浮置板對地鐵列車的振動和噪聲影響研究

安容民

(中國鐵建十一局集團有限公司，湖北武漢 430071)

1 概述

上海市地鐵2號線是一條東西向的市域主要骨干線路，規劃線路由青浦至蘆潮港，線路總長度約116 km。西延伸段工程是在已建2號線一期工程張江高科站—中山公園站的基礎上向西延伸，因線路穿越大片民居[1］，項目公司、中鐵建和設計單位反復討論研究確定了鋼彈簧浮置板軌道的鋪設范圍，即SK8+490～SK8+550，SK8+930 ～ SK8+990，XK8+470 ～ XK8+530，XK8+920 ～XK9+980，SK11+155～SK11+215，XK11+140～XK11+200單線各60 m共計360 m鋼彈簧浮置板對軌道進行特殊減振處理。

德國隔而固集團所首創的浮置板軌道技術，在國內外許多城市已廣泛使用，且在振動隔離、降低噪聲方面取得很大成功，已經被證實是世界上減振降噪效果最好的技術[2］。目前幾十個國家的有軌道床采取了該方法，隔振效果都十分理想。

在2號線西延伸建成通車后，通過對地鐵列車經過鋼彈簧浮置板地段的車輛振動加速度和車內噪聲實測，打破了“鋼彈簧浮置板地段車輛振動和車內噪聲劇增”的不實傳言。

最后對鋼彈簧浮置板的施工工藝提出了一定建議和展望。

2 基本原理

鋼彈簧浮置板軌道隔振的基本原理是在軌道道床和基礎間插入一個固有頻率很低的鋼彈簧阻尼隔振器，將輪軌的振動與基礎隔離。

與橡膠浮置板道床相比，因橡膠浮置板支座采用橡膠材料，通過橡膠支座的彈性變形取得減振效果，橡膠浮置板道床較一般扣件整體道床振動降低10 dB～15 dB，一般能滿足高等減振要求。鋼彈簧浮置板的減振效果可達15 dB～25 dB，且不存在橡膠浮置板的橡膠材料易老化，更換及維修困難等問題。

3 浮置板地段車體振動實測研究

3．1 機車車輛的動力響應評價指標

在對車輛運行平穩性評價中，有兩項指標:車輛振動加速度和平穩性指標。為保證行車平穩性，世界各國都有相應的評價指標，我國鐵路也有鐵道部標準和國標(TB/T 2360-93，GB 5599-85)，但沒有專門的地鐵車輛運行評價指標，所以本文也采用鐵道部標準和國標。

3．2 測量地點和方法

2號線中山公園站—婁山關路站之間鋪有3段浮置板軌道結構，每段長度為60 m，如圖1所示。

根據車輛振動的頻率，取采樣頻率為300 Hz，并統計每一段的橫向和垂向振動速度的最大值及最小值(見圖2)。

3．3 2號線車輛振動測試數據分析

本文主要研究了中山公園站—婁山關路站段浮置板軌道結構的車輛振動，同其相鄰的非浮置板地段作比較。

從車輛振動加速度的時域圖可知，浮置板地段對車輛的振動加速度沒有明顯影響，而車輛運行速度高低對車輛振動有明顯影響。

3．3．1 測試結果最大、最小值統計

將各趟列車測得的車輛振動加速度的最大值和最小值列表，見表1。

張家界地處湖南西部，處于武陵山腹地，擁有豐富的歷史文化資源與人文資源，在利用這些資源時要突出張家界特有的，獨一無二的優勢特征，并要保持其優勢的持久性與穩定性。張家界旅游演藝應立足當下，在已有題材的基礎上進行創新，引進先進的技術擴充舞臺效果、進行劇本創新，同時挖掘更深層次的文化內涵，利用自己獨特的民族文化資源來發展旅游演藝品牌。

表1 車輛橫向、垂向振動加速度測試結果 g

測試結果表明，在浮置板地段(婁山關路—中山公園)的車輛振動加速度沒有明顯變化。

3．3．2 Sperling平穩性指標分析

列車通過2號線各段線路的車輛平穩性指標如表2所示。

表2 2號線車輛Sperling平穩性指標

從表2可知，2號線和客車的平穩性已經達到了1級標準(優)，含浮置板地段(婁山關路—中山公園)的平穩性與非浮置板地段的平穩性沒有明顯差異。垂向平穩性指標比橫向平穩性指標的稍好。

3．4 結果分析

從2號線車輛振動的測試結構及對測試數據的時域和頻域分析可得出:1)時域信號表明，浮置板地段的車輛振動較為均勻，而非浮置板地段的振動則變化較大，且浮置板地段的車輛最大振動加速度較普通地段要小一些。2)從2號線的時域和頻域的綜合分析表明，浮置板對車輛振動的影響也并不明顯。

