吳 青 松

(1.中交城市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056； 2.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，TOD發(fā)展模式應(yīng)運(yùn)而生。在城市軌道交通建設(shè)中，地鐵車輛段一般占地約20 ha～40 ha，主要特點(diǎn)有占地面積大、投資規(guī)模大、土地集約利用效率低。隨著城市的發(fā)展，城市土地資源愈顯珍貴，對建設(shè)用地的綜合利用是城市發(fā)展的必然選擇。國務(wù)院關(guān)于城市優(yōu)先發(fā)展公共交通的指導(dǎo)意見(國發(fā)[2012]64號)明確提出要加強(qiáng)公共交通用地綜合開發(fā)。為了響應(yīng)國家號召、適應(yīng)城市發(fā)展的需要，國內(nèi)越來越多的地鐵車輛段選擇TOD上蓋物業(yè)開發(fā)，以土地出讓、二級開發(fā)的形式增加收益，為建設(shè)和運(yùn)營提供資金。根據(jù)車輛段與地面的相對關(guān)系，車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)分為地毯模式、地下掩土模式和高架模式[1,2]。隨著生活品質(zhì)不斷提升，對車輛段減振降噪要求越來越高，設(shè)計(jì)建設(shè)階段和運(yùn)營維護(hù)階段需充分考慮綜合減振降噪。

1 振動和噪聲來源及傳播路徑

列車行駛過程中，輪軌系統(tǒng)相互作用引起的噪聲主要有沖擊噪聲、滾動噪聲和摩擦噪聲。大量研究結(jié)果表明，列車在通過鋼軌接頭、固定轍叉“有害空間”、軌道不平順和小曲線半徑時(shí)，列車輪對與鋼軌之間產(chǎn)生沖擊振動是車輛段振動噪聲超標(biāo)的根源。車輛段內(nèi)輪軌相互作用區(qū)域劃分[3]如表1所示。

表1 車輛段振動噪聲源分布表

輪軌沖擊振動經(jīng)過軌枕、道床、下部基礎(chǔ)等固體媒介傳播，并通過地層傳播到周圍建筑中，誘發(fā)鄰近建筑物的振動及二次噪聲，對建筑物的結(jié)構(gòu)安全、日常工作生活產(chǎn)生影響。不同上蓋物業(yè)開發(fā)模式振動傳播路徑[4]略有不同，均位于車輛段正上方或正下方。盡管列車在車輛段內(nèi)空載、低速運(yùn)行，但振動傳遞路徑短、衰減小，對庫區(qū)上蓋建筑影響較大，是上蓋物業(yè)開發(fā)的重要制約因素；此外車輛段早發(fā)車、晚收車，振動噪聲的影響時(shí)段相比運(yùn)營時(shí)間更長，人們對于列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動噪聲更為敏感。為了降低列車運(yùn)行對環(huán)境的不利影響，在進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)營維護(hù)時(shí)，需充分考慮列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動噪聲影響，根據(jù)不同區(qū)域列車運(yùn)行特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合選取減振降噪措施。

2 軌道減振降噪措施

輪軌作用是車輛段振動噪聲主要噪聲源之一，軌道減振是從源頭控制，方法直接、效果好，長期以來是減振降噪的主要措施。針對不同軌道部件，有鋼軌減振、扣件減振和道床減振措施[5]。

