木東升 尹華拓 黃國慶

(1.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510010； 2.廣州地鐵建設(shè)管理有限公司，廣州 510010)

因地制宜地選擇城市軌道交通停車場及車輛段軌道減振降噪措施，可使列車運行時的振動和噪聲對上蓋建筑的影響滿足環(huán)保要求[1]。目前，已有許多學(xué)者開展相關(guān)研究，何永春等針對深圳地鐵5號線塘朗車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)的減振降噪問題，根據(jù)車輛段軌道振動和噪聲源以及振動和噪聲值的預(yù)測成果，對各種減振與降噪措施進(jìn)行綜合比較[1]；鄔玉斌等對北京某車輛段地鐵振動進(jìn)行現(xiàn)場實測，認(rèn)為庫上建筑受地鐵振動影響明顯，建筑振動以豎向為主，樓板振動程度與自身固有頻率有關(guān)，應(yīng)盡量避開地鐵振動的主頻范圍[2]；于占洋通過對線路特征及聲源進(jìn)行總體分析，根據(jù)車輛段軌道自身結(jié)構(gòu)特點及噪聲的特性，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)工程經(jīng)驗和廣泛調(diào)研提出減振降噪措施及管理措施[3]；孫亮明等針對國內(nèi)某地鐵車輛段試車線上蓋住宅進(jìn)行現(xiàn)場實測，獲得列車以不同時速運行時上蓋住宅各層的豎向和橫向振動實測數(shù)據(jù)，并分析樓板振動在時域和頻域內(nèi)的振動特點及衰減規(guī)律，探討不同車速對上蓋住宅樓板振動的影響規(guī)律[4]；周杰等針對下沉式地鐵車輛段環(huán)境噪聲問題，采用問卷調(diào)查與現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法，對下沉式地鐵車輛段環(huán)境噪聲特性開展研究[5]。

廣州市軌道交通22號線是廣州首批市域快線，設(shè)計最高運行速度160 km/h。線路建成后將串聯(lián)番禺區(qū)和荔灣區(qū)，連接廣州南站、白鵝潭樞紐等大型鐵路樞紐，發(fā)揮市域快線功能，將廣州打造成為國家“十三五計劃”提出的國際性綜合交通樞紐。廣州市軌道交通22號線工程設(shè)陳頭崗?fù)＼噲鲆惶?，位于石壁村北?cè)。陳頭崗?fù)＼噲稣嫉?4.21 hm2，主要功能為停車列檢、月檢、臨修、試車、洗車和鏃輪。本工程采用國產(chǎn)8節(jié)市域快線列車編組，軸重≤17 t，站場內(nèi)曲線最小半徑為200 m。

根據(jù)工程實施規(guī)劃，對陳頭崗?fù)＼噲鲞M(jìn)行物業(yè)開發(fā)，物業(yè)建筑的主要類型有：住宅樓、小學(xué)、幼兒園等。其中，上蓋住宅主要位于運用庫，上蓋小學(xué)與幼兒園位于咽喉區(qū)正上方，停車場周邊白地開發(fā)為地面住宅。為避免地鐵列車運行時產(chǎn)生的振動及噪聲影響所開發(fā)物業(yè)的商業(yè)價值，應(yīng)采取針對性軌道減振降噪措施。

1 陳頭崗?fù)＼噲鲕壍乐饕夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)

陳頭崗?fù)＼噲鲕噲鼍€采用50 kg/m、U71Mn鋼軌，試車線、出入場線采用60 kg/m、U75V普通熱軋鋼軌，軌距為標(biāo)準(zhǔn)軌距1435 mm，停車場內(nèi)最小曲線半徑為200 m。采用1/40軌底坡，道岔及道岔間不足50m的地段不設(shè)軌底坡；當(dāng)?shù)啦硇枧c兩端線路進(jìn)行軌底坡過渡時，在道岔兩端兩根岔枕處鐵墊板下設(shè)置軌底順坡墊板。

出入場線地面段、試車線非減振碎石道床地段、車場線庫外碎石道床地段采用國鐵彈條Ⅰ型扣件；庫內(nèi)整體道床地段采用50 kg/m鋼軌彈條Ⅰ型分開式扣件；試車線梯形軌枕碎石道床地段采用60 kg/m鋼軌彈條Ⅰ型分開式扣件。

本工程試車線采用碎石道床60 kg/m鋼軌9號彈性可彎尖軌單開道岔，車場線采用碎石道床50 kg/m鋼軌9號單開道岔及9號5.1 m間距交叉渡線，均采用合成岔枕。普速地鐵試車線一般采用碎石道床60 kg/m鋼軌9號道岔，車場線采用碎石道床50 kg/m鋼軌7號單開道岔及交叉渡線。因此，本工程陳頭崗?fù)＼噲鰷p振降噪方案與普速地鐵停車場及車輛段差異較大。

