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

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,產生了顯著的社會效益。修建地鐵拉動了國民經濟的發(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

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、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品38年,經過2500萬次疲勞試驗衰減率3%。

② 鋼彈簧浮置板道床,彈簧——質量——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——側置式位置偏差>3mm,內置式位置偏差>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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