尹學(xué)軍，蘭慧峰，李會超，劉永強，李國玉，秦明君，洪 彧

（1.青島科而泰環(huán)境控制技術(shù)有限公司，山東青島 266101；2.青島地鐵集團有限公司，山東青島 266108；3.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都 610031）

減振預(yù)制浮置道床在軌道交通減振領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，許多專家學(xué)者對減振墊浮置板系統(tǒng)作了大量的研究[1-5]。研究表明，預(yù)制道床具有鋪設(shè)精度高、進度及質(zhì)量易控制、勞動強度小、后期維護方便等優(yōu)點，所以道床全面預(yù)制化已成為國內(nèi)軌道交通建設(shè)的發(fā)展趨勢，并在上海、深圳、蘇州等地廣泛應(yīng)用。通過大量工程經(jīng)驗可知，預(yù)制道床中的鋼彈簧浮置板雖然減振效果較好，但是具有鋪設(shè)成本較高、位移較大以及失效后安全性較差[6-7]等缺點，而目前減振墊預(yù)制道床技術(shù)存在減振等級固定、失效后無法更換等缺點。

為解決現(xiàn)有減振墊道床減振效果差、減振等級單一固定，以及線路運行后減振等級無法升級和再調(diào)平困難等問題，本文提出了基于多孔自由式復(fù)合減振墊的多等級減振通用預(yù)制道床技術(shù)(見圖1)，并將該技術(shù)應(yīng)用于青島新建地鐵4 號線張彭區(qū)間地鐵項目。經(jīng)過相關(guān)測試，該多等級減振預(yù)制道床具有較好的減振效果，同時可根據(jù)項目具體情況需要對減振等級進行調(diào)整，真正實現(xiàn)了精準(zhǔn)調(diào)平、線路運行前后的減振等級可調(diào)、減振墊更換方便以及鋪設(shè)成本降低。由于道床和基底板均為預(yù)制生產(chǎn)，這樣大大提高了現(xiàn)場的施工效率及施工質(zhì)量，縮短了工期，節(jié)省了大量人工成本。為使表述簡潔，將“多等級減振通用預(yù)制道床的高等減振道床”簡稱為“高等減振道床”；“多等級減振通用預(yù)制道床的中等減振道床”簡稱為“中等減振道床”；“長枕埋入式現(xiàn)澆混凝土普通整體道床”簡稱為“普通道床”。各層級減振參數(shù)設(shè)計見表1。

表1 各層級減振參數(shù)設(shè)計Table 1 Design of vibration reduction parameters at each level

1 試驗條件說明

1.1 軌道

本次試驗選取的地鐵線路區(qū)間隧道內(nèi)鋪設(shè)60 kg/m鋼軌，扣件為DTVI2型，測試區(qū)間左線高等減振道床鋪設(shè)長度為153.6 m(曲線段)，中等減振道床鋪設(shè)長度為148.8 m(直線段)。浮置板道床厚度均為260 mm，寬度均為2.3 m，標(biāo)準(zhǔn)板長度為4.7 m，普通道床與浮置板道床在區(qū)間內(nèi)的分布情況如圖2 所示。

圖2 多等級減振預(yù)制道床與普通道床分布情況Figure 2 Distribution of prefabricated and ordinary multi-class vibration damping ballast beds

1.2 斷面及測點選擇

根據(jù)《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T 191—2012)[8]要求，選取線路條件(包括地址條件、線路曲線半徑、鋼軌類型、軌道不平順、隧道壁斷面、隧道埋深、路基或橋梁結(jié)構(gòu)等)、鋼軌和扣件類型應(yīng)與浮置板軌道相同或相似的普通道床地段作為參考系，應(yīng)借助參考系相同測點的測量結(jié)果，通過比較得出浮置板軌道的減振效果。綜合考慮以上因素及要求，為得到客觀性評價，最終決定選取8 組斷面進行測試，測試斷面情況見表2。