1)鋼軌。

鋼軌為輪軌作用的載體，其平順性直接影響輪軌作用力大小，可考慮采用無縫線路，消滅鋼軌接頭，提升軌道平順性，降低輪軌沖擊振動噪聲。為抑制和衰減鋼軌振動，目前有鋼軌振動阻尼吸振器、懸掛式鋼軌吸振器、調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)(TMD)。鋼軌振動阻尼吸振器通過在鋼軌軌顎、軌腰和軌底上設(shè)置高阻尼橡膠復(fù)合板，使振動得到衰減，達(dá)到減振降噪目的。鋼軌吸振器是阻尼彈簧系統(tǒng)，根據(jù)裝置點(diǎn)共振頻率，產(chǎn)生較高的機(jī)械阻抗，從而抑制鋼軌振動。調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)通過調(diào)整吸振器質(zhì)量和橡膠彈性，改變吸振器固有頻率，起到調(diào)諧作用，吸收振動能量。此外，還可以采用重型鋼軌以增加參振質(zhì)量，相比50 kg/m鋼軌，采用60 kg/m鋼軌可降低約10%的鋼軌振動頻率及幅射噪聲水平[6]。綜上，對于上蓋物業(yè)開發(fā)來說，設(shè)計(jì)時(shí)選用60 kg/m鋼軌和無縫線路，能更好的從源頭上降低輪軌噪聲。

2)減振扣件。

減振扣件通過降低軌道的機(jī)械阻抗，減小振動傳遞、降低二次噪聲。根據(jù)彈性的大小進(jìn)行分類。一般彈性減振扣件包含軌下和鐵墊板下彈性墊，通過調(diào)整其剛度對扣件彈性進(jìn)行調(diào)整，主要有WJ-2型、DTⅢ型彈性扣件。中等彈性減振扣件主要有Lord扣件、Z系列扣件，其中Z系列扣件通過設(shè)計(jì)雙層非線性彈性墊板以降低系統(tǒng)剛度和提高結(jié)構(gòu)阻尼，控制二次噪聲和振動，減振效果約5 dB，在國內(nèi)應(yīng)用較多。高彈性減振扣件主要有軌道減振器扣件、先鋒扣件。軌道減振器采用硫化工藝將橡膠圈與承軌板及底座粘結(jié)，充分利用橡膠剪切變形能力，減振效果較一般扣件高5 dB左右。先鋒扣件將鋼軌懸撐，其減振效果可達(dá)10 dB以上，由于造價(jià)較高、穩(wěn)定性差和易產(chǎn)生波磨等原因，在國內(nèi)使用較少。

3)減振道床。

有砟軌道使用道砟墊降低軌道剛度，減輕輪軌相互作用，降低軌道振動噪聲；無砟軌道則采用浮置板隔振軌道結(jié)構(gòu)，通過插入固有振動頻率遠(yuǎn)低于激振頻率的線性諧振器，形成質(zhì)量—彈簧體系，使振動能量衰減后再傳遞給下部結(jié)構(gòu)，達(dá)到減振目的。浮置板隔振軌道結(jié)構(gòu)具體可分為橡膠浮置板、鋼彈簧浮置板、浮置板有砟軌道。橡膠浮置板初期減振效果可達(dá)10 dB～15 dB，但橡膠老化后減振效果不理想，不易檢修更換。鋼彈簧浮置板用鋼彈簧隔振器替代橡膠支座，還可安裝與螺旋彈簧并聯(lián)的粘滯阻尼器，具有固有頻率低、隔振效果好、使用壽命長、方便維修等優(yōu)點(diǎn)，減振效果可達(dá)25 dB～30 dB，是目前特殊減振地段首選措施。浮置板有砟軌道是有砟軌道和浮置板的結(jié)合，如圖1所示，在浮置板型上設(shè)置道砟槽，輪軌作用經(jīng)過道砟和浮置板雙重減振，是目前減振降噪性能最好的軌道結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是軌道結(jié)構(gòu)剛度較高、自重大，相應(yīng)的造價(jià)也較高。

