理论教育 国内外轨道结构减振降噪技术助力城市轨道交通系统

国内外轨道结构减振降噪技术助力城市轨道交通系统

时间:2023-10-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前国内高架线路的轨道结构的减振降噪措施主要集中于扣件和轨下基础两方面,对钢轨等其他措施也有一定研究,分述如下。由于这种钢轨矮胖,车辆通过时引起钢轨腹板的振动频率较低,提高了轨道结构的减振降噪效果。据资料表明,这种轨道结构降噪效果为5d B,如图15-8所示。目前国内有代表性的此类扣件包括以下三种:轨道减振器扣件。广州地铁对使用Vanguard扣件的轨道结构进行测试,测试结果为钢轨垂向平均变形量为3.91

国内外轨道结构减振降噪技术助力城市轨道交通系统

目前国内高架线路的轨道结构的减振降噪措施主要集中于扣件和轨下基础两方面,对钢轨等其他措施也有一定研究,分述如下。

(一)降噪钢轨

当车辆轮滚过钢轨顶面时,由于钢轨腹板的厚度较薄,轨腰产生振动,这一振动向空气辐射,从而产生噪声。为了最大限度地减小钢轨腹板振动引起的噪声,在钢轨腹部粘贴减振橡胶,如图15-7所示。一般是在钢轨腹部粘上橡胶板后再粘上一钢板,以增加振动质量,起到衰减作用。要求使用高阻尼橡胶,从而增大振动衰减作用,达到降噪目的。这一装置的关键之一是橡胶与钢轨、橡胶与钢板之间要有较好的黏结性,如果黏结界面脱开,则减振效果大大下降。

为了降低列车通过时轨道结构引起的噪声,荷兰在开发研究板式轨道时,研制了轨头形状与UIC54相似的SA42型矮轨,并采用ERS (Embedded Rail Structure)轨道结构技术,将钢轨用Edilon Corkelast材料埋起来,轨下基础也采用板式轨道。由于这种钢轨矮胖,车辆通过时引起钢轨腹板的振动频率较低,提高了轨道结构的减振降噪效果。据资料表明,这种轨道结构降噪效果为5d B,如图15-8所示。

图15-7 降噪型钢轨

图15-8 ERC型轨道采用的降噪型钢轨

(二)减振扣件

1.SD弹性垫板

通过提高轨下橡胶垫板的弹性,亦即降低轨下垫板的静刚度作为改善轨道工作条件的技术措施之一。

图15-9 SD复合型轨下垫板

SD复合型轨下垫板由高弹性橡胶与蝶形弹簧及绝缘磨耗板三位一体复合而成,如图15-9所示,具有高弹性、高强度和适当阻尼,不但能承受较大的轮轨冲击力,而且能在提高线路弹性的同时又不至于使钢轨的动位移增加太多。其原开发目的是为了适应我国高速、重载、大运量铁路运输发展的需要,为了寻求减轻轮轨损耗、减少道床病害、减少维修工作量的对策而开发的。通过现场试铺试验表明:在钢轨接头处,轨下第一根混凝土枕的平均冲击加速度幅值TB型垫板是SD型垫板的4倍;在0~403.75 Hz范围内的平均功率水平,TB型垫板是SD型垫板的142.56倍。

由于它所用橡胶材料在耐压缩疲劳、耐热与耐寒性等方面都有较显著的改进,因而该垫板具有较好的阻尼特性,并大大提高了减振性能。

2.Getzner弹性垫板

奥地利的Getzner公司主要从事轨道减振部件如道碴垫、浮置板橡胶垫及扣件弹性垫层的设计与制造,其扣件弹性垫层包括轨下垫层 (Rail pads)及铁垫板下垫层(Baseplate pads)(见图15-10),Sylomer和Sylodyn是其产品的注册商标。

