作者單位：1.廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，廣州510030；

2.洛陽(yáng)科博思新材料科技有限公司，洛陽(yáng)471000

作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：呂銳，男，工程師。

摘要：地鐵是一種重要的交通工具，但其運(yùn)營(yíng)引起的振動(dòng)噪聲對(duì)線路和車輛環(huán)境存在較大影響。為減少地鐵線路和車輛的振動(dòng)噪聲，開(kāi)發(fā)了一種用于城市軌道交通的高扭抗高等減振扣件。本文首先對(duì)高扭抗高等減振扣件的組成進(jìn)行介紹，其次分析了高扭抗與減振的實(shí)現(xiàn)方式，該扣件利用高扭抗軌撐設(shè)計(jì)，在獲得低垂向支撐剛度和較高減振效果的同時(shí)，對(duì)軌道橫向位移和軌距擴(kuò)張起到了明顯的控制作用。在廣州地鐵某線上的應(yīng)用結(jié)果表明，該扣件的減振量相對(duì)彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件提高12 dB以上，軌距變化平均值0.22 mm。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；高扭抗高等減振扣件；應(yīng)用性能分析

地鐵是一種重要的交通工具， 由于具有不占用地面空間、運(yùn)量大、速度快、準(zhǔn)時(shí)、方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為解決城市交通擁擠、降低大氣污染的有效手段，但地鐵運(yùn)營(yíng)引起的振動(dòng)噪聲對(duì)線路和車輛環(huán)境存在較大影響［1］。

為減少地鐵線路和車輛振動(dòng)噪聲，開(kāi)發(fā)了一種新型無(wú)（金屬）彈條可分離式的高扭抗高等減振扣件，本文重點(diǎn)介紹了其結(jié)構(gòu)原理、減振效果和軌道水平位移。相對(duì)于普通扣件，其減振量提高了12 dB以上，同時(shí)能有效控制鋼軌扭轉(zhuǎn)，在垂向剛度較低的情況下具有更好的軌距保持能力。

1高扭抗高等減振扣件介紹

高扭抗高等減振扣件是一種軌道減振扣件，通過(guò)高橫向剛度絕緣軌撐從鋼軌兩側(cè)將鋼軌夾緊，扣件由底板、側(cè)向擋板、定位鎖緊塊、T形螺栓、調(diào)距扣板、軌撐、軌下絕緣彈性墊板、絕緣耦合墊板組成，如圖1所示。

2高扭抗與減振的實(shí)現(xiàn)方式

減振扣件主要通過(guò)降低垂向支撐剛度實(shí)現(xiàn)更好的隔振效果。隨著垂向支撐剛度的降低，必然帶來(lái)軌道橫向移動(dòng)以及鋼軌扭轉(zhuǎn)的加大，進(jìn)而使軌距變化加大。高扭抗對(duì)鋼軌扭抗和橫向移動(dòng)有較大的抵抗作用，在獲得較好隔振效果的同時(shí)可有效控制鋼軌的水平移動(dòng)和軌距擴(kuò)大。

高扭抗高等減振扣件兩側(cè)軌撐由絕緣橡膠和金屬支撐結(jié)構(gòu)組成，絕緣橡膠內(nèi)嵌金屬材料，增大其橫向剛度，軌撐幾乎覆蓋整個(gè)軌腰和軌腳部分，具有較大的接觸面積，在橫向力作用下，軌撐控制鋼軌水平向移動(dòng)。在鋼軌下部設(shè)有絕緣彈性墊板，該絕緣彈性墊板垂向剛度較低，為扣件系統(tǒng)提供主要的垂向支撐剛度。這種軌底提供垂向剛度、兩側(cè)設(shè)置軌撐提供橫向約束的設(shè)計(jì)是該扣件區(qū)別于傳統(tǒng)軌腰支承結(jié)構(gòu)扣件（如先鋒扣件［2］）的主要特征之一。

3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)地段為整體道床結(jié)構(gòu)，位于廣州地鐵某線正線區(qū)間，其中部分既有扣件失效，更換為高扭抗高等減振扣件。為了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證其減振效果，在臨近工況相似的位置鋪設(shè)彈條Ⅲ型分開(kāi)式普通扣件同時(shí)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，對(duì)比分析其減振效果、軌道水平位移和軌距擴(kuò)大量。測(cè)試所用車輛為地鐵L型車6節(jié)編組。