表2 測試斷面情況Table 2 Test section

隧道內(nèi)振動及位移測試同時進行，振動加速度傳感器安裝高度在軌面1.25 m 處隧道壁位置及道床板中心邊側(cè)位置，位移傳感器安裝在板端部位置(見圖3)，位移測試斷面選取斷面2、斷面4 和斷面6 分別進行測試。多等級減振通用預(yù)制道床振動及位移測點現(xiàn)場布置見圖4，普通道床測點布置與多等級減振通用預(yù)制道床一致。

圖3 浮置板道床過車振動及位移響應(yīng)測點布置Figure 3 Schematic of measuring points for vibration and displacement response of floating plate ballast bed

圖4 測試現(xiàn)場測點布置Figure 4 Layout of measuring points at the test site

1.3 車輛

測試的運營車輛為B1 型電客車，6 節(jié)編組，4 動2拖，總長118 m，設(shè)計軸重14 t，車輛的長、寬、高分別為19、2.8 和3.8 m，區(qū)間內(nèi)列車設(shè)計時速為80 km/h，實際測試時列車以70 km/h 左右速度通過所有測試斷面。

1.4 測試設(shè)備

本次試驗主要采用北京某振動與噪聲技術(shù)研究所研制的INV3062-C1(L)型信號采集處理分析系統(tǒng)。INV9828 型加速度傳感器，采樣頻率為1 280 Hz；DH920型電渦流位移傳感器，采樣頻率為25.6 Hz，所有檢測設(shè)備鑒定證書均在有效期內(nèi)。

2 評價指標(biāo)及數(shù)據(jù)分析

2.1 評價指標(biāo)

根據(jù)《浮置板軌道技術(shù)要求》(CJJ/T 191—2012)要求，減振效果的評價指標(biāo)計算的量應(yīng)為浮置板軌道與普通道床軌道比較分頻振級均方根的差值ΔLa，頻率考慮范圍為4～200 Hz，計算公式如式(1)所示：

式中，VLq(i)是選擇沒采取浮置板的地段為參考系，其軌旁測點垂向振動加速度在1/3 倍頻程第i個中心頻率的分頻振級，dB；VLh(i)是選擇采取浮置板的地段為參考系，其軌旁測點垂向振動加速度在1/3 倍頻程第i個中心頻率的分頻振級(dB)。

Z 計權(quán)傳遞損失計算采用了先計權(quán)后求差的環(huán)評計算評價方法[9]。首先分別計算道床和隧道壁的垂向振動Z振級，然后再對兩者做差求得計權(quán)后的傳遞損失，見式(2)，Z 振級計權(quán)因子參考標(biāo)準(zhǔn)(ISO 2631—1：1997)[10]。

式中，VLt-w為同一斷面道床與隧道壁之間Z 計權(quán)傳遞損失值(dB)；VLt為道床垂向Z 振級(dB)；VLw為隧道壁垂向Z 振級(dB)。位移測試結(jié)果的評價指標(biāo)是過車時域數(shù)據(jù)的最大值。

位移測試數(shù)據(jù)分析時域數(shù)據(jù)峰值大小作為評價指標(biāo)。為消除隨機干擾，以下分析結(jié)果均按照每個測點選取20 組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值進行。

2.2 時域分析

列車經(jīng)過各測試斷面時，道床和隧道壁測點的典型加速度時程如圖5～6 所示，由圖中可以明顯看出，高等、中等減振道床振動加速度的最大值是普通道床的19 倍，而相對應(yīng)的隧道壁垂向振動加速度的最大值是普通道床的1/6。這是由于復(fù)合減振墊剛度較小導(dǎo)致多等級減振浮置板道床振動較為劇烈，同時其對過車振動又有較好的衰減作用。

圖6 隧道壁垂向振動加速度典型時程曲線Figure 6 Typical time history curve of vertical vibration acceleration of tunnel wall