Getzner公司的减振垫板根据不同的线路其设计刚度也不同,通常用于高速或重载线路的垫层刚度大于城市轨道交通相应扣件的刚度。其用于轨道交通的垫层刚度,对于铁垫板下可低至4kN/mm,最大为12kN/mm,在道岔区为30kN/mm,动刚度与静刚度之比为1.1~3.5。Sylomer铁垫板下垫层的某静刚度测试结果如图15-11所示。其静刚度很小的独特优点可以使轨道扣件有较好的减振效果,其原因在于设计垫板时,通过控制材料的密度使其具备较高的非线形特征,从而使得垫板在较高的垂向压缩变形量的条件下,横向变形可满足轨道几何形位的容许位移规定。由于铁垫板下垫层刚度值较小,压缩变形量大,容易造成垫板锚固螺栓的松动,因此其锚固螺栓也相应地采用防松螺栓,如图15 12所示。其轨下垫层的刚度根据不同的作用在15~150kN/mm之间,动刚度与静刚度之比在1.1~3.5之间。Getzner公司的扣件弹性垫层在欧洲特别是德国和奥地利有相当数量的使用,目前在国内尚无应用实例。

图15-10 Getzner公司减振垫板

图15-11 静刚度为8.5kN/mm的铁垫板下垫层的测试结果

图15-12 Getzner的铁垫板防松锚固螺栓

3.高弹性扣件

高弹性扣件是扣件节点垂向静刚度比普通扣件低,弹性性能好。这种扣件使钢轨在荷载作用下产生较大的剪切变形或挠度,从而降低轨道的力学阻抗,减少轮轨激发的振动。目前国内有代表性的此类扣件包括以下三种:

(1)轨道减振器扣件。轨道减振器扣件如图15-13所示,俗称科隆蛋扣件,该扣件的承轨板与底座之间用减振橡胶硫化粘贴在一起,利用橡胶圈的剪切变形,获得较低竖向刚度。其垂向静刚度为11~13kN/mm,减振效果较一般弹性扣件高5dB左右。

(2)Lord扣件。Lord扣件由两块上下粘贴在一起的铁垫板及弹条扣压件组成,如图15-14所示。该种类型扣件用弹性材料将顶板(用以固定钢轨)和底板(用以连接基础)粘接起来,由相当厚的弹性材料提供弹性。美国Lord公司是此类扣件的著名厂家,它所生产的黏合垫板式扣件分低中刚度两类,低刚度扣件的垂向刚度为10~16kN/mm,而中刚度的垂向刚度为17~52kN/mm不等。低刚度黏合垫板式扣件的减振效果与科隆蛋式扣件相当。

图15-13 轨道减振器扣件

图15-14 Lord扣件

图15-15 Vanguard扣件

(3)Vanguard扣件。Vanguard扣件如图15-15所示,是英国Pandrol公司2001年的开发最新产品,最早是为了控制伦敦地铁所产生的振动而研制的,伦敦地铁限于既有隧道的高度,改造时不允许采用尺寸较高的轨道结构,因此设计了这种高度较低近似于长方形的铁垫板,垫板两端设一对类似 “挡肩”的结构,顶住轨颚下部并紧贴在轨腰两侧,挡肩与钢轨之间采用弹性阻尼材料缓冲。这种结构能提供很大的垂向位移,横向则因挡肩的限制,轨头横向位移却很小。通过现场测试,垂向动态位移在3mm左右,而横向位移仅0.4mm。振动测试表明:在2500Hz以下,轨道结构插入损失平均在18dB左右。此外,在高架桥上安装此扣件与一般弹性扣件相比,测得桥的垂向及横向振动速度级分别减小了6d B和13d B,桥下噪声降低了近10d B,距离轨道25m处的噪声降低了3dB,减振降噪效果很好。

Vanguard扣件最早应用于英国伦敦地铁,广州市轨道交通4号线正在引进该种扣件并已投入运行。广州地铁对使用Vanguard扣件的轨道结构进行测试,测试结果为钢轨垂向平均变形量为3.91mm,横向变形量为0.22mm;钢轨垂向振动加速度级增加8.7dB,横向增加2.2dB;道床垂向振动加速度插入损失为15.5dB。