3.1隧道內(nèi)振動(dòng)分析方法

隧道內(nèi)振動(dòng)測(cè)試的測(cè)試量、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方法依據(jù)《人體對(duì)振動(dòng)的響應(yīng) 測(cè)量?jī)x器》（GB/T 23716—2009）、《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—1988）、《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009）。根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》（HJ 453—2018）等規(guī)定，振動(dòng)傳感器置于單線隧道的隧道壁處（遠(yuǎn)離另一線隧道一側(cè)），高于軌頂面1.25 m±0.25 m。

插入損失的定義為

L1=20lga2Ra2（1）

式中，a2R為無(wú)隔振裝置時(shí)的響應(yīng)；a2為有隔振裝置時(shí)的響應(yīng)。當(dāng)L1≥0時(shí)，隔振系統(tǒng)起作用；當(dāng)L1lt;0時(shí)，隔振系統(tǒng)沒(méi)有衰減作用。

對(duì)式（1）進(jìn)行變換，引入基準(zhǔn)加速度a0=10-6 m/s2，得到

L1=20lga2Ra0·a0a2=20lg

a2Ra0-20lga2a0（2）

L1=VL2R-VL2（3）

列車通過(guò)時(shí)段不同物理量的取值如下。

（1）Z振級(jí)VLz

《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—1988）采用的是垂向計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，因此計(jì)算1～80 Hz范圍內(nèi)垂向計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的Z振級(jí)，分析列車通過(guò)時(shí)的VLzmax。

（2）分頻振級(jí)均方根VLza（1～200 Hz）

《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 191—2012）中減振效果評(píng)價(jià)指標(biāo)為分頻振級(jí)均方根VLza，頻率范圍為1～200 Hz，計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)為《機(jī)械振動(dòng)與沖擊人體暴露于全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)第1部分： 一般要求》（GB/T 13441.1—2007）中的垂向計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。

ΔVLza=10lg∑ni=110VLq（i）10－10lg∑ni=110VLh（i）10（4）

式中，VLq（i）為普通扣件隧道壁垂向振動(dòng)加速度在1/3倍頻程第i個(gè)中心頻率的分頻振級(jí)（dB）；VLh（i）為高扭抗高等減振扣件隧道壁垂向振動(dòng)加速度在1/3倍頻程第i個(gè)中心頻率的分頻振級(jí)（dB）。

（3）分頻最大振級(jí)VLmax

《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009）的規(guī)定分頻振級(jí)應(yīng)按表1規(guī)定的1/3倍頻程中心頻率的Z計(jì)權(quán)因子進(jìn)行修正后得到，評(píng)價(jià)量為1/3倍頻程中心頻率上的最大振動(dòng)加速度級(jí)（簡(jiǎn)稱分頻最大振級(jí)，記為VLmax），即列車通過(guò)時(shí)的VLmax（i）。

（4）振動(dòng)加速度級(jí)VAL

振動(dòng)加速度級(jí)VAL為

VAL=20lgaa0（dB）（5）

式中a——列車通過(guò)時(shí)的振動(dòng)加速度有效值（m/s2）；

a0——基準(zhǔn)加速度，取a0=10-6 m/s2。

為保證振動(dòng)加速度時(shí)域和頻域分析的準(zhǔn)確性及真實(shí)性，測(cè)試數(shù)據(jù)處理時(shí)，消除系統(tǒng)誤差，舍棄因過(guò)失誤差產(chǎn)生的可疑數(shù)據(jù)，對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行預(yù)檢，去掉奇異項(xiàng)，修正零線飄移、趨勢(shì)項(xiàng)等誤差。

3.2高扭抗高等減振扣件振動(dòng)特性

列車通過(guò)時(shí)段，高扭抗高等減振扣件地段的道床、隧道壁垂向振動(dòng)加速度典型時(shí)域波形、典型頻譜分別如圖2和圖3所示，振動(dòng)加速度級(jí)（0.5～1 000 Hz）統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

列車通過(guò)時(shí)段，高扭抗高等減振扣件地段的隧道壁垂向振動(dòng)加速度、道床垂向振動(dòng)加速度級(jí)分別為95.5 dB、101.0 dB。

（1）隧道壁Z振級(jí)減振效果對(duì)比（分析頻率1～80 Hz）

彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件地段和高扭抗高等減振扣件地段隧道壁垂向振動(dòng)加速度按照計(jì)權(quán)得到隧道壁VLzmax，見(jiàn)表4。按照計(jì)權(quán)得到的彈條Ⅲ型扣件地段隧道壁VLzmax為87.9 dB；高扭抗高等減振扣件地段隧道壁VLzmax為65.5 dB。考慮列車速度的修正值（-0.7 dB）和曲線直線（小曲線半徑內(nèi)、外軌側(cè)）的修正值（-8～-5 dB），高扭抗高等減振扣件插入損失ΔVLzmax為13.7～16.7 dB。

