軌道減振技術應用和發展

王 巍 松

(中鐵一局集團新運公司，陜西 咸陽 712000)

軌道減振技術應用和發展

王 巍 松

(中鐵一局集團新運公司，陜西 咸陽 712000)

結合軌道交通發展現狀，對鋼軌吸振技術、彈性鋼軌扣件、減振型軌下基礎及軌道減振材料的應用和發展進行了詳細論述，有利于我國各大城市軌道交通的大規模建設。

軌道交通，鋼軌，減振技術，降噪

隨著我國城市軌道交通的發展，列車運行所引起的振動噪聲會更加劇烈，因此振動和噪聲會嚴重的干擾沿線居民的正常生活，甚至會影響附近學校、科研院所及醫院、銀行等的正常運行，也會影響沿線的土地開發利用。研究應用減振降噪技術產品，減少振動和噪聲對沿線居民和建筑物的影響成為必然趨勢。

軌道結構的減振可采用隔振技術，軌道部件的彈性可起到較好的隔振作用，阻斷振動的傳播途徑，使得軌道作為振源向周圍土介質或向梁跨結構傳遞的振動減小，從而降低結構的“二次噪聲”。目前，采用高分子材料的軌道減振降噪措施一般分為五類：鋼軌吸振器、彈性扣件、彈性軌枕、浮置板減振、鋼軌埋入式減振及其他一些措施。

1 鋼軌吸振技術應用

1.1 阻尼鋼軌

一般是在鋼軌腹部粘結高阻尼橡膠后再粘結一層鋼板，以增加振動質量，起到衰減作用，達到降噪目的。橡膠與鋼軌、橡膠與鐵板之間要有較好的粘結性，如果粘結面脫開，則效果大大降低(見圖1,圖2)。

粘貼式鋼軌振動阻尼吸振器其原理是利用與軌腰粘結的橡膠、鋼板，起到吸振作用，阻止軌腰振動的噪聲輻射。

吸振器是調諧的彈簧—質量機械震蕩器，根據吸振器裝置點的共振頻率，吸振器產生較高的機械阻抗，從而降低振動響應。在吸振器中的阻尼材料吸收調諧頻率區段的振動能量，而且阻尼材料具有較寬的頻率影響范圍。鋼軌吸振器可采用軌腰吸振和軌底吸振相結合的形式。如圖3所示，曲線軌道安裝吸振器可有效地降低列車通過曲線時的嘯叫噪聲。

1.2 鋼軌調諧質量阻尼系統

調諧質量阻尼系統(Tuned Mass-Damper-TMD)，如圖4所示。有兩種形式：一種是在鋼軌全長是粘貼，另一種是用專用夾具安裝，還有是用彈簧夾具安裝，如圖5所示。調整吸振器的質量和橡膠彈性，可改變吸振器的固有頻率，起到調諧作用，利用吸振器的阻隔尼吸收振動能量，從而達到減振的目的。

2 彈性鋼軌扣件應用

按彈性材料和鐵墊板的聯結形式，鋼軌扣件分為粘結型和非粘結型。粘結型扣件一般在軌下和鐵墊板下均設高彈性橡膠墊板。粘結型扣件采用承軌板和底板之間橡膠硫化粘結。我國軌道交通扣件類型特點及應用見表1。

表1 軌道交通扣件類型特點及應用表

3 減振型軌下基礎的應用

我國軌道交通減振型軌下基礎主要類型及應用見表2。

表2 軌道交通減振型軌下基礎主要類型及應用表

4 軌道減振材料應用發展

現代軌道交通要求鐵路軌道結構具備較高剛性、穩定性、合理彈性值，實現高質量、少維修。這無疑對高新材料在現代軌道工程中的應用提出了更高的要求，迫切要求研發能適應高速、城市軌道交通要求的、能減振降噪的、能大大延長使用壽命的，且不破壞環境的高新科技軌道材料。

4.1 聚合物混凝土的應用[8]

聚合物混凝土是聚合物與水泥的復合材料，綜合了有機高分子材料良好的柔韌性、彈性、加工性能和水泥材料優異的抗壓、抗剪等性能，而避開了各自性能上的不足。并且兩類材料的復合還產生了各自都不具備的諸如抗凍融性和耐磨性等性能。聚合物混凝土主要有聚合物浸漬混凝土(PIC)、聚合物水泥混凝土(PCC)和聚合物膠結混凝土(PC)。聚合物混凝土比普通混凝土的力學性能優越，有望成為制作軌枕或軌道板的新型材料。

4.2 復合軌枕的應用

復合軌枕彈性好，強度高，壽命長，穩定性好。復合軌枕具有耐腐蝕性、耐候性、耐疲勞性、耐絕緣性、易加工性。

借鑒國外的成功經驗,吸收國外的先進成熟技術,研究開發復合枕木，將代表著軌枕材料未來的發展方向。

1)廢塑料復合枕木。廢塑料復合枕木采用95%以上廢塑料、廢橡膠粉、粉煤灰等廢棄物，采用全自動配料混料生產線的配料、混料、計量和控制技術，制成高強的復合枕木，可實現半自動或全自動的生產。廢塑料合成枕木比混凝土有彈性，具有吸振降噪效果。特別適合城市軌道交通使用，可以降低輪軌沖擊，減少振動噪聲，有著廣闊的市場前景。