(三)减振轨下基础

1.弹性轨枕

(1)弹性短轨枕。弹性支承块式轨道结构是一种新型的无碴轨道结构,属低振动型轨下基础。这种轨下基础是在支承块式承轨台的基础上对支承块包裹一层橡胶靴套以及在支承块下增设一块橡胶垫板,从而与轨下橡胶垫板构成双层弹性体系,最大程度上模拟了传统碎石道床弹性点支承的结构和受荷响应特性。橡胶靴套的橡胶较硬,轨道的竖向弹性主要由靴套内的橡胶垫提供。靴套内支承块下的橡胶垫较软,并且橡胶垫两面开槽,以提供变形空间,提高轨道结构弹性。支承块外的橡胶靴套提供了轨道的小量纵、横向弹性变形,使这种无碴轨道在承载、动力传递和振动能量吸收诸方面更接近坚实均匀基础上的碎石道床,弥补了无碴轨道弹性不足的缺陷,最大限度地满足环保对轨道结构低振动、低噪声的要求。弹性支承块轨道结构轨道结构施工图如图15-16所示。

图15-16 弹性支承块结构施工安装图

英国和法国之间的英吉利海峡隧道内铺设了这种轨道结构,称为LVT (Low Vibration Track)。我国安康线秦岭隧道内也使用了这种轨道结构,其目的是为了使得无碴轨道结构的弹性与有碴轨道相接近,同时大大降低线路的维修养护工作量,目前该线路已运行6~7年,情况良好。上海、北京、广州和天津等城市的轨道交通也在对振动环境要求较高的地段使用了这种轨道结构,也取得了较好的效果。

橡胶靴套横向刚度大,变形小,稳定性有保证,整个结构竖向弹性高,轨道组合刚度11.5~17.5kN/mm,减振效果10~20d B左右 (钢轨~轨下基础),隧道壁减振10d B左右。铁道部科学研究院对弹性支承块式轨道结构进行了室内1∶1模型试验,在确认了其疲劳强度和安全性后,利用落轴冲击试验对其振动特性进行了对比试验,结果表明:与刚性支承块相比,弹性支承块的道床振动加速度级减小13.7~17.7d B,地面振动加速度级减小11.7~15.1dB。弹性支承块式钢轨所受的压应变平均减小将近35%,其阻尼值比刚性整体道床提高30.8%~50.7%,衰减速度快,说明弹性支承块轨道结构的减振和吸振性能优良。

弹性支承块轨道结构的发展已有40年历史。早在1972年,北京地铁东四十条站就铺设了这种轨道,现场测试较一般整体道床振动加速度降低30%;经过20年运营,技术状态良好。通过室内试验和现场铺设,不但积累了大量的经验,也制定了一整套技术标准和准则,包括支承块施工技术条件、橡胶靴套制造技术要求、施工技术准则、施工质量评定标准,因此技术上是比较成熟的。

弹性支承块轨道结构简单,施工方便。钢筋混凝土弹性支承块可在工厂预制、组装,在现场采用吊轨法施工,只需将钢轨、扣件与支承块加以连接,经准确定位后,就地灌注道床混凝土即可成型。更换支承块和橡胶靴套时,只要松开一定数量的扣件,即可将之取出,因此养护维修方便。该道床结构具有可维修性,若弹性垫层损坏或失效,可将短枕块吊起,将损坏的弹性靴套垫层更换后,把短轨枕重新放入即可。

由于采用了橡胶靴套和块下大垫板,初期投资预计每单线公里为250万~400万元(不计钢轨、扣件等焊接和铺设费用),较一般整体道床增加约50万~60万元。

(2)弹性长轨枕。弹性长轨枕轨道结构所采用的轨枕与一般的混凝土轨枕相同,其减振原理与弹性支承块相似,通过在轨枕端部、枕端两侧和枕下三个方向设置弹性垫层,构成减振箱,如图15-17所示。该结构在日本称为D型弹性直结轨道,大量应用于其高速铁路和地铁系统,使用历史已有20多年。除具备弹性支承块相似的特点外,其突出优点是:可以不破坏周边混凝土,方便地进行轨枕下胶垫的更换及高低调整,特别是当隧道沉降量大于扣件调高能力时,只需在轨枕下加设垫层即可。

