摘要：城市軌道交通特殊減振措施，普遍采用鋼彈簧浮置板道床及橡膠隔振器浮置板道床，該類道床型式所需結(jié)構(gòu)高度較大，在盾構(gòu)隧道偏差較大的限制空間便不能滿足其安裝空間要求。基于華南地區(qū)某地鐵線路某盾構(gòu)區(qū)間隧道實(shí)際工程背景，創(chuàng)新設(shè)計(jì)鋼彈簧偏心浮置板道床與諧振式組合減振道床，并探討了2種方案在大偏差盾構(gòu)隧道中的適用性。結(jié)果表明：同標(biāo)準(zhǔn)鋼彈簧浮置板相比，偏心板一階豎向平移振型中附加扭轉(zhuǎn)振型，較易激起浮置板低階振型中的其他扭轉(zhuǎn)振型，對(duì)浮置板穩(wěn)定性不利，列車運(yùn)營過程中可能引起左右晃動(dòng)。諧振式組合減振道床結(jié)構(gòu)高度最小為750mm，其利用浮置道床質(zhì)量及非線性隔振墊吸收軌道振動(dòng)能量，隔離振動(dòng)傳遞。在盾構(gòu)隧道大偏差地段采用諧振式組合減振道床，可避免盾構(gòu)隧道返工整改，節(jié)約工程造價(jià)，并為后續(xù)類似工程的提供解決案例。

關(guān)鍵詞：無砟軌道；軌道減振；諧振式；浮置板道床

0" "引言

城市軌道交通常用的減振措施按減振效果，可分為中等減振措施、高等減振措施及特殊減振措施三大類[1]。中等減振措施主要包括各類減振扣件及彈性軌枕方案。高等減振措施主要包括隔離式減振墊浮置板道床[2]、梯形軌枕、中檔鋼彈簧浮置板等。特殊減振措施主要包括橡膠彈簧浮置板道床、高檔鋼彈簧浮置板道床[3]等。此外，還有各種組合減振措施[4]。其中特殊減振道床因所需結(jié)構(gòu)高度較高，在盾構(gòu)隧道大偏差地段難以適用。

本文基于華南地區(qū)某地鐵線路盾構(gòu)隧道實(shí)際工程，為滿足線路周邊文物保護(hù)需要，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了鋼彈簧偏心浮置板道床與諧振式組合減振道床，并探討了兩種方案在大偏差盾構(gòu)隧道中的適用性。

1" "工程概況

華南地區(qū)某地鐵線路全長32.4km，其中地下線長24.9km，高架線長6.7km，過渡段長0.8km。其中的某區(qū)間全長為1333.750m。區(qū)間線路縱斷面為V形坡，最大坡度為26.152‰，線路埋深15.1～29.8m，隧道頂覆土10.2～24.9m。管片襯砌環(huán)內(nèi)徑為5400mm，外徑為6000mm，管片厚度為300mm，管片襯砌環(huán)寬度為1500mm。

管片襯砌環(huán)采用錯(cuò)縫拼裝，每環(huán)管片由3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊、2個(gè)鄰接塊和1個(gè)封頂塊組成。管片之間的環(huán)向接縫和縱向接縫均采用彎螺栓連接。區(qū)間隧道第584環(huán)管片距離文物保護(hù)建筑水平距離13.95m，隧道埋深為21m。

2" "盾構(gòu)姿態(tài)超限處理

2.1" "盾構(gòu)姿態(tài)超限狀況分析

根據(jù)區(qū)間左線貫通測量斷面數(shù)據(jù)，盾構(gòu)區(qū)間豎向偏差最大位置位于592～594環(huán)，達(dá)到399mm；矢量偏差最大位置位于588環(huán)，達(dá)到444mm，其中水平偏差為右偏211mm，豎向偏差為上抬391mm。

2.2" "盾構(gòu)姿態(tài)超限處理方案分析

2.2.1" "線路調(diào)整

線路縱斷面根據(jù)左線276～843環(huán)范圍內(nèi)的斷面測量數(shù)據(jù)統(tǒng)籌進(jìn)行調(diào)坡，調(diào)坡之后軌道最小結(jié)構(gòu)高度為759mm。因本次盾構(gòu)區(qū)間超限縱向上屬于短距離內(nèi)快速抬頭，所以通過調(diào)坡來改善的效果比較有限[5]，在保證接觸網(wǎng)安裝凈空的同時(shí)，無法滿足軌道結(jié)構(gòu)高度的要求，即通過調(diào)線調(diào)坡無法完全解決盾構(gòu)區(qū)間隧道超限之后帶來的影響。

