地鐵減振降噪技術講座：地鐵軌道減振設計

2017-07-03  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

導讀

自1863年世界上第一條地鐵在英國倫敦建成并投入運營后,截至2010年全球共有關189座城市607條地鐵建成投入運營,線路總長達11524公里。我國北京第一條地鐵于1970年建成通車,到2013年年底,中國已有43座城市修建地鐵和輕軌,其中投入運營的有19座城市,地鐵運營總里程已超過2100多公里。

城市軌道交通與其他交通工具相比,具有快捷、運輸量大、安全、正點、可靠等優(yōu)勢,解決了城市交通擁堵難題,所以極大方便人民群眾出行,產(chǎn)生了顯著的社會效益。修建地鐵拉動了國民經(jīng)濟的發(fā)展,符合我國大中城市優(yōu)先發(fā)展公共交通的政策。

現(xiàn)在人民生活水平提高了,要環(huán)保要提高乘客乘坐地鐵的舒適度,對地鐵沿線和周邊地段要求減振降噪,所以修建地鐵要符合環(huán)保要求,這是今天的主要專題。

一、地鐵軌道減振設計依據(jù)

1. 環(huán)評報告及相應補充的環(huán)評報告

   
   

2. 《城市軌道交通引起建筑物振與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》(JGJ/T 170-2009)

   
   

3. 《建筑物中人能承受的振動限值》(ISO2631)

   
   

4. 《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》(GB/T 50452-2008)

   
   

5. 《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》(GB 10070-88)

   
   

6. 《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法》(GB3096-93 GB/T 14623-93)

二、地鐵軌道減振設計原則

1. 除環(huán)評已明確的特殊減振區(qū)段外,其他區(qū)段減振等級的設計,根據(jù)不同建筑物的結構特征和與線路的相對位置,可按環(huán)評報告的減振要求提高一個檔次。

   
   

2. 環(huán)評報告未明確的減振區(qū)段,若振動預測結果接近臨界值,依據(jù)不同建筑物的結構特征和與線路的相對位置可采取基礎減振措施。

   
   

3. 考慮到線路的調(diào)線及周邊敏感點可能發(fā)生變化等原因,建議建設單位委托環(huán)評單位對相應地段做補充環(huán)評,設計單位按上述1、2條考慮減振措施。

   
   

4. 設計單位應對規(guī)劃區(qū)域的振動影響情況進行具體分析,確保線路周邊規(guī)劃功能區(qū)的減振滿足要求。

   
   

5. 考慮列車運行平衡性及施工、運營維修便利,對同一線路的同一減振措施設置應進行整合,不宜過于零散。

   
   

6. 設計單位應補充減振措施的經(jīng)濟技術比較。

三、中華人民共和國城市區(qū)域環(huán)境振動標準

四、中華人民共和國城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準

五、地鐵軌道減振等級劃分

• 一般減振 振動不超標

• 中級減振 5db≤減振設防<8db

• 高級減振 8db≤減振設防<15db

• 特殊減振 15db≤減振設防

六、地鐵軌道減振措施分四種類型

1. 鋼軌減振、降噪

① 迷宮式鋼軌阻尼降噪板(簡稱阻尼板軌道)在500Hz~8KHz頻率范圍內(nèi)可降低1.8db~5.4db

② 頗泰克鐵路集團,加拿大Kelsan(凱爾森)采用Keltrack(凱創(chuàng)克)軌頂面摩擦控制(北京科大同創(chuàng)機電有限公司引進上述先進技術)特殊固體材料是水基懸浮液,當產(chǎn)品涂敷在鋼軌頂面水分揮發(fā)留下一層干性薄膜(控制磨擦系數(shù)最佳值為0.35)此產(chǎn)品不影響列車牽引和制動,降噪效果平均為10db,最高達到22db,橫向力降低50%.

③ 深圳市納能科技有限公司引進美國QC118隔音阻尼涂料,在鋼軌軌腰及軌底涂上一層(厚度0.5mm~1mm)涂料消音效果達4~20db,這是輕質(zhì)、防火、防水、防腐、防銹蝕,無毒環(huán)保材料。

2. 扣件減振

① 減振器扣件(又稱科隆旦)分III型、Ⅳ 型兩種,又分剪切型和壓縮型。壓縮型減振扣件又稱雙層非線性減振扣件,扣壓力小于11.2KN,剛度12 ± 2KN/mm,動靜剛度比<1.3 ,減振效果5~8db。

② Lord減振扣件,承軌板帶孔橡膠和底板硫化在一起,利用橡膠的壓縮變形減振,扣壓力小于11.2 KN,剛度20 ± 2 KN/mm,減振效果5~8db(此扣件又稱粘合墊板式扣件)

③ Vanguard扣件(先鋒扣件),通過彈性部件扣緊軌頭與軌腰,而不是扣在軌底。潘得路先鋒扣件有兩種基本結構,分嵌入型和底板型,垂直靜態(tài)剛度4.4KN/mm,垂直動態(tài)剛度6.0KN/mm,垂直動靜剛度比1.4,橫向靜鋼度9.5~12.1KN/mm,爬行約束為4.5~16.8KN,減振效果12db。

