從施工及維修角度分析軌道減振措施的取舍

摘要：本文簡要總結了軌道減振措施的分類及選型時通常所考慮的減振效果及造價等因素，分析了減振措施的施工效率對工期的適應性等施工相關的問題以及隔振元件檢修更換的方便性和可靠性等維修相關的問題，指出減振措施對施工和維修的適應性實質上是評價其技術是否成熟的標準之一，建議減振措施選型時對施工及維修因素進行更多的考慮。

關鍵詞：地鐵 軌道 減振 施工 維修 浮置板 梯形軌枕

隨著國內地鐵的快速發展以及社會對環境要求的不斷提高，地鐵新線建設中采取的軌道減振措施規模也越來越大，類型也越來越多，積累的經驗也越來越豐富，在軌道減振措施選擇時，不僅關注減振效果和建設成本，而且考慮線路條件的適應性及對輪軌關系的不良影響，有時也會從施工及維修角度進行權衡，但并未將其作為取舍的決定性因素。

1 現有軌道減振措施的種類及選型因素

1.1 軌道減振措施的等級分類 在2000年前后的國內地鐵建設高潮的初期，軌道減振措施主要僅有彈性套靴、減振器扣件，減振效果約5～8dB，只能滿足較高減振需求。另有個別橡膠浮置板和先鋒扣件試鋪段。

鋼彈簧浮置板在北京地鐵13號線（2002年開通）首次成功引進應用，減振效果超過15dB，成為幾乎唯一的特殊減振措施。

由于較高減振與特殊減振之間存在斷檔，故北京地鐵5號線（2007年開通）首次引進并鋪設了梯形軌枕，減振效果約10～15dB，填補了較高減振和特殊減振之間的空缺。

經過這些年應用經驗的積累和總結，各類軌道減振措施基本有了較清晰的等級劃分：①中等減振：壓縮型減振扣件、剪切型減振器扣件、彈性軌枕等，減振效果5～8dB（隧道壁Z記權振級，下同），其中彈性軌枕因存在問題較多，新線建設中基本已淘汰。②高等減振：梯形軌枕、中檔鋼彈簧浮置板、減振墊浮置板、先鋒扣件等，減振效果10～15dB，其中先鋒扣件經過這幾年的應用總結，基本僅限于既有線改造時使用。③特殊減振：高檔鋼彈簧浮置板等，減振效果15dB以上。

1.2 軌道減振措施選型通常考慮的因素

1.2.1 減振效果。減振效果是軌道減振措施選型的主要考慮因素之一。在具體工程設計中一般采用兩種劃分方式，一種定量判斷法是按敏感點預測超標量劃分，典型的標準為：超標量0～5dB時采取中等減振措施；超標量5～10dB時采取高等減振措施；超標量≥10dB時采取特殊減振措施。這一標準考慮了地表與隧道壁減振效果的差異性。另一種為定性判斷法是按敏感點與線路的距離劃分：15～25m時按中等減振設防；5～15m時按高等減振設防；小于5m及正下穿時按特殊減振設防。

1.2.2 造價。大多數工程減振措施選型時，造價成為決定性因素之一。造價與減振效果基本成正比：減振扣件、梯形軌枕、減振墊浮置板、中檔鋼彈簧浮置板、高檔鋼彈簧浮置板在普通軌道基礎上分別約增加150萬元/公里、700萬元/公里、800萬元/公里、1200萬元/公里、1400萬元/公里。

其中，減振扣件僅增加普通扣件基礎上的采購價差；梯形軌枕主要增加了減振部件的采購成本，施工成本增加較少，可由節省的普通軌枕及道床混凝土抵扣；各類浮置板除隔振元件的采購成本外，鋼筋混凝土材料及施工工序成本也較高，如中檔鋼彈簧浮置板成本1200萬元/公里包括隔振元件800萬元/公里及鋼筋混凝土材料及施工成本400萬元/公里。

1.2.3 對線路條件的適應性。大部分減振措施對地鐵的線路條件均能適應，但一些減振措施會受到線路條件的制約，需在選型時加以注意，比如：①彈性軌枕保持軌距的能力相對較差，不太適于小半徑曲線，套靴內易存水或泥沙雜物，不適用于冰凍環境下的高架線，彈性軌枕還發現在不均勻沉降甚至凹型豎曲線地段易產生空吊，故近年來已基本被淘汰。②浮置板自重一般≥30kN/m，軌道結構高度≥650mm，在高架線應用對橋梁影響很大，故橋上應用受到制約。③除梯形軌枕和減振墊之外，其余減振措施均不太適用于地面線碎石道床地段。

