城市軌道交通減振降噪技術(shù)應(yīng)用

谷進朝

(中鐵一局，陜西 西安 710000)

1 概述

近年來，由于中國城市軌道的高速發(fā)展，它在緩解了城市交通擁堵問題的同時，也帶動了城市經(jīng)濟的發(fā)展，但也造成了較多的負面問題，比如在運營過程中所出現(xiàn)的震動和噪聲等問題[1]，給人們的日常生活環(huán)境帶來了不良影響。所以，緩解中國城市軌道交通的降震除噪等問題就顯得尤為重要。鋼軌及其相關(guān)構(gòu)件逐漸成為直接承載體,并成為重大問題的研究關(guān)鍵，因而受到了更多科學家的重視。而隨著鋼軌阻尼、浮軌扣件聯(lián)接、鋼彈簧浮置板道床設(shè)計施工等技術(shù)的迅速發(fā)展，通過安裝鋼軌阻尼、更換浮軌扣件聯(lián)接、重新制造鋼彈簧浮置板道床等措施，已經(jīng)成為軌道減振措施發(fā)展的主流方向。

2 鋼軌阻尼和浮軌扣件組合減振降噪技術(shù)

2.1 鋼軌阻尼

鋼軌阻尼為降低地鐵軌道噪聲和污染而研制的設(shè)備，由鄭州地鐵集團有限公司組織，設(shè)計單位、施工等單位展開科研攻關(guān)，進行前期大量的論證及專題討論，進行大量工藝實驗，經(jīng)過不斷總結(jié)、分析、改進，形成其相應(yīng)施工工序為：先對需加裝鋼軌阻尼區(qū)間進行鋼軌污染物清理及鋼軌除銹打磨，待運輸鋼軌阻尼至施工現(xiàn)場，分段進行安裝阻尼器減振塊和阻尼彈性夾，阻尼材料的物理指標如表1所示，最后統(tǒng)一檢查安裝是否合格，確保滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

表1 阻尼材料性能指標

鋼軌阻尼吸振器[2-4]具體安裝前,應(yīng)該用鋼絲刷子將鋼軌軌腰及軌底角部位(吸振器安裝部位)進行除銹處理,然后使用干燥的毛氈去灰,把黏附在軌腰和軌底角上的灰塵全部擦掉,并根據(jù)軌枕間距選擇適當尺寸的吸振器,并在鋼軌上標明吸振器的部位,具體安裝要求有以下幾點：

1)鋼軌內(nèi)外側(cè)軌腰吸振器規(guī)格相同。

2)安裝完畢的吸振器底部外邊緣距軌底角邊緣為10 mm，允許誤差-2 mm。

3)吸振器與鋼軌軌腰密貼、規(guī)格相同，不影響扣件的拆裝。

彈性夾安裝采用專用安裝工具進行安裝。安裝過程中應(yīng)避免過度將彈性夾開口擴張，以免損傷彈性夾剛度，安裝完畢的彈性夾應(yīng)保持垂直，卡爪完全進入吸振器凹槽內(nèi)，現(xiàn)場安裝效果如圖1所示。

2.2 浮軌扣件

浮軌扣件屬于軌腰約束型式的扣件[5-7]，當其在正常工作狀態(tài)時，鋼軌處于懸浮狀態(tài)，可以有效地實現(xiàn)減振效果。經(jīng)過進行大量工藝實驗和分析及改進，形成其相應(yīng)施工工序為：施工所需浮軌扣件由存料區(qū)通過吊車吊裝至貨車上并倒運至所需施工地段就近車站，再由人工搬運存放于車站大斷面木箱內(nèi)并碼放整齊，以防止材料侵入電客車運行限界，之后由倒運材料班組用小平板車將浮軌扣件倒運到施工地段，并按照施工順序進行擺放。

首先對軌道幾何尺寸進行測量，將數(shù)據(jù)記錄于對應(yīng)鋼軌上，并將待更換浮軌扣件區(qū)段、鋼軌需打起區(qū)段分別用噴漆標出，便于后續(xù)施工。因浮軌扣件高度較高，需將更換浮軌扣件區(qū)段各往大小里程10 m～15 m的彈條和軌距塊拆除，用壓機將鋼軌打起并用方木支墊，確保鋼軌穩(wěn)固。更換浮軌扣件時先施工左股，完成后再施工右股，依次循環(huán)。為了以后現(xiàn)場施工方便，線路所有活動擋肩安裝到鋼軌的同一側(cè)。在線路過渡部分安裝浮軌扣件時，必須在過渡扣件的第1，2根軌枕上面分別加放一塊2 mm及1 mm厚的軌下小膠墊，以保證過渡扣件的高度與浮軌扣件高度一致，順接平順。浮軌扣件系統(tǒng)如圖2所示，安裝步驟如下：