2.2.2" "限界核查

地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[6]要求，設(shè)備限界與周邊永久結(jié)構(gòu)的距離不小于200mm，特殊情況下不小于100mm。根據(jù)調(diào)整后的線路縱坡，車輛右下角限界非常緊張，設(shè)備限界與隧道管片的最小距離為102mm。

3" "鋼彈簧偏心浮置板道床優(yōu)化方案分析

3.1" "具體優(yōu)化方案

針對(duì)現(xiàn)場盾構(gòu)姿態(tài)超限情況，對(duì)原鋼彈簧浮置板道床優(yōu)化調(diào)整。浮置板厚度為300mm，板中設(shè)有凸臺(tái)，凸臺(tái)高度為160mm，寬度為900mm。浮置板左側(cè)邊緣距中心線1640mm，浮置板右側(cè)距中心線1299mm。

同時(shí)對(duì)隔振器位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，右側(cè)隔振器內(nèi)收至鋼軌下方，距離中心線距離為750mm，左側(cè)隔振器距離中心線距離為930mm。調(diào)整后浮置板左側(cè)比右側(cè)多出約340mm，浮置板左右寬度不等引起質(zhì)量不對(duì)稱。

3.2" "對(duì)車輛運(yùn)行的影響分析

為確定鋼彈簧偏心浮置板對(duì)車輛運(yùn)行的影響，分別建立標(biāo)準(zhǔn)板與偏心板有限元模型，對(duì)比分析二者振動(dòng)模態(tài)與列車荷載作用下的受力及變形。鋼彈簧偏心浮置板模型如圖1所示。

3.2.1" "振動(dòng)模態(tài)分析

標(biāo)準(zhǔn)板與偏心板第五階及六階振型如圖2所示。由五階及六階振型對(duì)比結(jié)果可知：標(biāo)準(zhǔn)浮置板在前十階振型中，只有五階振型出現(xiàn)了縱向扭轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)板在前十階振型除了一階振型中已附加扭轉(zhuǎn)變形，五階和六階均以扭轉(zhuǎn)為主，對(duì)浮置板受力不利。

3.2.2" "受力與變形分析

對(duì)列車軸重荷載下浮置板受力及變形進(jìn)行分析。浮置板列車軸重荷載下受力及變形如圖3所示。浮置板在列車軸重荷載下受力及變形曲線如圖4所示。

由圖3、圖4可知，同標(biāo)準(zhǔn)板相比，偏心板一階豎向平移振型中附加扭轉(zhuǎn)振型，且較易激起浮置板低階振型中的其他扭轉(zhuǎn)振型，對(duì)浮置板穩(wěn)定性不利，列車運(yùn)營過程中可能引起左右晃動(dòng)。

4" "諧振式組合減振道床方案分析

4.1" "諧振式組合減振道床系統(tǒng)組成及原理

諧振式組合減振道床系統(tǒng)是在鋼軌減振扣件安全變形范圍內(nèi)，利用浮置道床質(zhì)量及非線性隔振墊吸收軌道振動(dòng)能量，隔離振動(dòng)的傳遞。在非線性隔振墊低載荷低剛度、高載荷高剛度特點(diǎn)基礎(chǔ)上，利用整體框架式道床板及高彈性減振扣件組合，達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化隔振效果的目的。該系統(tǒng)由框架式道床板、減振扣件、非線性剛度道床隔振墊、諧振蓋板系統(tǒng)、限位凸臺(tái)及緩沖結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，如圖5所示。其軌道結(jié)構(gòu)所需最小高度為750mm。該減振措施減振效果可達(dá)15dB，可滿足線路周邊文物敏感點(diǎn)的減振需求。

4.2" "道床板設(shè)計(jì)方案

諧振式組合減振道床板中部設(shè)置矩形框架，且在框架橫向設(shè)置預(yù)埋檢修套管，用以將道床板抬升并更換隔振墊。道床板兩端設(shè)置有U型缺口，用以安裝縱向連接構(gòu)件，道床板長5280mm、寬2400mm、厚250mm?？奂g距595mm，道床板縫寬75mm。道床板根據(jù)隧道盾構(gòu)偏差情況在不同里程范圍內(nèi)的形狀有所變化。

