南京地铁轨道减振降噪技术的研究与应用.docx

南京地铁轨道减振降噪技术的研究与应用南京地铁轨道减振降噪技术的研究与应用引言振动与噪音是城市轨道交通的一个复杂问题，它与车辆构造、轮轨接触、轨道结构、道床路基、桥梁隧道、车辆运行速度以及周边环境都有着密切的关系。为了降低振动和噪音对环境的影响，南京地铁先后对振感较强烈的钓鱼台、廖家巷居民区进行了现场勘查、以及对居民楼有影响的地铁隧道范围轨道结构、状态的全面检查，通过对地铁振动噪音产生的机理研究分析、振感强烈地段振动和噪音的检测，轨道结构改造的方案比选、现场改造实施等一系列措施，来控制相应的振动与噪音问题。南京地铁振动噪音影响地段的现场情况2.1地铁振感噪音较强烈地段的居民区情况南京地铁一号线南北走向，贯穿南京市主要的商业、生活中心，而一部分地下隧道就位于居民区的下方，直接从建筑物旁穿过，钓鱼台小区就是一个典型的案例。钓鱼台小区位于南京地铁一号线三山街站至中华门站区间上方，地铁隧道从小区180-182号居民楼东南侧下方斜穿而过。该建筑为三层居民楼，朝向为东西方向，长约24米，宽约13米，建筑物距离隧道敞开段约为250米，其东侧为宽16.8米，河底标高4.4米的内秦淮河河道。该居民楼的具体位置以及与地铁隧道之间的相对位置和距离如图所示。图1钓鱼台180-182号居民楼与地铁隧道之间的相对位置图1所示，下行隧道中心线至钓鱼台180-182号居民楼南侧墙体之间的距离L1为11米；与钓鱼台180-182号居民楼处于同一截面处的上行和下行隧道中心线之间的距离L2为9米；该截面处隧道顶部至地面的距离H为6米。隧道在穿越内秦淮河河道时河底距隧道盾构顶部覆土最浅处0.7米。2.2地铁隧道及轨道结构形式地铁的隧道结构以及轨道结构都与居民楼的振动和噪音有着密切的关系，经过现场的勘查，南京地铁一号线三山街站至中华门站上下行钓鱼台段隧道结构形式为盾构法施工的圆形隧道，直径为5米，隧道顶部与地面的距离约为6米。轨道线路为区间无缝线路，钢轨材质为U75V，规格是60kg/m的重型钢轨，扣件为DTⅥ2型普通扣件，轨枕为预应力混凝土短枕，道床为混凝土整体道床，地段处于单线隧道曲线段，曲线半径为400米，曲线长为125米，同时曲线段位于33‰的坡道处，左、右线隧道的中心距离约为9米左右。轨道结构减振降噪的综合控制措施3.1打磨钢轨表面，使钢轨表面平滑化消灭轮轨作用面的不平顺，使轮轨接触面平滑化是降低振动和噪声的关键措施之一。目前，轮轨平滑化的主要措施是打磨钢轨上的轮轨作用面，减少轮轨作用面的凹凸。3.2处理无缝线路中的钢轨低接头由于低焊头处轮轨冲击作用力大，也是引起轮轨之间振动的原因之一，故对此段线路的钢轨低焊头进行了处理，消灭了低焊头的存在，进一步控制了振动与噪声。3.3加装钢轨涂油器设备，减缓钢轨的磨耗在轮轨作用面之间涂一些润滑油脂，能在一定程度上改善轮轨之间的蠕动率和粘着系数，从而使得钢轨作用面甚至顶面的磨耗减缓，使轮轨之间的冲击力得以减缓。3.4轨道结构对振动和噪声的控制轨道结构主要由钢轨、扣件及轨下基础组成。根据振动理论，轮轨之间的振动噪声与轨道各部件的质量、刚度以及结构阻尼密切相关。轨道结构的减振降噪主要是通过改变结构参数来实现。在综合减振措施的减振效果、材料经济投入、项目改造的施工工艺、以及方案的优缺点等参数，对轨道结构减震降噪方案进行比选后，同时再结合现场轨道、隧道结构等方面的具体调查，最终对南京地铁一号线三山街站至中华门站上下行钓鱼台段减振降噪措施的选型定为Vanguard先锋扣件（见图2）。图2Vanguard先锋扣件结构示意图这种结构由英国Pandol公司设计，利用悬浮的钢轨和轨座底板间的缝隙，解决轨道的振动和噪声控制问题。这个装置中，钢轨的顶部和翼部由大的楔形橡胶块支撑。钢轨的底部悬浮，橡胶块装在铸铁支架的一边，而支架或者通过侧翼固定在混泥土轨枕上，或者用螺栓和扣件固定在轨座板上。这个结构允许钢轨有很大纵向位移，同时约束横向运动。这种装置在振动传播过程中减振效果是很显著的。多个案例证明，减振降噪效果能达到10—12dB。在经过合理的轨道结构减振方案选型后，南京地铁对一号线中华门至三山街区间里程为K5+440—K5+550区段的扣件进行了更换改造，将原先的DTVI2型普通扣件更换为Vanguard先锋扣件，上下行各改造110米，共计220米。现场更换扣件数量820套，施工工期一个月。轨道结构减震降噪综合治理前后的数据对比通过对南京地铁一号线三山街站至中华门站上下行钓鱼台段减振扣件的改造，以及结合轨道几何状态整治、钢轨打磨、钢轨涂油等一系列减震降噪措施的实施，钓鱼台180-182号居民楼的振动和噪音得到了有效的控制，同时通过委托第三方检测机构对项目改造实施前后振动噪音检测的数据可以看出，项目减振降噪的效果显著：5.1项目改造前后居民楼的地面振