1.2.4 對輪軌系統的影響。這一因素是近年來部分運營線中出現較多鋼軌異常波磨后才被關注。以前的減振理念是盡量降低鋼軌支承剛度，但未重視對輪軌系統的不良影響。如減振扣件剛度10kN/mm，列車通過時的鋼軌動態振幅超過3mm，先鋒扣件剛度更低至6kN/mm，鋼軌振幅更大。較大的垂向振幅伴隨著軌頭橫向翻轉振動，使輪軌接觸關系（接觸應力及蠕滑）表現異常，加上其它因素的綜合作用，輪軌很容易產生異常波磨等病害。

對輪軌關系有不利影響的主要是扣件類減振措施，軌枕類及道床類減振措施因隔振元件并非直接位于軌下，對輪軌的中高頻振動影響較小，故一般不會導致異常磨耗等病害。

2 軌道減振措施取舍需考慮的施工因素

2.1 施工效率對工期的適應性 “軌通”是地鐵工程建設的標志性工期節點，國內地鐵鋪軌工期通常較緊湊，要求鋪軌綜合進度能達到75～100m/天/工作面。鋪軌工期還易受土建施工進度擠壓，這時鋪軌進度就需加快至100～150m/天/工作面，才能將工期搶回來，因此減振措施的施工進度也很重要。

梯形軌枕道床結構簡單，采用與普通軌道一致的“自上而下一次澆筑成型”施工工法，梯形軌枕自身框架性好，軌排組裝后的軌距及軌底坡精度高，精調工作量可減少，故其施工速度與普通軌道一致，在工期適應性方面有很大的優勢。

鋼彈簧浮置板配筋多、結構復雜、工序多，對工期的適應性相對較差。鋼彈簧浮置板施工工法有三種，第一種是最早的現場綁扎鋼筋+現場澆注混凝土，施工速度僅6m/天/工作面，不能適應工期要求，已淘汰；第二種是基地預制鋼筋籠+現場澆注混凝土，施工速度提高至20～30m/天/工作面，能適應一般的鋪設段落需要，但對于長大鋪設段或因土建施工受阻的地段，可能成為鋪軌工期的制約點，曾有多個因工期制約而將鋼彈簧浮置板改為梯形軌枕的工程案例；第三種是預制浮置板工法，這種工法的施工速度可達到50～60m/天/工作面，在上海地鐵首先成功試鋪應用，其對工期的適應性進一步提高，但相應造價需另增加150萬元/公里。

減振墊浮置板結構、工序及施工速度介于鋼彈簧浮置板與梯形軌枕之間，一般情況下約20～30m/天/工作面，應急情況下可趕工至40～50m/天/工作面，在工期適應性方面中規中矩。

2.2 軌道幾何尺寸鋪設精度的可控性 軌道幾何尺寸主要包括軌距、軌底坡、高低、水平、軌向、三角坑等，它們的精度直接影響列車運行的平穩性及輪軌關系相關的設備使用狀態。軌道幾何尺寸精度主要取決于施工鋪軌時的精度控制效果，而軌道的框架整體性對施工精度控制至關重要，近年來越來越多的地鐵工程采用了長軌枕，就是為了提高軌道的框架整體性。

目前所用的各類主要減振措施中，減振扣件可采用類似于普通軌道扣件配套的長軌枕。唯一不同的是，普通扣件長軌枕一般寬約220～250mm，而減振器扣件因自身較寬，配套長軌枕寬度需達到280～300mm，故組裝后的軌排自重較大，施工各環節需加以克服。

梯形軌枕是由左右兩根長約6m的預應力混凝土縱梁及鋼橫梁組成的框架軌枕板結構，組裝后的軌排框架整體性及軌道幾何尺寸精度優于普通長軌枕。高速鐵路為保證軌道尺寸精度，所采用的Ⅰ型框架板結構與梯形軌枕非常相似。