图15-17 弹性长枕无碴轨道结构

日本日野土木实验所研究表明,弹性轨枕对于水平力 (纵、横向)具有充分的承载力。通过使用DTLOC系统对试验轨道在60±30kN的负载条件下进行了30小时的疲劳测试,没有发现轨枕垫错动,确认了该结构具有充分的耐久性。根据振动1/3倍频程的频谱分析可知,在500 Hz以上时可望有30d B左右的减振效果。

弹性长轨枕质量较弹性短枕(支承块)大,因此其减振效果比弹性支承块好,同时可结合轨排施工法施工。由于采用的弹性材料及道床体积较弹性支承块轨道结构较小,因此其造价稍低于弹性支承块轨道结构。

2.梯形轨枕

弹性支撑的梯形轨枕轨道是种新型的低噪声、低振动的轨道系统,由梯形轨枕、弹性支墩、混凝土底座构成。梯形轨枕由应力混凝土纵梁和钢管连接件构成,形状似梯子,如图15-18所示。梯形轨枕以一定间隔的防振支墩支撑在L形的钢筋混凝土台座上,形成弹性支撑的梯形轨枕轨道系统,如图15-19所示。

桥梁梯形轨枕的主要特点如下:

(1)重量轻,节省材料。与普通整体轨枕板道床相比较,梯形轨枕的每延米混凝土用量可减少52.6%,钢筋用量减少69.4%,重量可降低68.7%;与中空式整体轨枕板道床相比每延米混凝土用量可减少34.5%,钢筋用量减少72.9%,重量可降低22.3%。

(2)可调整梁缝处的不均匀沉降。

图15-18 梯形轨枕

图15-19 梯形轨枕轨道系统

(3)减振降噪性能。由于这一轨道系统使用防振材料为支撑,且引入了最佳刚性支承下的轻量级质量弹簧系统的概念设计,从而实现了低振动、低噪声,同时,还可在轨道铺设时大幅度缩短工期。在城市高架交通上能得到充分的防振、防噪效果。

根据日本在高架桥上铺设梯形轨枕的实测结果,从图15-20中可看到垂向加速度大幅度减少。在图15-21的谱分析结果中,无碴道床式梯形轨枕轨道与无碴道床式弹性横向轨枕轨道相比,振动加速度降低了20dB,可以降低结构噪声。在试验中,桥下几乎感觉不到结构噪声。

图15-20 高架桥垂向加速度波形比较

图15-21 1/3倍频程频率谱分析结果

对于上述同一试验的振动速度强度分析结果表明,梯形轨枕轨道与无碴轨枕轨道相比,在100~1000 Hz范围内可降低振动速度强度9~13d B。(www.daowen.com)

(4)耐久性好,维护方便。与其他的无碴轨道相比,可以说梯形轨枕弹性轨道系统是一种免维护、可修复的轨道构造。防振材料——聚氨酯树脂的耐用年数可达50年以上的耐久性,若超过了耐用年数50年后,聚氨酯树脂的耐久性下降时,将梯形轨枕顶起25mm左右,可方便地更换弹性支墩。同样,当构造物产生过大变形时,在梯形轨枕下插入高度调整片,即可调整轨道达到设计高程

(5)有利于加快施工进度。轨枕是保证轨道几何状态的重要部件,梯形轨枕为预制结构,具有更高的精度和质量保证,同时可以减少轨道施工现场的现浇混凝土数量,提高施工进度。