各測試斷面測點的典型位移時程如圖7～8 所示，20 組數(shù)據(jù)最大值平均值統(tǒng)計如表3 所示?？梢缘玫剑叩?、中等減振道床地段軌道板垂向及橫向位移均比普通道床大，且均不大于2 mm，滿足《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T 191—2012)中不大于3 mm 的要求。

表3 道床位移統(tǒng)計Table 3 Displacement statistics table of the ballast bed mm

圖8 道床橫向位移典型時程曲線Figure 8 Typical time history curve of the transverse displacement of the ballast bed

2.3 隧道壁分頻振級差值分析

表4 和圖9 分別為Z 計權(quán)后高等、中等減振道床和普通道床各斷面隧道壁的垂向振級實測結(jié)果平均值統(tǒng)計表和1/3 倍頻程振級頻譜圖。

表4 隧道壁垂向Z 振級統(tǒng)計Table 4 Statistics of vertical Z vibration levels of tunnel wall dB

圖9 減振道床與普通道床隧道壁分頻振級對比Figure 9 Comparison of frequency divided vibration levels for tunnel walls of damping track bed and ordinary track bed

由表4 和圖9 可以得到，高等減振道床與普通道床相比，減振效果為13.9 dB，其中在20～200 Hz 頻帶范圍內(nèi)減振效果明顯，分頻振級最大值為49.9 dB(斷面3)，位于80 Hz 中心頻率處；中等減振道床與普通道床相比，減振效果為8.5 dB，其中在50～200 Hz頻帶范圍內(nèi)減振效果明顯，分頻振級最大值為54.4 dB(斷面6)，位于63 Hz 中心頻帶處；同時由圖9 可以得出，所有的普通道床斷面隧道壁的分頻振級最大值均位于63 Hz 中心頻率處，最大值為64.8 dB(斷面7)。

2.4 道床與隧道壁傳遞損失分析

經(jīng)過分析得到，普通道床的4 個斷面的傳遞損失基本一致，在此只選取普通道床斷面2 進行分析，其他斷面不再贅述。同樣，高等、中等減振道床各選取斷面4 和斷面6 進行分析，另一斷面不再贅述。表5給出了普通道床、高等減振道床、中等減振道床與對應(yīng)隧道壁的垂向加速度分頻振級傳遞損失比較結(jié)果。

表5 道床與隧道壁之間的傳遞損失值Table 5 Transfer loss values between track bed and tunnel wall dB

由表4、圖10～11 可以得到，高等、中等減振道床的各分頻振級傳遞損失效果分別是普通道床的3.6 倍和2.8 倍，可見該復(fù)合型減振墊具有較好的減振效果。

圖10 同一斷面道床與隧道壁Z 振級曲線Figure 10 Z-vibration level curve of track bed and tunnel wall at the same section

圖11 多等級減振道床與普通道床插入損失曲線Figure 11 Insertion loss curve of multilayer damping track bed and ordinary track bed

實際工程中，可根據(jù)地鐵線路過車振動大小及地鐵線路與擬建建筑距離等影響因素，選擇高等、中等減振預(yù)制道床進行設(shè)計安裝。

3 結(jié)論

通過對青島地鐵4 號線張彭區(qū)間多等級減振預(yù)制道床與普通道床過車振動及位移測試分析，可以得到以下主要結(jié)論：

1) 在地鐵車輛實際載客運行及速度70 km/h 左右時，高等、中等減振道床較普通道床減振效果(分頻振級均方根差值平均值)分別為13.9 和8.5 dB；高等、中等減振道床斷面道床與隧道壁之間的Z 振級傳遞損失值分別為45.8 和35.1 dB。

2) 多等級減振通用預(yù)制道床的高等減振道床、中等減振道床以及普通道床，過車時，垂向位移分別為2.298、0.265 和0.058 mm；橫向位移分別為0.046、0.025 和0.019 mm，均滿足《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T 191—2012)中的要求。

3) 多等級減振通用預(yù)制道床減振效果明顯，可根據(jù)不同需求自由選擇減振等級，研究結(jié)果對減振通用預(yù)制道床的發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。