2)廢橡膠粉末復合枕木。它由廢舊輪胎生產的膠粉、沙子、水泥混合，用模型壓制成鐵路軌枕，具有重量輕、抗沖擊和耐腐蝕等優點，并能減少火車行駛噪聲和振動。廢舊輪胎屬于不溶和難熔的高分子彈性材料，其高彈性、高韌性在-50 ℃～+150 ℃范圍內沒有變化。隨著汽車工業的快速發展，越來越多的廢舊輪胎形成的“黑色污染”，以廢舊輪胎為原料開發研制新材料軌枕將是一個嶄新的領域。

3)聚氨酯軌枕。聚酯發泡合成軌枕是以聚氨酯泡沫塑料為基體，以玻璃長纖維為增強材料的一種新型復合材料軌枕，具有機械強度高、耐腐蝕性強、吸聲減振絕緣、二次加工性能好、使用壽命長等特點，是替代木質枕木和混凝土枕木的理想制品。

聚酯發泡合成軌枕生產采用拉擠成型工藝，使玻纖增強聚氨酯制品可以連續化生產。這種軌枕用于含道岔、短軌枕的直結軌道和橋梁軌枕極為有利。

4.3 聚酯彈性體的材料應用

聚酯彈性體包括熱塑性聚酯彈性體(TPEE)和聚氨酯(TPU)。具有優良的韌性和回彈性，良好的耐蠕變性，耐磨性，抗彎曲疲勞性，低溫下良好的韌性,使用溫度-55 ℃～110 ℃，耐化學腐蝕性，耐油性優良。同時與傳統橡膠類材料相比，熱塑性彈性體可用標準的熱塑性手段加工，不需橡膠加工過程的硫化工序，邊角料可以多次回收利用，節省資源保護環境。

國內外軌道結構橡膠彈性元件，目前主要表現在彈性時效上的差別，國內軌道結構橡膠彈性元件彈性時效性能差，即材料老化性能不理想。針對現代軌道結構橡膠彈性元件材料要求以“高模量、低硬度”為目標，研究開發以聚酯彈性體材料的鋼軌軌下、板下橡膠、枕下墊板、浮置板支座的減振產品，優化結構設計，提供更好的彈性減震、減噪、緩沖、絕緣功能。在保證功能和優異的彈性時效特性前提下，其使用壽命大大提高。

[1] 陳小平，王 平，陳 嶸.彈性支撐塊式無砟軌道的減振機理[J].鐵道學報，2007，29(5)：69-72.

[2] 戶原春彥.防振橡膠及其應用[M].北京：中國鐵道出版社,1982.

[3] 魏鵬勃，夏 禾，曹艷梅，等.安裝阻尼板的鋼軌減振性能試驗研究[J].交通大學學報，2007，31(4)：30-31.

[4] 鄧 嬌，李金衛，黃友劍，等.Ⅲ型軌道減振器的設計與應用[J].鐵道標準設計，2007(10)：56-57.

[5] 楊宏偉.新型減振Vanguard扣件短軌枕軌道工程施工技術[J].鐵道建筑技術，2006(3)：8-9.

[6] 郝 珺，耿傳智，朱劍月.不同軌道結構減振效果測試分析[J].城市軌道交通研究，2008(4)：15-16.

[7] 郭民龍，王巍松.橡膠復合彈簧浮置板軌道施工技術[J].城市軌道交通研究，2006(6)：12-13.

[8] 宋文祥.用回收料生成高強度塑料枕木[J].國外塑料，2001(1)：21-24.

[9] 董誠春.廢橡膠粉制鐵道枕木[J].世界橡膠工業，2008，35(8)：43-45.

[10] 劉 苑.玻璃纖維增強塑料在地鐵中的應用[J].廣東建材，2008(6)：12-14.

[11] 肖生苓，陳玉霄.鐵路軌枕復合材料結構設計[J].森林工程，2006，22(5)：48-50.

[12] 尹 鵬.熱塑性聚酯彈性體(TPEE)性能與應用[J].化工新型材料，2006，34(3)：76-77.

[13] 劉 濤，羅世凱，王先忠.微孔泡沫塑料的研究綜述[J].工程塑料應用，2008，36(5)：78-82.

The application and development of vibration reduction in rail transit

Wang Weisong

(XinyunCompany,ChinaRailwayFirstBureauGroup,Xianyang712000,China)

Combining with the present situation of rail transportation development, this paper discussed in detail the application and development of steel rail vibration absorbing technology, elastic steel rail fastener, vibration damping type rail foundation and rail vibration damping material, was conducive to large-scale construction of China’s major city rail transit.

rail transportation, steel rail, vibration damping technology, noise reduction

2015-03-04

王巍松(1975- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)14-0140-02

U213.2

A