3 設(shè)計(jì)建設(shè)綜合減振降噪措施

車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)減振降噪通常是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及振源控制、振動傳播途徑控制、受振體控制，需線路車輛、軌道、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)協(xié)同配合?，F(xiàn)以佛山2號線車輛段采取的綜合減振降噪措施進(jìn)行說明。佛山2號線車輛段定位為線網(wǎng)性車輛大架修基地，承擔(dān)2號線列車的大架修、定修、臨修任務(wù)，以及列車的停車列檢、雙周/三月檢任務(wù)。車輛段開發(fā)模式為地下掩土模式，車輛段大庫共2層，1層為架空車庫，2層為軌道交通停車場。庫區(qū)上蓋規(guī)劃建設(shè)2排共20棟33層居民樓，咽喉區(qū)北側(cè)共規(guī)劃建設(shè)1排10棟居民樓，西側(cè)咽喉區(qū)上方規(guī)劃建設(shè)學(xué)校，東側(cè)咽喉區(qū)以及庫區(qū)南側(cè)規(guī)劃商業(yè)建筑。整個(gè)上蓋建筑的規(guī)劃融合了TOD概念。

3.1 綜合減振措施

針對不同區(qū)域輪軌噪聲特點(diǎn)，采取相應(yīng)的減振降噪措施。

1)庫外線。

咽喉區(qū)軌縫多、小半徑曲線多、列車運(yùn)行速度較快，輪軌沖擊振動較強(qiáng)，振動經(jīng)樓板、柱體傳至上蓋建筑物內(nèi)，引發(fā)二次結(jié)構(gòu)噪聲。為了降低振動對上蓋建筑的影響，咽喉區(qū)與庫區(qū)通過設(shè)置結(jié)構(gòu)變形縫，延長振動傳播距離，設(shè)置結(jié)構(gòu)變形縫后傳遞路徑為：水平傳至框架柱，豎向傳遞至土層，經(jīng)土層衰減作用后，水平傳遞一定距離至庫區(qū)框架柱，豎向傳遞至建筑物。此外，還要求樓板固有頻率避開列車振動荷載主頻范圍，防止發(fā)生共振[12]。

除上述結(jié)構(gòu)減振措施外，根據(jù)咽喉區(qū)距離上蓋建筑物距離及建筑物使用環(huán)境，對軌道采取針對性的減振措施。西側(cè)入段線終點(diǎn)里程至上蓋學(xué)校東側(cè)30 m位置，由于距離學(xué)校較近、行車速度高，咽喉區(qū)設(shè)置橡膠浮置板或鋼彈簧浮置板；西側(cè)牽出線距離上蓋建筑物20 m內(nèi)，設(shè)置橡膠浮置板或鋼彈簧浮置板，其余位置設(shè)置普通扣件或減振扣件；東側(cè)咽喉區(qū)因設(shè)置有變形縫，傳遞距離大于20 m，線路采用減振墊方案，僅輪軌作用較強(qiáng)的交叉渡線采用鋼彈簧浮置板。

2)庫內(nèi)線。

運(yùn)用庫內(nèi)線路列車運(yùn)行速度較慢，距離上蓋建筑較近，對上蓋建筑物影響較大。列檢線最北側(cè)股道距建筑物外墻為2.6 m，雙周/三月檢線距建筑外墻5.6 m。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》對檢查坑的規(guī)定，對隔振支座浮置結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。列檢線、雙周/三月檢線距離上蓋建筑最小水平距離小于20 m時(shí)，采用隔振支座浮置結(jié)構(gòu)和減振扣件的綜合減振措施；大于20 m時(shí)，采用隔振支座浮置結(jié)構(gòu)。

檢修庫內(nèi)線路上蓋建筑物是菜市場和2層商業(yè)建筑，對振動噪聲的耐受度較高；距離南側(cè)上蓋居民樓40 m。由于列車速度低，且與南側(cè)上蓋建筑之間設(shè)有變形縫，振動傳遞路徑較長，對上蓋建筑物影響較小，采用減振扣件或普通扣件。

試車線位于高架結(jié)構(gòu)上，距離上蓋學(xué)校最近5 m，距離上蓋建筑最近4.7 m，但建筑物均位于試車線盡端位置，列車速度較慢，輪軌沖擊稍小，綜合考慮在試車線兩端距離建筑物20 m范圍內(nèi)采用鋼彈簧浮置板或橡膠浮置板。試車線中段列車速度較快，輪軌沖擊較強(qiáng)，但距離上蓋建筑物較遠(yuǎn)，傳遞路徑長、影響較小，采用減振扣件或普通扣件。

