市域快線停車場軌道減振降噪方案設計

木東升 尹華拓 黃國慶

(1.廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州 510010； 2.廣州地鐵建設管理有限公司，廣州 510010)

因地制宜地選擇城市軌道交通停車場及車輛段軌道減振降噪措施，可使列車運行時的振動和噪聲對上蓋建筑的影響滿足環保要求[1]。目前，已有許多學者開展相關研究，何永春等針對深圳地鐵5號線塘朗車輛段上蓋物業開發的減振降噪問題，根據車輛段軌道振動和噪聲源以及振動和噪聲值的預測成果，對各種減振與降噪措施進行綜合比較[1]；鄔玉斌等對北京某車輛段地鐵振動進行現場實測，認為庫上建筑受地鐵振動影響明顯，建筑振動以豎向為主，樓板振動程度與自身固有頻率有關，應盡量避開地鐵振動的主頻范圍[2]；于占洋通過對線路特征及聲源進行總體分析，根據車輛段軌道自身結構特點及噪聲的特性，結合國內外相關工程經驗和廣泛調研提出減振降噪措施及管理措施[3]；孫亮明等針對國內某地鐵車輛段試車線上蓋住宅進行現場實測，獲得列車以不同時速運行時上蓋住宅各層的豎向和橫向振動實測數據，并分析樓板振動在時域和頻域內的振動特點及衰減規律，探討不同車速對上蓋住宅樓板振動的影響規律[4]；周杰等針對下沉式地鐵車輛段環境噪聲問題，采用問卷調查與現場實測相結合的方法，對下沉式地鐵車輛段環境噪聲特性開展研究[5]。

廣州市軌道交通22號線是廣州首批市域快線，設計最高運行速度160 km/h。線路建成后將串聯番禺區和荔灣區，連接廣州南站、白鵝潭樞紐等大型鐵路樞紐，發揮市域快線功能，將廣州打造成為國家“十三五計劃”提出的國際性綜合交通樞紐。廣州市軌道交通22號線工程設陳頭崗停車場一處，位于石壁村北側。陳頭崗停車場占地24.21 hm2，主要功能為停車列檢、月檢、臨修、試車、洗車和鏃輪。本工程采用國產8節市域快線列車編組，軸重≤17 t，站場內曲線最小半徑為200 m。

根據工程實施規劃，對陳頭崗停車場進行物業開發，物業建筑的主要類型有：住宅樓、小學、幼兒園等。其中，上蓋住宅主要位于運用庫，上蓋小學與幼兒園位于咽喉區正上方，停車場周邊白地開發為地面住宅。為避免地鐵列車運行時產生的振動及噪聲影響所開發物業的商業價值，應采取針對性軌道減振降噪措施。

1 陳頭崗停車場軌道主要技術標準

陳頭崗停車場車場線采用50 kg/m、U71Mn鋼軌，試車線、出入場線采用60 kg/m、U75V普通熱軋鋼軌，軌距為標準軌距1435 mm，停車場內最小曲線半徑為200 m。采用1/40軌底坡，道岔及道岔間不足50m的地段不設軌底坡；當道岔需與兩端線路進行軌底坡過渡時，在道岔兩端兩根岔枕處鐵墊板下設置軌底順坡墊板。

出入場線地面段、試車線非減振碎石道床地段、車場線庫外碎石道床地段采用國鐵彈條Ⅰ型扣件；庫內整體道床地段采用50 kg/m鋼軌彈條Ⅰ型分開式扣件；試車線梯形軌枕碎石道床地段采用60 kg/m鋼軌彈條Ⅰ型分開式扣件。

本工程試車線采用碎石道床60 kg/m鋼軌9號彈性可彎尖軌單開道岔，車場線采用碎石道床50 kg/m鋼軌9號單開道岔及9號5.1 m間距交叉渡線，均采用合成岔枕。普速地鐵試車線一般采用碎石道床60 kg/m鋼軌9號道岔，車場線采用碎石道床50 kg/m鋼軌7號單開道岔及交叉渡線。因此，本工程陳頭崗停車場減振降噪方案與普速地鐵停車場及車輛段差異較大。