3.弹性浮置板轨道

根据振动理论可知,当一个振动体在一个外部激振动力的作用下,该振动体产生振动,但振动体振动的振动频率与振动体质量的开方成反比,与振动体的刚度开方成正比;而加速度的大小是与振动体振动频率的平方成正比,所以也就与质量成反比,与刚度成正比。浮置板就是利用这一原理,增大振动体的振动质量和增加振动体的弹性,利用其惯性力吸收冲击荷载,从而起到隔振作用,所以浮置板式轨道结构是降低传振和传声的很有效的方法,这一方法与房屋中隔绝机座振动噪声的浮置板相同。这种隔振系统在共振频率下的放大倍数很低,所以减振降噪效果非常显著。浮置板轨道结构系统采用三层水平垫板(钢轨下橡胶垫板、铁垫板下橡胶垫板、浮置板下橡胶垫板)和一层侧向垫板。道岔处经验算横向刚度后也可采用上述措施。

最早采用浮置板式轨道结构的是德国。德国对环境标准的要求非常严格,随着地铁的开通,噪声和振动也不可避免地产生了。针对此情形,德国先开发了有道碴的浮置板轨道结构,在多特蒙德的一座轻轨铁路隧道内铺设了试验段。此后,在科隆地铁和波恩至穆尔海姆轻轨铁路及杜塞尔多夫的轻轨铁路上铺设了无碴浮置板式轨道。由于其良好的减振降噪性能,这种结构在华盛顿、亚特兰大、多伦多和布鲁塞尔均有铺设。

我国第一次采用浮置板式轨道结构的城市轨道交通线路是广州地铁1号线。由于目前全国建成的轨道交通线路的城市只集中于北京、天津、上海、广州等,其他城市也只是处于在建或筹建阶段,因此,这种轨道结构的性能在国内的实际运用情况可通过下一步的试验来进一步阐明。我国香港西铁采用了浮置板加轨道减振器的结构,取得了较好的效果。

(1)浮置板轨道结构的特点。

浮置板隔振轨道结构又称为质量弹簧系统,其基本原理是在轨道上部建筑与基础间插入一固有振动频率远低于激振频率的线性谐振器,即将道床板置于橡胶弹簧上,通过质量-弹簧系统的惯性运动,把列车运行产生的振动进行较大衰减后,再传递给隧道主体结构,以达到减振的目的,所以浮置板轨道结构的特点是其减振降噪效果最好。据德国有关部门测试,有道碴下垫层和浮置板式的轨道结构其阻尼效应可达30dB,且在垂直荷载20%~100%变化范围内其隔振的效果几乎保持不变。

轨道绝缘性能较强。由于轨道结构四周基本上由绝缘的橡胶支座与混凝土底座隔离,可有效防止轨道迷流的发生。

体积庞大,施工与维修不便。由于浮置板是采用了有意增大轨下参振质量和有效阻尼的方法来控制噪声和振动,故一般而言,浮置板体积较大,需大型机械施工;维修时,若需更换支座,在隧道内将造成不便。

由于采用橡胶或弹簧支座,故造价较高,故一般浮置板轨道结构用于有特殊减振降噪要求的0类地区,如医院、文教类区域等。

图15-22 橡胶弹簧浮置板轨道

浮置板式轨道结构包括两种基本类型:①连续现浇浮置板;②轨枕板式预制浮置板。连续现浇浮置板是在橡胶隔振垫上铺一块金属模板,然后将混凝土浇入金属模板。但这种类型施工和维修均不便。橡胶弹簧浮置板的基本形式如图15-22所示;钢弹簧浮置板的基本形式如图15-23所示。

(2)橡胶浮置板轨道结构。

图15-23 钢弹簧浮置板轨道

橡胶支座浮置板轨道结构一般由钢筋混凝土浮置板、橡胶支座、混凝土底座和配套扣件组成,最早应用于德国科隆地铁。具体做法是将浮置板置于可调的橡胶支座上,两侧用弹性材料固定,形成质量弹簧隔振系统,而钢轨则用扣件直接固定在钢筋混凝土浮置板上。这种结构橡胶容易老化,初期减振效果可达10~15dB,后期的减振效果不理想,且在不中断运营的条件下目前尚无合适的更换橡胶支座的方法。我国广州地铁1号线试铺了这种结构,其造价约800万~850万元/km。