洗車線、鏇輪線、走行線、聯(lián)絡(luò)線等線路列車少、運(yùn)行速度低，因距離建筑物較近且無結(jié)構(gòu)縫，振動噪聲傳遞路徑較短，對上蓋影響大。洗車線位于建筑外墻正下方，采用鋼彈簧浮置板或橡膠浮置板；走行線、聯(lián)絡(luò)線、鏇輪線距離上蓋建筑稍遠(yuǎn)，采用減振扣件或道砟墊。

3)庫內(nèi)設(shè)備。

庫內(nèi)設(shè)備中，橋式起重機(jī)引起的振動最為顯著，其主要特點(diǎn)是使用頻次高、速度慢、啟動制動頻繁等。由于檢修庫位于上蓋建筑物南側(cè)，兩者之間設(shè)置有變形縫，采取無縫鋼軌、減振型壓軌器等措施。

3.2 降噪措施

在車輛段范圍內(nèi)，降噪主要措施是安裝吸聲材料和消聲器。對于上蓋建筑北側(cè)的不落輪鏇庫，采取降噪封閉措施和噪聲漏泄檢查。

4 運(yùn)營維護(hù)綜合減振降噪措施

減振降噪控制措施中，振動傳播途徑在設(shè)計(jì)中明確、建設(shè)完成后就基本定型；而振源控制受服役狀態(tài)的影響，在運(yùn)營過程中需要持續(xù)關(guān)注。

當(dāng)發(fā)生車輪不圓順、軌道病害時(shí)，輪軌相互作用急劇增大，過大的輪軌作用會使軌道結(jié)構(gòu)過早的發(fā)生損壞。運(yùn)營過程中，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，可分別從軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)和車輪狀態(tài)進(jìn)行控制。軌道結(jié)構(gòu)在列車荷載循環(huán)往復(fù)作用以及環(huán)境等因素的共同作用下，軌道結(jié)構(gòu)不可避免的發(fā)生病害。通過養(yǎng)護(hù)維修，使軌道結(jié)構(gòu)始終處于質(zhì)量均衡、設(shè)備有序的可控狀態(tài)。當(dāng)鋼軌發(fā)生波形磨耗、剝離掉塊等，應(yīng)及時(shí)對鋼軌進(jìn)行打磨；線路發(fā)生軌道不平順，應(yīng)及時(shí)對線路進(jìn)行精調(diào)，恢復(fù)線路平順狀態(tài)。當(dāng)有砟道床發(fā)生道砟粉化、道床板結(jié)等病害，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清篩、補(bǔ)砟，改善道床彈性。當(dāng)減振道床主要減振器元器件失效、老化，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。當(dāng)車輪發(fā)生扁疤、車輪多邊形化等不圓順時(shí)，應(yīng)定期對車輪進(jìn)行鏇修。

5 結(jié)語

通過對車輛段設(shè)計(jì)建設(shè)階段和運(yùn)營維護(hù)階段綜合減振降噪措施進(jìn)行探討，得到如下結(jié)論：

1)綜合考慮軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行速度、振動傳遞路徑及距離上蓋建筑物距離等因素，采取軌道減振、結(jié)構(gòu)減振措施，將輪軌沖擊振動影響降至允許范圍。

2)軌道減振是振源控制措施，可根據(jù)不同減振需求采用鋼軌減振、扣件減振和道床減振措施。

3)結(jié)構(gòu)減振為傳播途徑控制措施，可通過設(shè)置結(jié)構(gòu)變形縫來延長振動傳遞路徑；樓板固有頻率應(yīng)避開列車振動荷載主頻范圍，防止發(fā)生共振。

4)運(yùn)營維護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)振源控制，及時(shí)對車輪、軌道病害進(jìn)行維修，保證軌道平順、輪軌作用平穩(wěn)。

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