2 減振降噪標準

陳頭崗停車場敏感區域振動限值按照GB10070—88《城市區域環境振動標準》中“居民、文教區”考慮，并依照HJ453—2018《環境影響評價技術導則 城市軌道交通》及JGJ/T 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》，以VLzmax作為評價量[6-8]。城市各類區域鉛垂向Z振級標準值見表1。

表1 城市各類區域鉛垂向Z振級標準值 dB

3 陳頭崗停車場減振降噪方案設計原則

陳頭崗停車場減振降噪方案設計原則如下。

①試車線及咽喉區道岔范圍，與上蓋建筑投影距離小于15 m或與地面建筑投影距離小于25 m時，應設置減振措施。

②在上述地段設置減振措施時，應沿軌道方向延伸25 m。

③庫外整體道床軌道基礎與結構柱及其基礎宜隔離，當未隔離時，應采用高等及以上等級的軌道減振措施。

④根據《軌道交通18/22號線正線軌道系統設備用戶需求書》《陳頭崗停車場軌道設計變更及五號線阻尼鋼軌降噪效果報告審查會議紀要》要求，選取條件合適的庫外道口鋪設減振降噪性能良好的嵌入式軌道。

4 停車場及車輛段常用減振降噪措施

4.1 常用減振措施

(1)減振道砟墊

減振道砟墊是一種質量彈簧系統，其特點主要為采用面支承，耐水、耐磨、耐老化性能好。在停車場及車輛段碎石道床地段鋪設時，可通過在道砟底面下設置減振道砟墊來實現減振。減振道砟墊具有減振效果好、施工方便，不影響過軌管線布置等優點，已在全球多個國家城市的高鐵、地鐵項目中得到廣泛應用。目前，在國內香港、臺灣、國鐵成灌線等已通車運營的項目上，減振道砟墊迄今使用情況良好。根據深圳地鐵1、2號線減振道砟墊的測試，試車線軌枕處平均減振量為4 dB，距離試車線中心線6 m處平均減振量為6 dB。

(2)梯形軌枕

梯形軌枕是一種預制鋼筋混凝土縱梁支撐軌道結構，由預應力縱向長梁和鋼軌形成復合軌道，兩個縱向長梁中間用鋼管或混凝土橫梁連接形成框架，形似梯子而得名[9]。

梯形軌枕在國內多用于正線、停車場及車輛段整體道床，在縱向長梁下設置彈性聚氨塑脂支墊，使其浮于混凝土基礎之上，在廣州地鐵5號線魚珠車輛段試車線鋪設了梯形軌枕試驗段。由于梯形軌枕將軌枕從過去的橫向鋪設，轉變為沿線路方向(縱向)連續鋪設，軌枕下部面積變寬，可以大幅分散對線路構造物的載荷，使道床受力更加均勻穩定，道砟的應力峰值大幅降低，從而減輕對下部構造物的負荷和振動。

(3)減振接頭夾板

減振接頭夾板常用在鋼軌接頭非工作邊側并在接頭夾板中部一定長度范圍內加高至鋼軌軌頂面。車輪碾過鋼軌接頭時，與減振接頭夾板頂部接觸，使軌頂面由中斷變為連續，緩解了軌縫和相鄰軌端錯牙臺階的影響，從而減輕輪軌沖擊，減少鋼軌端部的沖擊掉塊和塑性變形等病害，改善了輪軌關系[10]。根據石太線小半徑曲線地段的實測數據，鋪設減振接頭夾板的鋼軌接頭較一般的鋼軌接頭振動加速度降低50%以上，鋼軌軌底下沉量減少20%。

目前，天津地鐵1號線高架橋普通線路地段，深圳地鐵蛇口車輛段、成都地鐵1號線等需上蓋物業開發的車輛段均采用減振接頭夾板，效果良好。

(4)無縫線路

無縫線路主要適用于庫內線，庫內線車輛運行速度5 km/h左右，引起的振動和噪聲有限。接頭振動是庫內線振動的主要來源，鋪設無縫線路消除鋼軌接頭可以有效減輕振動影響。