鋼彈簧浮置板因為配筋多、所以早期應用中未設軌枕，直接將扣件錨固在現澆浮置板中，施工質量很難控制，不僅軌道幾何尺寸精度難以保證，而且還出現過扣件道釘歪斜斷裂、軌下凈空不足、扣件下混凝土不密實等多種病害，近年來改進設計的鋼彈簧浮置板均設置了短軌枕。由于浮置板自身彎矩較大，現場澆筑時也無法采用預應力結構，故現澆浮置板無法設置長軌枕，也就很難得到高精度的軌道幾何尺寸。另尤其需注意的是小半徑曲線地段，因鋼筋籠的剛度很大，曲線矢度及軌道幾何尺寸精調都需反復調整并確認，以免留下缺陷，成為病害，已有多個小半徑曲線鋼彈簧浮置板病害的案例出現。不過，上海地鐵率先成功試鋪的預制浮置板則可有效彌補這一不足，但在選用時需考慮成本上的增加。

2.3 對下部基礎施工誤差的適應性 軌道下部基礎主要有隧道、橋梁和路基等，其中盾構隧道較易出現頂進施工偏差。

在盾構隧道的限界圓范圍內，為確保隔振器的拆裝檢修不受鋼軌影響，鋼彈簧浮置板厚一般≯320mm，而受套筒及隔振器的構造限制，板厚很難<280mm。若盾構隧道產生左右或向上的施工誤差超過預設的100mm，則套筒及隔振器不得不挪至鋼軌下部，則不但浮置板的頂升及檢修更換變得十分困難，而且套筒及蓋板與鋼軌距離太近，長期運營過程中可能產生雜散電流或短路現象，已有多個鋼彈簧浮置板鋪設段在運營后產生類似問題。

有個別盾構隧道鋼彈簧浮置板鋪設段因隧道施工誤差太大，最后不得不將鋼彈簧浮置板變更為梯形軌枕或減振墊浮置板。

3 軌道減振措施取舍需考慮的維修因素

3.1 隔振元件檢修更換的方便性及可靠性 地鐵工程設計使用年限為100年，但各類減振措施的隔振元件使用壽命均無法達到100年，質量優良的橡膠或聚氨酯彈性材料在列車動態疲勞荷載作用下，正常使用壽命約30～40年；鋼彈簧可達到50年，但其中的阻尼材料尚不能確信可與鋼彈簧等壽命；此外，長期運營過程中可能出現一些意外狀況而導致隔振元件失效。因此，隔振元件應便于可靠地進行檢修及更換，這是減振措施選型應特別重視的方面。

目前所用的各類主要減振措施中，減振扣件的檢修和更換與普通扣件一致，較為方便。

梯形軌枕的主體結構是預應力混凝土結構，耐久性可達到100年，其減振墊通過框架結構中部的空間隨時進行檢查、調整或更換。

鋼彈簧浮置板的隔振器檢修和更換也很方便，只需打開套筒頂部的蓋板，即可進行檢修更換。但鋼彈簧隔振器數量多，板自身剛度較大，故個別隔振器失效很難被發現，會留下隱患。另外，鋼彈簧浮置板施工過程中應特別留意避免將隔振器設在鋼軌下方，因為這時隔振器檢修和更換需先拆除鋼軌，難度大，成本高。

減振墊浮置板的減振墊全部被鋼筋混凝土板所覆蓋，無法檢查，維修更換和更換需將鋼軌拆除，并將浮置板起吊并移開，故除非停運大修翻新，日常運營中實際上是無法實現的。而且，運營經驗也表明，檢修更換越簡便的結構，可靠性越高；反之則可靠性越低。

3.2 下部基礎差異沉降的適應性 地鐵隧道為狹長型結構，沿線路方向受地質水文條件、結構外形及施工工法等多種因素影響，不可避免會產生差異沉降。差異沉降主要發生在地下車站兩端、聯絡通道、盾構井、泵房、路橋及路隧過渡段、U型槽等部位，嚴重時在20m范圍內可能產生超過100mm的差異沉降。在不良地質條件地區如天津、長三角、珠三角等，差異沉降已成為地鐵工程難以整治的主要病害之一，在其它地區地鐵工程中亦屬多發病害之一。

軌道減振措施選型必須充分考慮能適應下部基礎的差異沉降，即當差異沉降產生后，減振軌道結構應方便及時進行檢查、調整和恢復。

目前所用的各類主要減振措施中，減振扣件的可調整量與普通扣件類似，僅20～30mm，故無法滿足較大差異沉降的調整需求。

梯形軌枕為預應力混凝土結構，抗彎能力強，長6m梯形軌枕可承受4塊減振墊空吊達到6mm；其次，梯形軌枕下部的減振墊空吊后，可在其下采用墊片或澆注型彈性材料進行填補，在枕下墊高可避免扣件調高對軌道幾何尺寸精度及軌道穩定性的影響，理論上只要限界允許，減振墊可無限墊高，以恢復線路初始狀態。像西安地鐵為應對地裂縫地段的差異沉降，即研究采用了類似梯形軌枕的預制框架軌枕板。需注意的是，枕下調高填充材料不宜采用承受沖擊荷載能力較差的脆硬性材料，而應采用耐久性好的柔性耐沖擊材料。