2 減振降噪標(biāo)準(zhǔn)

陳頭崗?fù)＼噲雒舾袇^(qū)域振動限值按照GB10070—88《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》中“居民、文教區(qū)”考慮，并依照HJ453—2018《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》及JGJ/T 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》，以VLzmax作為評價量[6-8]。城市各類區(qū)域鉛垂向Z振級標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

表1 城市各類區(qū)域鉛垂向Z振級標(biāo)準(zhǔn)值 dB

3 陳頭崗?fù)＼噲鰷p振降噪方案設(shè)計原則

陳頭崗?fù)＼噲鰷p振降噪方案設(shè)計原則如下。

①試車線及咽喉區(qū)道岔范圍，與上蓋建筑投影距離小于15 m或與地面建筑投影距離小于25 m時，應(yīng)設(shè)置減振措施。

②在上述地段設(shè)置減振措施時，應(yīng)沿軌道方向延伸25 m。

③庫外整體道床軌道基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)柱及其基礎(chǔ)宜隔離，當(dāng)未隔離時，應(yīng)采用高等及以上等級的軌道減振措施。

④根據(jù)《軌道交通18/22號線正線軌道系統(tǒng)設(shè)備用戶需求書》《陳頭崗?fù)＼噲鲕壍涝O(shè)計變更及五號線阻尼鋼軌降噪效果報告審查會議紀(jì)要》要求，選取條件合適的庫外道口鋪設(shè)減振降噪性能良好的嵌入式軌道。

4 停車場及車輛段常用減振降噪措施

4.1 常用減振措施

(1)減振道砟墊

減振道砟墊是一種質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，其特點主要為采用面支承，耐水、耐磨、耐老化性能好。在停車場及車輛段碎石道床地段鋪設(shè)時，可通過在道砟底面下設(shè)置減振道砟墊來實現(xiàn)減振。減振道砟墊具有減振效果好、施工方便，不影響過軌管線布置等優(yōu)點，已在全球多個國家城市的高鐵、地鐵項目中得到廣泛應(yīng)用。目前，在國內(nèi)香港、臺灣、國鐵成灌線等已通車運營的項目上，減振道砟墊迄今使用情況良好。根據(jù)深圳地鐵1、2號線減振道砟墊的測試，試車線軌枕處平均減振量為4 dB，距離試車線中心線6 m處平均減振量為6 dB。

(2)梯形軌枕

梯形軌枕是一種預(yù)制鋼筋混凝土縱梁支撐軌道結(jié)構(gòu)，由預(yù)應(yīng)力縱向長梁和鋼軌形成復(fù)合軌道，兩個縱向長梁中間用鋼管或混凝土橫梁連接形成框架，形似梯子而得名[9]。

梯形軌枕在國內(nèi)多用于正線、停車場及車輛段整體道床，在縱向長梁下設(shè)置彈性聚氨塑脂支墊，使其浮于混凝土基礎(chǔ)之上，在廣州地鐵5號線魚珠車輛段試車線鋪設(shè)了梯形軌枕試驗段。由于梯形軌枕將軌枕從過去的橫向鋪設(shè)，轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐€路方向(縱向)連續(xù)鋪設(shè)，軌枕下部面積變寬，可以大幅分散對線路構(gòu)造物的載荷，使道床受力更加均勻穩(wěn)定，道砟的應(yīng)力峰值大幅降低，從而減輕對下部構(gòu)造物的負(fù)荷和振動。

(3)減振接頭夾板

減振接頭夾板常用在鋼軌接頭非工作邊側(cè)并在接頭夾板中部一定長度范圍內(nèi)加高至鋼軌軌頂面。車輪碾過鋼軌接頭時，與減振接頭夾板頂部接觸，使軌頂面由中斷變?yōu)檫B續(xù)，緩解了軌縫和相鄰軌端錯牙臺階的影響，從而減輕輪軌沖擊，減少鋼軌端部的沖擊掉塊和塑性變形等病害，改善了輪軌關(guān)系[10]。根據(jù)石太線小半徑曲線地段的實測數(shù)據(jù)，鋪設(shè)減振接頭夾板的鋼軌接頭較一般的鋼軌接頭振動加速度降低50%以上，鋼軌軌底下沉量減少20%。

目前，天津地鐵1號線高架橋普通線路地段，深圳地鐵蛇口車輛段、成都地鐵1號線等需上蓋物業(yè)開發(fā)的車輛段均采用減振接頭夾板，效果良好。

(4)無縫線路

無縫線路主要適用于庫內(nèi)線，庫內(nèi)線車輛運行速度5 km/h左右，引起的振動和噪聲有限。接頭振動是庫內(nèi)線振動的主要來源，鋪設(shè)無縫線路消除鋼軌接頭可以有效減輕振動影響。