(5)熱塑性聚酯高彈性墊板

傳統墊板一般設計成圓柱形或溝槽形結構，利用橡膠的壓縮變形提供彈性。而熱塑彈性體材料由于具有更好的韌性、彈性及抗彎曲疲勞性，故可以設計成波浪形，使墊板能同時通過撓曲變形和壓縮變形產生回彈力。并且可以將墊板剛度設計得更低，有利于降低扣件豎向剛度，降低振動值，預計減振效果為1～3 dB。

4.2 常用降噪措施

(1)阻尼鋼軌

從減振降噪原理及一些工程的試鋪效果來看，阻尼鋼軌主要適合在小半徑曲線地段使用，用于降低輪軌摩擦的高頻噪聲，降噪效果為2～5 dB(A)[11]。

鋼軌阻尼在軌腰安裝，可以靈活避開扣件、接頭夾板及軌連線等部位，對其他軌旁設備沒有影響。在線路開通運營以后，應根據線路上噪聲的組成及量值來選擇是否采用鋼軌阻尼。因此，阻尼鋼軌在曲線地段可作為一種降噪輔助措施。

(2)吸聲板

吸聲板的種類和材質較多，有泡沫塑料、石棉、微孔陶粒混凝土、陶瓷等。吸聲板在國內地鐵中應用很少，僅在個別工程中有過試驗段。2010年，上海3號線曾在石龍路站地面線試鋪了雙線100 m微孔陶粒混凝土吸聲板并進行了降噪效果測試[12]。

根據上海地鐵3號線試鋪段的現場實測結果，吸聲板對100～8 000 Hz范圍噪聲均有不同程度的吸聲效果，對250～2 000 Hz的輪軌噪聲可降低5～7 dBA；對于2 000 Hz以上的高頻噪聲，可降低3～5 dBA。從頻譜上看，對500～1 000 Hz輪軌噪聲的降噪效果比較明顯。

4.3 庫外道口減振措施

嵌入式連續支承無砟軌道(簡稱“嵌入式軌道”)是一種將鋼軌嵌入到混凝土整體道床中，采用彈性墊板連續支撐、高分子阻尼材料連續鎖固鋼軌的新型軌道結構，具有整體性好、結構簡單、安全可靠、壽命長、減振降噪、日常運營維護工作量少等特點[13-20]。

5 陳頭崗停車場軌道減振降噪措施

5.1 道岔區采用減振道砟墊

國內大部分帶上蓋物業的停車場、車輛段試車線及道岔區均采用減振道砟墊，如深圳地鐵蛇口車輛段、塘朗車輛段、杭州地鐵七堡車輛段、廣州地鐵鎮龍車輛段、蘿崗車輛段、官湖車輛段等。陳頭崗停車場道岔區也采用減振道砟墊。

陳頭崗停車場庫外車場線減振墊碎石道床采用新Ⅱ型預應力混凝土枕，一般段鋪設密度1 440根/km，庫外平交道口軌枕鋪設密度為1 820根/km，單層道砟即一級道砟。道床頂部寬2.9 m，砟肩寬200 mm，半徑不大于300 m的曲線外側砟肩加寬0.1 m，道床邊坡坡率為1∶1.5，碎石道床減振道砟墊設計見圖1。

圖1 碎石道床減振道砟墊方案(單位：mm)

5.2 試車線采用梯形軌枕

根據廣州地鐵廈滘車輛段與蘿崗車輛段試車線的振動測試結果，距離線路中心線6 m處的平均減振效果約為9.5 dB。

碎石道床梯形軌枕在廣州地鐵應用廣泛，5號線魚珠車輛段、6號線蘿崗車輛段、13號線官湖車輛段的試車線均鋪設了梯形軌枕。

考慮廣州地鐵5號線魚珠車輛段試車線21號線鎮龍車輛段、6號線蘿崗車輛段、13號線官湖車輛段試車線均鋪設梯形軌枕，減振效果良好，軌道狀態穩定，陳頭崗停車場試車線采用梯形軌枕。