板下橡胶支座分整体支承、条形支承和分布点支承三种,如图15-24所示。整体支承在瑞士、法国、西班牙、意大利、德国、法国等国地铁中采用,其优点是构造简单、施工速度快、支承面积大、道床受力均匀、成本较低,缺点是维修不方便。浮置板的条形橡胶连续支承主要在德国地铁中应用,其优点是较整体支承节省材料、轨道结构的固有频率较低。分布式橡胶点支承曾在德国、美国、加拿大和新加坡地铁中采用。这种支承方式如果设计合理,则轨道结构的固有频率低、减振效果好、维修方便,但在国外应用时曾发现轨道纵向和横向抵抗力差,为了限制变形,必须使剪切模量、弹性模量、垫板厚度、垫板大小等合理匹配,采取凹槽对橡胶垫板进行定位,才能有效地提高板的稳定性。

在华盛顿地铁、亚特兰大地铁、多伦多地铁浮置板系统的实测隔振效果表明,浮置板系统在设计固有频率以上的隔振效果是明显的,其中亚特兰大地铁在16Hz以上的减振效果最好,这是因为其设计固有频率最低。根据德国实测资料,其减振效果明显。

图15-24 橡胶弹簧浮置板的各种支承方式

(a)整体支承;(b)条形支承;(c)分布点支承

浮置板式与弹性支承块式整体轨道相比,施工和维修都较为困难,但经过仔细研究国外地铁轨道结构资料后,发现采取改进板的结构形式和尺寸,对现有板下橡胶支承方式进行改进,可使施工和维修简化,在维修过程中完全可能采用简单机具更换橡胶垫板。

此类浮置板轨道结构的工程造价估计为每公里单线600万~800万元,不包括扣件、钢轨及钢轨焊接铺设费用。

(3)钢弹簧浮置板轨道结构。

弹簧浮置板与橡胶浮置板不同之处是用金属弹簧取代橡胶支座,同时在弹簧支座的基础上增加了阻尼材料,使振动衰减速度更快。浮置板与隧道基底间只需极小的空隙 (约40mm),轨道结构高度不额外加大。通过对弹簧表面特殊处理及弹簧强度储备,弹簧的使用寿命可以很长,不存在像橡胶那样的老化问题。

德国的GERB公司研制了螺旋弹簧的浮置板轨道,如图15-25所示。采用螺旋弹簧支承的浮置板道床,其固有频率很低,只有4~8Hz,因此采用螺旋弹簧的浮置板轨道减振效果要比橡胶垫浮置板轨道的效果好。虽然螺旋弹簧几乎没有阻尼作用,但由于浮置板较重(每延米5t以上),列车通过时引起浮置板的振动加速度较小,因此,浮置板支承阻尼作用对路基的影响较小。如要利用阻尼减小浮置板的振动,可安装与螺旋弹簧并联的黏滞阻尼器,则浮置板的减振效果更好。

图15-25 螺旋弹簧浮置板轨道结构

采用螺旋弹簧的浮置板道床具有以下特点:

1)浮置板与隧道底板间只需极小的空隙(约40mm)。

2)浮置板的钢筋混凝土可以现场浇筑。

3)借助简易工具便可抬起浮置板或调整浮置板高度。

4)从浮置板表面可随时更换弹簧。

5)从浮置板表面可随时检修或校正线路不平顺。

6)通过调高螺旋弹簧高度,就可消除线路沉降引起的不平顺。

7)通过对弹簧表面特殊处理及弹簧强度储备,弹簧的使用寿命可延长。

8)浮置板可做得很长(40m,甚至60m),减少连接,降低成本。

9)养护维修方便。

由于受建筑限界的控制,圆形隧道内的弹簧浮置板轨道宜采用内置式隔振器,并且应对隧道施工提出严格的精度要求。

钢弹簧浮置板隔振效果可达25~30dB以上,减振效果非常显著。可以说,到目前为止,弹簧浮置板的减振性能在各类减振型轨道结构中是最好的。

弹簧浮置板轨道结构造价与橡胶支座浮置板造价相当。由于造价较高,故仅限用于有特殊减振降噪要求地段。目前在我国南京地铁1号线、北京西直门、深圳地铁以及上海市轨道交通4号线等工程取得应用。