（2）隧道壁垂向分頻最大振級(jí)（分析頻率4～200 Hz）

根據(jù)《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009）規(guī)定，按《機(jī)械振動(dòng)與沖擊 人體暴露于全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)第1部分： 一般要求》（GB/T 13441.1—2007）垂向頻率計(jì)權(quán)，彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件地段隧道壁分頻最大振級(jí)VLmax（i）為85.1 dB（中心頻率為80 Hz）；高扭抗高等減振扣件地段隧道壁分頻最大振級(jí)VLmax（i）為60.5 dB（中心頻率為63 Hz）。

（3）隧道壁垂向分頻振級(jí)均方根（分析頻率1～200 Hz）

與彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件地段相比，按照計(jì)權(quán)得到的高扭抗高等減振扣件地段隧道壁均方根ΔVLza為23.4 dB。考慮列車速度的修正和曲線直線（小曲線半徑內(nèi)、外軌側(cè)）的修正值，高扭抗高等減振扣件插入損失ΔVLza為14.7～17.7 dB。

3.5軌道水平向位移分析

（1）實(shí)測(cè)列車通過(guò)彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件時(shí)，右軌（內(nèi)軌）的軌底橫向位移為0.18～0.55 mm，平均值為0.38 mm；左軌（外軌）的軌底橫向位移為0.20～0.45 mm，平均值為0.34 mm。

彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件列車通過(guò)時(shí)軌距擴(kuò)大量為0.38～0.93 mm，平均值為0.66 mm。

（2）實(shí)測(cè)列車通過(guò)高扭抗高等減振扣件時(shí)，右軌（內(nèi)軌）的軌底橫向位移為0.10～0.17 mm，平均值為0.13 mm；左軌（外軌）的軌底橫向位移為0.08～0.15 mm，平均值為0.12 mm。

高扭抗高等減振扣件列車通過(guò)時(shí)軌距擴(kuò)大量為0.18～0.26 mm，平均值為0.22 mm。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)廣州地鐵某線正線區(qū)間的高扭抗高等減振扣件和彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件的減振效果、軌道動(dòng)態(tài)位移進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》（GB 10071—1988）、《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 170—2009），測(cè)試斷面為單洞單線的圓形盾構(gòu)隧道，無(wú)縫線路，R=350 m曲線，鋪設(shè)60 kg/m鋼軌。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)的地鐵L型車6節(jié)編組條件下，在時(shí)域和頻率范圍內(nèi)對(duì)比分別鋪設(shè)高扭抗高等減振扣件和彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件地段的道床、隧道壁振動(dòng)加速度及軌道結(jié)構(gòu)位移，可得出以下結(jié)論：

（1）分析隧道壁Z振級(jí)（頻率1～80 Hz）高扭抗高等減振扣件插入損失ΔVLzmax為13.5～16.5 dB。隧道壁分頻最大振級(jí)（頻率4～200 Hz）：彈條Ⅲ型扣件地段整體道床隧道壁分頻最大振級(jí)VLmax（i）為85.1 dB（中心頻率為80 Hz）；高扭抗高等減振扣件地段隧道壁分頻最大振級(jí)VLmax（i）為60.5 dB（中心頻率為63 Hz）。隧道壁垂向分頻振級(jí)均方根（頻率1～200 Hz）：高扭抗高等減振扣件地段隧道壁ΔVLza為23.4 dB。考慮列車速度的修正和曲線直線（小曲線半徑內(nèi)、外軌側(cè)）的修正值，高扭抗高等減振扣件插入損失ΔVLza為14.5～17.5 dB。

（2）彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件地段列車通過(guò)時(shí)軌距擴(kuò)大量為0.38～0.93 mm，平均值為0.66 mm；高扭抗高等減振扣件地段列車通過(guò)時(shí)軌距擴(kuò)大量為0.18～0.26 mm，平均值為0.22 mm。

綜上所述，在類似工況下，高扭抗高等減振扣件相對(duì)于彈條Ⅲ型分開(kāi)式扣件具有良好的減振效果，其高扭抗和軌撐的設(shè)計(jì)使其具有更好的軌距保持能力。

參考文獻(xiàn)

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