鋼彈簧浮置板理論上對差異沉降有一定的適應能力，當部分隔振器因隧道結構下沉而喪失對浮置板的支承時，可在隔振器頂部增設調高墊片作為彌補。不過實際上因浮置板長度達到25m左右，每個隔振器的靜態和動態壓縮量較大，部分隔振器下沉或失去支承較難被發現，而且也很難保證每個下沉的隔振器被均勻調高。此外，隧道發生差異沉降時，一般不將軌面調至設計標高，而是在其前后作順坡處理。但長25m左右的鋼彈簧浮置板難以實現變坡處理。

減振墊浮置板對差異沉降的適應性相對較差，因為差異沉降將使其底部隔振墊部位局部空吊，而隔振墊又無法調整，也無法實施注漿填充，使浮置板縱向支承變得不均勻，對軌道穩定性、隔振墊使用壽命及排水暗溝的正常使用等方面的影響難以消除。此外，隔振墊的阻隔也使隧道外注漿整治十分困難。

3.3 排水的銜接性、通暢性和可檢修性 地鐵軌行區的排水通暢性非常重要，運營期間水或雜物泥沙淤積不暢會導致軌道短路、設備銹蝕，積水嚴重時對減振效果也會產生不利影響，軌道減振措施選型時需充分重視。

目前所用的各類主要減振措施中，減振扣件的道床結構與普通扣件一致，因而排水性能也與普通軌道一致。

梯形軌枕道床的排水性能也較好，可同時設置中心排水明溝和兩側排水溝，既可與普通無砟軌道的兩側溝順接，也方便與浮置板的中心暗溝過渡。不均勻沉降較嚴重時，明溝排水方便檢查、清理、整治改造，不會產生積水病害。

減振墊浮置板和鋼彈簧浮置板因結構構造所限，只能在浮置板底部設置排水暗溝，暗溝存在以下幾方面的問題：①溝底標高較低，與普通軌道的明溝之間約有250～300mm高差，排水過渡段設置較困難。②暗溝截面較小，不便檢查，一旦產生淤積后很難清理。③下部基礎產生差異沉降時，暗溝的標高無法調整，必然導致積水病害。

4 小結及建議

各類軌道減振措施的施工可控性和檢修更換方便性對長期運營期間良好使用狀態的保證十分重要，良好的施工適應性和可行性以及方便的檢修更換性能，實質上是評判一種減振措施技術成熟的標準之一，軌道減振措施選型需根據不同的工程條件，將施工及維修作為重要、甚至是決定性的因素，以符合工程建設的目標。

施工方面的因素包括施工工序及進度對工期的適應性、軌道幾何尺寸鋪設精度的可控性及對下部基礎施工誤差的適應性等方面。各類減振措施中，減振扣件與梯形軌枕的適應性相對較好，從施工的角度值得推薦，減振墊其次，鋼彈簧浮置板相對較差。

在軌道減振措施選型及設計時，需充分考慮減振地段的鋪軌工期需要與整個工程籌劃的協調，若采用的鋼彈簧浮置板鋪設段較長，需充分考慮個別節點鋪軌時在工期出現問題或下部基礎出現較大施工誤差時可行的備用方案；此外，各類浮置板的方案結構設計應盡量考慮施工可行性并提高軌道幾何尺寸精度控制的效果。

維修方面的因素包括隔振元件檢修更換的方便性和可靠性、下部基礎差異沉降的適應性以及排水的銜接性、通暢性和可檢修性等方面。各類減振措施中，梯形軌枕在各個方面的優勢都較為明顯，從維修的角度值得推薦；減振扣件檢修更換比較方便，排水性能好，但對下部基礎差異沉降的適應性較差；鋼彈簧浮置板的隔振元件可檢修更換性及下部基礎差異沉降性能尚可，但排水通暢性方面較差；減振墊浮置板從維修角度考量的幾個方面均不太理想，不宜用于易產生差異沉降及滲水病害的盾構隧道區間及車站兩端部位，可考慮在工程條件較好、不易產生病害的車站或矩形隧道內使用。

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