4 浮置板地段車內噪聲實測研究

4．1 測試線路

測試線路選取上海軌道交通2號線中山公園—婁山關路站，測試了2號線中山公園—婁山關路區間雙向運行車內噪聲級隨時間變化曲線。

4．2 測點布置

4．3 數據表達

考慮到軌道浮置板軌道結構對噪聲和振動的影響主要反映在低頻段，因此分析數據均采用未經A計權的線性聲壓級表達。在本報告中，如未特別說明，聲壓級的dB值為dB(L)。

圖3為車內聲壓級隨時間變化曲線圖，圖中在25 s～30 s運行段區間噪聲級處于較高范圍，最大值出現在距離中山公園站臺25．2 s處，此時的聲壓級達到105 dB。列車到站廣播的時間點在距離中山公園站臺37 s處。說明了車內噪聲的總聲級主要由低頻噪聲決定，低頻噪聲是車內噪聲的主要噪聲特征，而這些噪聲最大值出現的地段并非鋼彈簧浮置板地段，說明鋼彈簧浮置板對車內噪聲的影響并沒有想象或傳言的那么大。

影響列車車廂內噪聲強度的因素較多，其中列車速度、軌面狀態、車輛結構性能、線路條件等是主要因素。中山公園站—婁山關路站之間共有3段浮置板結構軌道區段，每段長60 m。由于長度較短，列車通過時，雖然浮置板軌道結構對噪聲有所影響，但在隧道內，列車的運行狀態等其他因素對噪聲的影響更為明顯。因此，從測得的車內噪聲隨時間變化曲線上沒有出現3段相對于相鄰段噪聲突然增加的情況。每次測試數據中出現了一段噪聲明顯高于相鄰段噪聲的情形，表現為在線路中間有一較大的噪聲峰值，最大達107 dB。根據現場技術人員反映，在此區間有一旁通道，而列車經過旁通道時，由于氣流和聲輻射條件的變化，改變了車輛運行的平穩狀態，從而造成對車內噪聲的明顯增加。列車進站減速，則噪聲明顯降低。

從以上測試數據以及分析中可以看出，列車通過浮置軌道結構地段時所引起的噪聲變化不明顯，并且要遠小于列車運行狀態、運行平穩性、軌道和線路條件等其他因素的影響。

5 鋼彈簧浮置板施工工藝

5．1 上海地鐵2號線西延伸施工工藝存在的問題

上海地鐵2號線西延伸浮置板的施工全部都是直接在軌道鋪設現場進行的，所有的材料都需先運送到施工現場，再進行現場的安裝和綁扎。所有的工作都集中在軌道鋪設現場工作面，而盾構隧道的狹小空間使得工作面非常緊張。同時，浮置板系統的多道工序也需要一道接一道地進行，進一步加劇了工作面的緊張狀況。另外，由于傳統浮置板對有效空間的充分利用，使得在整體道床中應用的施工龍門吊車無法安裝使用，只能使用原始的人工運輸方法，這直接導致整個施工運輸效率的下降，其鋼彈簧浮置板施工速度僅為5 m/工天～7 m/工天。

5．2 新施工工藝展望

解決上述問題，就需要將有些施工工序獨立化、分離化并進行有效的集成，以解決工作面緊張和運輸機械化的問題。經優化后的方案采用先在鋪軌基地綁扎鋼筋籠，做成鋼筋籠軌排再運到軌道鋪設現場拼裝，然后整體澆筑混凝土(見圖4)。

上述施工工藝的主要優點是通過將傳統的現場綁扎鋼筋改為基地綁扎鋼筋，其施工流程可與現場鋪軌同時進行，節省了在現場綁扎鋼筋的時間，同時突破了在隧道內現場綁扎鋼筋受工作面狹小的限制，為后續施工贏得了時間，經后來上海地鐵7號線、11號線等工程實踐，該新工藝可以提高施工速度10倍左右，即達到鋼彈簧浮置板施工速度50 m/工天～70 m/工天。

6 結論與展望

本文介紹了在上海市地鐵2號線西延伸段工程項目中實施的鋼彈簧浮置板軌道結構，闡述了其基本結構原理，重點針對一般的減振測試主要考核列車通過時對周圍環境的影響，但對車輛振動的影響尚無測試資料可作佐證，對此問題進行了專項研究，通過對浮置板地段車輛振動加速度及車內噪聲的實測，得出了鋼彈簧浮置板軌道結構對車體振動加速度及車內噪聲并無明顯影響的結論，希望能為減振措施設計以及車輛舒適性的研究提供一定的指導意見。

[1] 何永春，王冠慶．軌道結構新技術在上海軌道交通2號線西延伸段工程中的應用[J］．地下工程與隧道，2007(3):21-22．

[2] G．P．Wilson，H．J．Saurenman，J．T．Nelson．Control of groundborne noise and vibraion[J］．Journal of sound and vibration，1983(2):96-98．

[3] 同濟大學《浮置板軌道結構的減振降噪效果》測試報告[R］．