Hz以下的所有頻譜進(jìn)行計(jì)算，求其平穩(wěn)性指標(biāo)，結(jié)果如表2所示。

表2列車(chē)經(jīng)過(guò)不同線(xiàn)路時(shí)，車(chē)輛的平穩(wěn)性指標(biāo)

道床情況 普通整體道床

（直線(xiàn)） 普通整體道床

（曲線(xiàn)） 浮置板軌道

（曲線(xiàn)P1-2） 浮置板軌道

（曲線(xiàn)P3）

垂向 1.95 1.90 2.04 1.79

橫向 1.71 1.87 2.00 1.71

從表2中可以看出，列車(chē)在普通整體道床直線(xiàn)段、曲線(xiàn)段和兩段浮置板上運(yùn)行時(shí)，車(chē)輛的平穩(wěn)性指標(biāo)都屬于優(yōu)級(jí)。這說(shuō)明，在所測(cè)試的運(yùn)行速度下，列車(chē)運(yùn)行性能是滿(mǎn)足要求的，而且距離《地鐵車(chē)輛通用技術(shù)條件》（GB 7928—2003）規(guī)定的限