試車線梯形軌枕碎石道床鋪設雙層道砟，由底砟和道砟組成，道床頂面寬度為2.8 m，砟肩堆高150 mm，道床邊坡坡率1∶1.75，道砟等級為一級，道床的密實度不得小于1.7 t/m3。曲線地段超高通過全超高方式實現，即將梯形軌枕軌排繞內股軌頂中心旋轉，使內股鋼軌不動、外股鋼軌抬高一個超高值，內外側道砟的外形布置相應進行調整；圓曲線地段，超高通過梯形軌枕整體旋轉在砟上實現；緩和曲線地段，應先按照扣件調整量表調整扣件高度，再按設計超高值調整扣件處鋼軌。單塊梯形軌枕包含10對扣件，扣件間距為600 mm。每塊梯形軌枕鋪設長度6 000 mm，實際長度5 800 mm，標準枕縫200 mm，具體枕縫范圍150～250 mm，梯形軌枕總寬2 300 mm(限位凸臺位置)。單邊縱梁寬580 mm，高185 mm。兩片縱梁之間設2道混凝土橫梁，2道鋼管橫梁，側面各設1個縱向防爬凸臺，混凝土強度等級為C60。梯形軌枕道床設計見圖2。

圖2 梯形軌枕道床方案(單位：mm)

5.3 庫內線鋪設無縫線路

為降低庫內線接頭振動，決定鋪設無縫線路，扣件采用熱塑性聚酯高彈性墊板。

5.4 庫外小半徑曲線地段采用阻尼鋼軌

目前，阻尼鋼軌已在杭州、福州、寧波等待開發的車輛段(停車場)和部分正線上推廣使用。陳頭崗停車場庫外小半徑曲線地段采用阻尼鋼軌，阻尼鋼軌降噪效果達4 dB。

阻尼鋼軌包括但不限于約束阻尼結構、吸振器結構或二者結合等裝置。以同一線路、同一地段安裝阻尼鋼軌前后相同測點處A計權噪聲級的差值作為降噪效果的評價依據，測點為鋼軌外側3 m外、軌頂高處，在鋼軌表面光亮清潔、曲線嘯叫工況下，阻尼鋼軌降噪效果應不低于4 dB(A)。

5.5道口采用嵌入式軌道系統

2015年，廣州地鐵集團開始對嵌入式軌道系統的技術設計、材料研究、施工工法、維護技術成套技術進行研究。2017年12月28日，在廣州地鐵14號線知識城支線的嵌入式軌道試驗段正式通車運行，目前已應用近4年?！稄V州地鐵嵌入式連續支承無砟軌道系統服役性能測試及評估》結果表明：①嵌入式軌道幾何形位保持良好，系統減振降噪以及雜散電流防護效果保持良好；②相較于普通扣件式軌道，0～80 Hz范圍內(Z計權)嵌入式軌道，減振量為12 dB，且日常養護維修工作量小。

圖3 嵌入式軌道道床方案(單位：mm)

綜上，嵌入式軌道系統整體性好、減振降噪性能良好、日常養護維修工作少、外觀整潔、美觀、易于清潔，根據《軌道交通18/22號線正線軌道系統設備用戶需求書》《陳頭崗停車場軌道設計變更及五號線阻尼鋼軌降噪效果報告審查會議紀要》要求，選取條件合適的道口鋪設減振降噪性能良好的嵌入式軌道。

6 結語

通過綜合對比分析國內外軌道交通停車場及車輛段減振降噪措施，并結合廣州市軌道交通既有設計經驗，陳頭崗停車場軌道減振降噪設計方案為：道岔區采用減振道砟墊，預計平均減振量為4～6 dB；試車線采用梯形軌枕，距離線路中心線6 m處的平均減振效果約為9 dB；庫內線鋪設無縫線路，扣件采用熱塑性聚酯高彈性墊板，減振效果為1～3 dB；庫外小半徑曲線地段采用阻尼鋼軌，阻尼鋼軌降噪效果達4 dB；道口采用嵌入式軌道系統，0～80 Hz范圍內(Z計權)嵌入式軌道減振量為12 dB。