車輛段道砟墊減振特性分析研究

李騰

（北京九州一軌隔振技術有限公司，北京 100070）

引言

隨著城市土地資源逐漸稀缺，軌道交通發展迅速。城市軌道交通需設置一場一段以滿足全線車輛運營及維護的需求。車輛基地內部一般需設置運用庫、聯合檢修庫、綜合維修中心、綜合維修樓、食堂宿舍等建筑物，還需要設置咽喉區軌道連接庫內軌道及其他建筑單體，所以整個車輛基地的體量相對較大，對其綜合利用，即上蓋開發也愈發迫切。在車輛段上蓋綜合利用開發的同時，其下部的軌道交通運行時產生的振動和噪聲問題逐漸凸顯出來。尤其是車輛段咽喉區域，由于道岔眾多，且以小號碼道岔為主，均存在有害空間，導致振動加劇，目前多采用有砟道床的設計。與無砟軌道相比，有砟道床具有一定的減振效果，但也難以滿足車輛段上蓋開發的環境需求，故在某些車輛段的咽喉區采用鋪設道砟墊的方式，以提升其減振性能。

2 道砟墊工程測試概況

以工程項目現場中的實測數據為依據，分析道砟墊在軌旁和上蓋建筑上的對比減振效果。工程項目為北京市某地鐵車輛段，由于其在咽喉區全部鋪設減振墊，對比斷面選擇雙層碎石道床，試驗方案為在鋼軌、軌枕、軌旁0.7m、行車股道上方上蓋位置處設置加速度傳感器，測量列車運行時對環境周邊的加速度影響，傳感器具體位置見圖1、圖2；測試期間采用的設備見表1。

圖1 咽喉區軌道斷面傳感器布置圖

圖2 雙層碎石軌道斷面傳感器布置圖

表1 測試儀器設備

分析頻率為1000Hz，為保證測試精度，在雙層道砟和咽喉區道砟墊上采取同一列車進行測試，同時為避免咽喉區行車速度對測試結果的影響，列車時速統一為25km/h，本工程項目采用B型車，8節車輛編組，軸重14t。

測試規程參考標準為《城市區域環境振動測量方法》（GB 10071—1988）。區域環境允許的標準值，參照《城市區域環境振動標準》（GB 10070—1988）。

城市軌道交通引起的環境振動基本評價量為列車通過時的鉛垂向VLz10〔按ISO 2631:1-1985規定的全身振動Z計權因子計算，即按照《人體全身震動環境的測量規范》（GB/T 13441—1992）中計權〕，對工程中擬采取的軌道減振或樓內地板等處理措施提供數據支撐和依據，其評價量見表2。

表2 城市區域環境振動標準限值

3 道砟墊測試數據分析

本次測試中的鋼軌垂向、軌枕垂向、基礎垂向、基礎水平加速度時域圖見圖3。從圖3鋼軌和軌枕的加速度時域圖中可明顯判斷出車輛采取8節編組，振動加速度幅值自鋼軌（20m/s2）、軌枕（3 m/s2）、基礎（0.01m/s2）依次遞減，其幅值衰減明顯。

由圖4可見，列車在經過道砟墊斷面時，鋼軌在40Hz以下頻率振動大于雙層軌道砟道床的鋼軌垂向振動，并可推斷出，有砟軌道-道砟墊的系統固有頻率在40Hz范圍內，在低于系統固有頻率時，對鋼軌振動具有放大作用，這與經典隔振理論相符。

圖3 鋼軌、軌枕、基礎振動加速度

圖4 鋼軌垂向振動1/3倍頻對比圖

由圖5可見，在列車經過道砟墊時，軌枕的振動與雙層道砟處軌枕的振動差別不大，但在10～40Hz內，有增大的跡象，原因是道砟墊+道砟作為質量彈簧系統，其固有頻率在此范圍內，故軌枕振動也有增大的現象。

圖5 軌枕垂向振動1/3倍頻對比圖

圖6為軌道兩旁基礎位置測點的振動加速度對比圖，在評價其振動時采取Z振級下的集權值，通過對比可知，道砟墊在40Hz后開始起減振效果，并在40～200Hz內均有良好的減振效果，這覆蓋了軌道交通的典型頻率范圍（60～100Hz），能夠保證在低速范圍（25km/h）咽喉區的減振需求。

圖6 基礎垂向振動Z振級1/3倍頻程對比圖

根據計權標準，給出在柱基礎位置的減振效果插入損失見表3。

表3 基礎位置VLz10減振效果插入損失

按照GB/T 13441—1992、GB/T 13441.1—2007計權得到的插入損失ΔVLz10，均在8.2dB左右，可以推斷該道砟墊減振效果：在25km/h低速狀態下，采用8B車輛編組狀態的減振量，能夠達到8.2dB。

對比軌道行車正上方上蓋的振動，其Z振級下的1/3倍頻譜見圖7。

圖7 二層上蓋垂向振動Z振級1/3倍頻程對比圖

在列車經過測試斷面時，二層上蓋的振動特性，在行車引起的典型頻率范圍內，道砟墊能夠顯著降低行車對蓋上振動的影響，但在道砟墊固有頻率范圍附近，減振能力降低，符合基本理論。

但對比兩個實驗中，上部結構有些不同，咽喉區道砟墊的上蓋結構有三層，并且為連續梁結構；雙層碎石道床上部僅為兩層，并且采用簡支梁結構，其對低頻振動具有一定的放大作用。上蓋位置VLz10減振效果插入損失見表4。

表4 上蓋位置VLz10減振效果插入損失

4 結論

綜上所述，在咽喉區低速行車區當采用有砟道床結合道砟墊設計，能夠提供良好的減振效果，垂向減振效果可以達到7dB。對上蓋開發而言，在咽喉道岔區，行車速度在25km/h，采用有砟軌道結合道砟墊設計，能夠達到環境振動67dB以下，可滿足居民、文教區的區域環境振動標準值。