(4)浮置板有碴轨道结构。

德国在研制低振动轨道结构时,也开发研制了浮置板有碴轨道结构,如图15-26所示。浮置板有碴轨道是当前减振性能最好的轨道结构,但相应的造价也较高。此类轨道结构由于采用了道碴,所以具有一定的降噪效果,由于采用了浮置板型的道碴槽,所以具有较好的吸振性能。此类轨道结构仍需30cm厚的道碴,所以相对来说,轨道结构的重量相应较大。

图15-26 浮置板有碴轨道结构

浮置板轨道结构作为减振降噪轨道结构在国外已有近40年的历史,在设计、施工、养护和维修等方面已积累了丰富的经验,实践证明这种轨道结构的减振降噪效果十分明显。对于上海这样一个人口密集型的大城市,有许多特殊地区对振动、噪声的要求非常高,采用浮置板式轨道结构,无疑是一个极好的选择。

(5)隔离板式道床。

隔离板式道床又称为IST技术,通过在混凝土道床和基础间加设一层弹性橡胶垫层使道床与基础隔离,充分利用弹性橡胶垫层和高弹性扣件的双重减振特性,其减振降噪效果主要取决于整体道床下的橡胶大垫板和高弹性扣件刚度的合理组合,如图15-27所示。香港地铁将军奥支线铺设了该种道床,现场测试分析表明,隔离板式道床的减振降噪效果较普通整体道床提高了70%,但工程造价几乎增加了2倍。

图15-27 隔离板式道床

4.其他措施

(1)道碴垫。

图15-28 道碴垫

为减少振动和噪声,德国自1975年就开始在干线铁路上应用道碴垫,道碴垫所采用的主要材料为板状垫层的泡沫微孔聚氨酯中空状的合成/天然橡胶,如图15-28所示。道碴垫厚度一般为25mm,由2~3层构成,表层为高弹性、高拉伸强度的弹性材料构成,密度在500~800kg/m3 之间,下部减振层由1~2层的泡沫聚氨酯材料组成。对于轻轨线路,静刚度一般小于10kN/mm,地铁线路一般为10~20kN/mm,资料表明减振效果为8~9dB。

道碴垫的使用除了在高架有碴轨道上使用外,也常在隧道内整体道床下采用。

(2)Edilon埋入式轨道。

Edilon结构最早源于荷兰,为埋置式全支承无扣件系统 (见图15-29)。这种轨道结构以纵向连续支承取代传统的分散点支承,降低了轨底支承系统的应力水平。通过在钢轨周围灌注了一种称为Edilon Corkelast的弹性材料,取得较好的隔声和隔振效果。从1976年开始,荷兰就铺设了埋置式轨道结构 (Embedded Rail Structure,简称ERS)。这种类型的轨道结构使用20年来,养护维修工作量相当少。目前,荷兰的鹿特丹Marconipleintussenwater地面有轨交通、西班牙马德里地铁、巴塞罗那地铁隧道内都有铺设。这种轨道结构由于无扣件,因此总体造价较为经济

通过德国1996年在卡尔斯鲁厄所做的对比试验表明:这种轨道结构与普通有碴轨道相比,尽管在500 Hz左右,其噪声较后者高约5d B,但在1000Hz以上,前者所产生的噪声低于后者,特别是人耳较敏感的2000~6000Hz,降噪效果为3~10dB。

(3)无碴轨道道床铺设吸声材料。

图15-29 Ed i l o n埋入式轨道结构(单位:mm)

对于整体道床轨道结构,在轨道上铺设吸声材料的效果较好。有碴轨道结构的噪声比无碴轨道结构的噪声要高4~5d B,但吸声材料铺设在轨道上容易积累脏污物。铺设吸声材料有3种方法:铺设密度为14.6kg/m3 的玻璃纤维板;喷射吸声混凝土;铺设一薄层道碴。

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