(5)熱塑性聚酯高彈性墊板

傳統(tǒng)墊板一般設(shè)計成圓柱形或溝槽形結(jié)構(gòu)，利用橡膠的壓縮變形提供彈性。而熱塑彈性體材料由于具有更好的韌性、彈性及抗彎曲疲勞性，故可以設(shè)計成波浪形，使墊板能同時通過撓曲變形和壓縮變形產(chǎn)生回彈力。并且可以將墊板剛度設(shè)計得更低，有利于降低扣件豎向剛度，降低振動值，預(yù)計減振效果為1～3 dB。

4.2 常用降噪措施

(1)阻尼鋼軌

從減振降噪原理及一些工程的試鋪效果來看，阻尼鋼軌主要適合在小半徑曲線地段使用，用于降低輪軌摩擦的高頻噪聲，降噪效果為2～5 dB(A)[11]。

鋼軌阻尼在軌腰安裝，可以靈活避開扣件、接頭夾板及軌連線等部位，對其他軌旁設(shè)備沒有影響。在線路開通運營以后，應(yīng)根據(jù)線路上噪聲的組成及量值來選擇是否采用鋼軌阻尼。因此，阻尼鋼軌在曲線地段可作為一種降噪輔助措施。

(2)吸聲板

吸聲板的種類和材質(zhì)較多，有泡沫塑料、石棉、微孔陶?；炷痢⑻沾傻?。吸聲板在國內(nèi)地鐵中應(yīng)用很少，僅在個別工程中有過試驗段。2010年，上海3號線曾在石龍路站地面線試鋪了雙線100 m微孔陶?；炷廖暟宀⑦M(jìn)行了降噪效果測試[12]。

根據(jù)上海地鐵3號線試鋪段的現(xiàn)場實測結(jié)果，吸聲板對100～8 000 Hz范圍噪聲均有不同程度的吸聲效果，對250～2 000 Hz的輪軌噪聲可降低5～7 dBA；對于2 000 Hz以上的高頻噪聲，可降低3～5 dBA。從頻譜上看，對500～1 000 Hz輪軌噪聲的降噪效果比較明顯。

4.3 庫外道口減振措施

嵌入式連續(xù)支承無砟軌道(簡稱“嵌入式軌道”)是一種將鋼軌嵌入到混凝土整體道床中，采用彈性墊板連續(xù)支撐、高分子阻尼材料連續(xù)鎖固鋼軌的新型軌道結(jié)構(gòu)，具有整體性好、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、壽命長、減振降噪、日常運營維護(hù)工作量少等特點[13-20]。

5 陳頭崗?fù)＼噲鲕壍罍p振降噪措施

5.1 道岔區(qū)采用減振道砟墊

國內(nèi)大部分帶上蓋物業(yè)的停車場、車輛段試車線及道岔區(qū)均采用減振道砟墊，如深圳地鐵蛇口車輛段、塘朗車輛段、杭州地鐵七堡車輛段、廣州地鐵鎮(zhèn)龍車輛段、蘿崗車輛段、官湖車輛段等。陳頭崗?fù)＼噲龅啦韰^(qū)也采用減振道砟墊。

陳頭崗?fù)＼噲鰩焱廛噲鼍€減振墊碎石道床采用新Ⅱ型預(yù)應(yīng)力混凝土枕，一般段鋪設(shè)密度1 440根/km，庫外平交道口軌枕鋪設(shè)密度為1 820根/km，單層道砟即一級道砟。道床頂部寬2.9 m，砟肩寬200 mm，半徑不大于300 m的曲線外側(cè)砟肩加寬0.1 m，道床邊坡坡率為1∶1.5，碎石道床減振道砟墊設(shè)計見圖1。

圖1 碎石道床減振道砟墊方案(單位：mm)

5.2 試車線采用梯形軌枕

根據(jù)廣州地鐵廈滘車輛段與蘿崗車輛段試車線的振動測試結(jié)果，距離線路中心線6 m處的平均減振效果約為9.5 dB。

碎石道床梯形軌枕在廣州地鐵應(yīng)用廣泛，5號線魚珠車輛段、6號線蘿崗車輛段、13號線官湖車輛段的試車線均鋪設(shè)了梯形軌枕。

考慮廣州地鐵5號線魚珠車輛段試車線21號線鎮(zhèn)龍車輛段、6號線蘿崗車輛段、13號線官湖車輛段試車線均鋪設(shè)梯形軌枕，減振效果良好，軌道狀態(tài)穩(wěn)定，陳頭崗?fù)＼噲鲈囓嚲€采用梯形軌枕。