3. 軌枕減振

① 彈性短軌枕,在北京和法國采用較多,減振效果8~12db。

② 彈性長軌枕,在軌枕底部設置剛度較底的三元乙丙橡膠微孔發(fā)泡彈性墊層,并通過彈性套靴將長軌枕與道床隔離,列車通過時垂直方向被自由壓縮一定行程實現(xiàn)減振,水平縱向及橫向基本無彈性,以保其水平方向的穩(wěn)定性,減振效果8.2db~10.7db,在北京機場線鋪設3.3km(東直門至三元橋區(qū)間鋪了2.8km,T3航站樓鋪了0.5km)在日本東京都,名古屋市,大板市,神戶市地鐵均采用此產(chǎn)品。

4. 道床減振

① 隔離式橡膠減振墊道床,最早在德國,意大利鋪設以后在美國舊金山,巴塞爾輕軌、多特蒙德市地鐵,圣保羅CPTM、斧山鐵路干線、俄羅斯西伯利亞鐵路、臺灣高雄捷運、香港地鐵已成功應用,隔離式減振墊寬度為1.5m,分覆蓋層——編織層——夾層——編織層——阻尼層,是面支撐和橡膠彈簧的結合,減振效果超過Z振級12db,德國地鐵已應用引產(chǎn)品38年,經(jīng)過2500萬次疲勞試驗衰減率3%。

② 鋼彈簧浮置板道床,彈簧——質(zhì)量——隔振系統(tǒng)的固有頻率約為4~8HZ其Z振級減振效果可達到20db以上,同時可消除二次結構噪聲,它分固體阻尼隔振器和液體阻尼隔振器,其減振效果為:

• 固體阻尼鋼彈簧浮置板減振效果15db~20db

• 液體阻尼鋼彈簧浮置板減振效果大于20db

GERB金屬鋼彈簧浮置板系統(tǒng)包括:浮置板、隔振器、剪力鉸三大部分。

浮置板構造容許誤差:

1. 下部基礎——平整度2mm/m2,絕對偏差>10mm,垂直方向公差0,5mm

2. 彈性隔振器——側(cè)置式位置偏差>3mm,內(nèi)置式位置偏差>3mm

3. 鋼筋混凝土浮置板——長度偏差±12mm,寬度偏差±5mm,高度偏差±5mm

4. 軌道結構高度——830mm以上(最佳為840mm)

5. 剪力鉸——安裝偏差±5mm

6. 隔振器剛度——6.9KN/mm

7. 浮置板與一般軌道過渡段——12.5~20m

5. 其它隔聲、吸音、減噪材料

① 在鋼軌旁安置隔聲墻——1/3反射+3/2吸收,減噪效果4~8db

② 多孔混凝土吸音板,1992年德國聯(lián)邦鐵路局(EBA)研制吸音板,在Rheda 2000型軌道結構上安裝吸音板,其效果:對碎石道床(有砟軌道)低于0.9~3.2db(A);對整體道床(無砟軌道)低于3.9~6.2db(A)。我國廣西柳州漢西鳴建材發(fā)展有限公司在北京昌八聯(lián)絡線利用中間水溝蓋板作吸音板,降噪系數(shù)(NRC)=0.8

吸音板以陶粒、水泥等無機材料為主制成,它的參數(shù):

• 承載 8N/mm2

• 抗壓強度28d=8.0Mpa

• 抗折強度28d=2.0Mpa

• 密度=1100kg/m3 持久耐用

七、地鐵噪聲源

1. 牽引電機和動力設備噪聲

2. 輪軌相互作用和軌道結構噪聲

3. 車體的空氣動力噪聲

對于輪軌噪聲又可分為三種類型:

• 輪軌滾動噪聲

• 輪軌沖擊噪聲

• 嘯叫噪聲

輪軌噪聲與輪軌表面幾何狀態(tài)有關:

• 輪機表面粗糙度

• 車輪踏面和鋼軌表面局部傷損等短波不平順

輪軌表面粗糙度和蠕滑力引起而產(chǎn)生車輪、鋼軌、軌枕(軌道板)等振動并向空間輻射出的噪聲為輪軌滾動噪聲。由車輪踏面局部損傷,鋼軌接頭等沖擊引起而產(chǎn)生的噪聲為輪軌沖擊噪聲。

八、地鐵應采取綜合減振降噪措施

城市軌道交通綜合減振降噪應包括下列三方面:

• 車輛減振降噪

• 建筑結構減振降噪

• 軌道減振降噪

九、減振軌道報價參考資料

2010年8月提供資料,目前單價由于大手批量生產(chǎn)有所下降(單位:萬元/單線公里)

1. 中級減振

• 軌道減振器扣件 130~160

• 彈性短軌枕 70

• 彈性長軌枕 分長軌枕及套靴兩部分(資料不詳)

2. 高級減振

• 梯形軌枕 900~1200(供貨部分階800萬)

• 先鋒扣件 400(供貨部分單位每個節(jié)1200元)

• 中量級浮置板道床 900

• 減振墊浮置道床 650(供貨部分:高架線380萬元 地下線620萬元)

3. 特殊減振

• 鋼彈簧浮置板(固體阻尼) 1300

• 鋼彈簧浮置板(液體阻尼) 1400

• 國產(chǎn)化鋼彈簧浮置板900萬元/單線公里(供貨部分700萬元)

• 進口鋼彈簧浮置板1400萬元/單線公里(供貨部分1200萬元)

本文轉(zhuǎn)載自RT軌道交通(railtransit),作者原北京市地鐵總公司副總工程師李騰萬。

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