道床板采用C45混凝土現(xiàn)場澆筑，板內(nèi)設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng)，中部框架及兩端U型缺口均通過金屬模具成型。道床板中所有縱向鋼筋通過焊接扁鋼來實(shí)現(xiàn)雜散電流收集，道床板表面預(yù)留雜散電流連接端子。澆筑道床板時(shí)，首先將扣件安裝在薄短軌枕上，然后將短軌枕澆筑在道床板上。

4.3" "扣件及隔振墊方案

諧振式組合減振道床采用上部鎖緊式雙層非線性減振扣件，錨固螺栓孔距與普通扣件一致。扣件安裝高度56mm，靜剛度15±3kN/mm，動(dòng)靜剛度比≤1.3。在載荷循環(huán)3×10次后，要求剛度變化量小于10%，單邊擴(kuò)張量小于3mm。

隔振墊帶狀設(shè)置于道床板下方，每塊道床板下共設(shè)置6塊道隔振墊（道床板每側(cè)3塊），隔振墊為帶凸釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)，隔振墊凸釘一側(cè)朝向道床基礎(chǔ)。隔振墊厚度為30mm，靜剛度0.01～0.030N/mm3，動(dòng)靜剛度比＜1.3，要求1000萬次疲勞后無開裂、破損，靜力基礎(chǔ)模量變化不超過15%。減振扣件與隔振墊如圖6所示。

4.4" "道床斷面及平面方案

諧振式組合減振道床基礎(chǔ)中部設(shè)縱向排水溝，低軌側(cè)基礎(chǔ)側(cè)墻設(shè)側(cè)邊水溝，每塊道床板中部下方設(shè)橫向水溝，道床板與側(cè)墻基礎(chǔ)之間設(shè)置側(cè)邊緩沖材料，用土工布將道床隔振墊、側(cè)邊緩沖材料整體密封。

局部地段不設(shè)置側(cè)墻基礎(chǔ)，道床板斷面為切角矩形，道床板切角斜面下方（隧道壁上方）設(shè)置泡沫板，低軌側(cè)道床板與隧道壁之間構(gòu)成側(cè)邊水溝。

道床板間距75mm，相鄰道床板之間設(shè)置縱連構(gòu)件，低軌側(cè)道床板中部下方設(shè)置橫向水溝，每塊道床板上設(shè)置6塊A型諧振蓋板、6塊B型諧振蓋板。

局部地段道床板設(shè)置限位凸臺(tái)，限位凸臺(tái)與道床板間設(shè)置側(cè)邊緩沖材料，限位凸臺(tái)設(shè)置于中心水溝上方時(shí)，通過植筋或預(yù)埋鋼筋與底部基礎(chǔ)連接。

4.5" "道床基底及蓋板方案

將諧振式組合減振道床側(cè)墻基礎(chǔ)與隧道壁植筋連接，極限工況下將底部基礎(chǔ)與隧道壁植筋連接，且在薄弱區(qū)域設(shè)置鋼絲篩網(wǎng)進(jìn)行增強(qiáng)。道床中部設(shè)置A、B型諧振蓋板，以增加參振質(zhì)量，提高減振效果。

5" "結(jié)束語

本文根據(jù)華南地區(qū)某地鐵線路盾構(gòu)隧道姿態(tài)超限的實(shí)際情況，開展盾構(gòu)隧道大偏差地段減振道床方案研究，對(duì)比分析了鋼彈簧偏心浮置板道床與諧振式組合減振道床在大偏差盾構(gòu)隧道中的適用性，得出的主要結(jié)論如下：

同標(biāo)準(zhǔn)板相比，鋼彈簧偏心浮置板一階豎向平移振型中附加扭轉(zhuǎn)振型，且較易激起浮置板低階振型中的其他扭轉(zhuǎn)振型，對(duì)浮置板穩(wěn)定性不利。列車運(yùn)營過程中可能引起左右晃動(dòng)，在盾構(gòu)隧道大偏差地段不宜采用。

適用于城市軌道交通正線盾構(gòu)隧道限制空間下的諧振式組合減振道床方案，利用浮置道床質(zhì)量及非線性道床墊吸收軌道振動(dòng)能量，隔離振動(dòng)的傳遞?；诜蔷€性道床墊低載荷低剛度、高載荷高剛度特點(diǎn)，利用整體框架式道床板及高彈性減振扣件組合，達(dá)到了進(jìn)一步優(yōu)化隔振效果的目的。

采用諧振式組合減振道床方案，可以達(dá)到相應(yīng)區(qū)段文物保護(hù)建筑的減振要求，不僅可以節(jié)約工程整改費(fèi)用，還有利于縮短施工工期。

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