試車線梯形軌枕碎石道床鋪設(shè)雙層道砟，由底砟和道砟組成，道床頂面寬度為2.8 m，砟肩堆高150 mm，道床邊坡坡率1∶1.75，道砟等級為一級，道床的密實度不得小于1.7 t/m3。曲線地段超高通過全超高方式實現(xiàn)，即將梯形軌枕軌排繞內(nèi)股軌頂中心旋轉(zhuǎn)，使內(nèi)股鋼軌不動、外股鋼軌抬高一個超高值，內(nèi)外側(cè)道砟的外形布置相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；圓曲線地段，超高通過梯形軌枕整體旋轉(zhuǎn)在砟上實現(xiàn)；緩和曲線地段，應(yīng)先按照扣件調(diào)整量表調(diào)整扣件高度，再按設(shè)計超高值調(diào)整扣件處鋼軌。單塊梯形軌枕包含10對扣件，扣件間距為600 mm。每塊梯形軌枕鋪設(shè)長度6 000 mm，實際長度5 800 mm，標(biāo)準(zhǔn)枕縫200 mm，具體枕縫范圍150～250 mm，梯形軌枕總寬2 300 mm(限位凸臺位置)。單邊縱梁寬580 mm，高185 mm。兩片縱梁之間設(shè)2道混凝土橫梁，2道鋼管橫梁，側(cè)面各設(shè)1個縱向防爬凸臺，混凝土強度等級為C60。梯形軌枕道床設(shè)計見圖2。

圖2 梯形軌枕道床方案(單位：mm)

5.3 庫內(nèi)線鋪設(shè)無縫線路

為降低庫內(nèi)線接頭振動，決定鋪設(shè)無縫線路，扣件采用熱塑性聚酯高彈性墊板。

5.4 庫外小半徑曲線地段采用阻尼鋼軌

目前，阻尼鋼軌已在杭州、福州、寧波等待開發(fā)的車輛段(停車場)和部分正線上推廣使用。陳頭崗?fù)＼噲鰩焱庑“霃角€地段采用阻尼鋼軌，阻尼鋼軌降噪效果達(dá)4 dB。

阻尼鋼軌包括但不限于約束阻尼結(jié)構(gòu)、吸振器結(jié)構(gòu)或二者結(jié)合等裝置。以同一線路、同一地段安裝阻尼鋼軌前后相同測點處A計權(quán)噪聲級的差值作為降噪效果的評價依據(jù)，測點為鋼軌外側(cè)3 m外、軌頂高處，在鋼軌表面光亮清潔、曲線嘯叫工況下，阻尼鋼軌降噪效果應(yīng)不低于4 dB(A)。

5.5道口采用嵌入式軌道系統(tǒng)

2015年，廣州地鐵集團(tuán)開始對嵌入式軌道系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計、材料研究、施工工法、維護(hù)技術(shù)成套技術(shù)進(jìn)行研究。2017年12月28日，在廣州地鐵14號線知識城支線的嵌入式軌道試驗段正式通車運行，目前已應(yīng)用近4年?！稄V州地鐵嵌入式連續(xù)支承無砟軌道系統(tǒng)服役性能測試及評估》結(jié)果表明：①嵌入式軌道幾何形位保持良好，系統(tǒng)減振降噪以及雜散電流防護(hù)效果保持良好；②相較于普通扣件式軌道，0～80 Hz范圍內(nèi)(Z計權(quán))嵌入式軌道，減振量為12 dB，且日常養(yǎng)護(hù)維修工作量小。

圖3 嵌入式軌道道床方案(單位：mm)

綜上，嵌入式軌道系統(tǒng)整體性好、減振降噪性能良好、日常養(yǎng)護(hù)維修工作少、外觀整潔、美觀、易于清潔，根據(jù)《軌道交通18/22號線正線軌道系統(tǒng)設(shè)備用戶需求書》《陳頭崗?fù)＼噲鲕壍涝O(shè)計變更及五號線阻尼鋼軌降噪效果報告審查會議紀(jì)要》要求，選取條件合適的道口鋪設(shè)減振降噪性能良好的嵌入式軌道。

6 結(jié)語

通過綜合對比分析國內(nèi)外軌道交通停車場及車輛段減振降噪措施，并結(jié)合廣州市軌道交通既有設(shè)計經(jīng)驗，陳頭崗?fù)＼噲鲕壍罍p振降噪設(shè)計方案為：道岔區(qū)采用減振道砟墊，預(yù)計平均減振量為4～6 dB；試車線采用梯形軌枕，距離線路中心線6 m處的平均減振效果約為9 dB；庫內(nèi)線鋪設(shè)無縫線路，扣件采用熱塑性聚酯高彈性墊板，減振效果為1～3 dB；庫外小半徑曲線地段采用阻尼鋼軌，阻尼鋼軌降噪效果達(dá)4 dB；道口采用嵌入式軌道系統(tǒng)，0～80 Hz范圍內(nèi)(Z計權(quán))嵌入式軌道減振量為12 dB。