1)鋪設(shè)耦合墊板，將耦合墊板放在軌枕上，絕緣耦合墊板道釘孔中心與軌枕上預埋尼龍?zhí)坠苤行膶?yīng)。

2)放置扣件基板，將扣件基板放置在耦合墊板之上，其道釘孔中心與預埋尼龍?zhí)坠苤行膶?yīng)。

3)設(shè)置軌底襯墊，落鋼軌，組裝橡膠支撐塊與前側(cè)板，將前側(cè)板凸出頂柱插入橡膠支撐塊底面圓形凹孔內(nèi)，使橡膠支撐塊與前側(cè)板組合。

4)放置橡膠支撐塊與前側(cè)板組合體，將兩個橡膠支撐塊與前側(cè)板組合體放置于扣件底板兩端邊緣，分別從兩端將該組合體推向鋼軌腰部，使橡膠楔塊表面與鋼軌腰部貼合。

5)安裝T型螺栓，將T型螺栓頭部插入基板擋肩與前側(cè)板之間預留位置(固定柱)后順時針旋轉(zhuǎn)約90°，然后進行上提使T型頭完全的嵌入槽中。

6)安裝定位塊，將扣件兩側(cè)的定位塊自上而下套入T型螺栓、固定柱。若有輕微卡阻可用橡皮錘向下敲擊定位塊使其套入固定柱。

7)鎖緊扣件，鎖緊蓋板依次套入T型螺栓上，將重型彈簧墊圈和螺母擰到T型螺栓上，擰緊T型螺栓螺母。

8)調(diào)整軌距，用軌距尺測量兩條鋼軌的軌距，存在偏差的地方，調(diào)整扣件位置保證兩邊鋼軌軌距保持1 435 mm。

9)安裝錨固螺栓，將調(diào)距齒塊置于基板的道釘孔上，確保調(diào)距齒塊的齒與道釘孔上齒能夠吻合，將重型彈簧墊圈在道釘上，調(diào)整扣件位置，將道釘擰緊，使扣件和軌枕連接起來，安裝道釘前須涂抹黃油。

浮軌扣件裝配時要在起終點處將過渡扣件連接順序調(diào)節(jié)到位，以確定過渡扣件連線的高度和浮軌扣件連線高度統(tǒng)一，在安裝扣件連接的同時需對鋼軌幾何長度進行精調(diào)，軌頂水平及高度容許誤差均為±4 mm，左右股鋼軌在頂面處水平高度容許誤差均為4 mm，且在長度18 m的間距 范圍內(nèi)無超過4 mm的三角坑。軌頂水平差用10 m弦量，不應(yīng)超過4 mm。軌距用1 435 mm標準軌距,最大允許誤差為-2 mm～+3 mm，最大變動率也不應(yīng)超過1‰。浮軌扣件安裝后,橡膠墊應(yīng)居中和方正,螺栓扭矩應(yīng)在120 Nm～150 Nm之間?，F(xiàn)場安裝效果如圖3所示。

2.3 效益分析

鄭州市軌道交通5號線工程綜合技術(shù)改造施工利用天窗點進行浮軌扣件更換、鋼軌阻尼安裝的新型施工工藝的研究與應(yīng)用，極大提高了減振降噪工效，降低對周圍居民影響，此工藝施工組織科學合理，施工工藝經(jīng)濟、實用，高質(zhì)量、高標準完成了正線浮軌扣件更換及鋼軌阻尼安裝改造施工。

3 預制浮置板軌道結(jié)構(gòu)減振降噪技術(shù)

3.1 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計

預制鋼彈簧浮置板軌道主要由浮置板基礎(chǔ)、隔振器、預制板、剪力板、水平限位器、鋼軌及其扣配件等組成[8-9]。隔振器一般采用內(nèi)置式阻尼彈簧隔振器，線路的縱向間隔為1.2 m，橫向布置間隔為1.860 m，與非鋼彈簧浮置板道床銜接處的端部采用0.6 m間距加密過渡。浮置板地段采用60 kg/m鋼軌，扣配件采用彈條Ⅲ型分開式扣件，或者帶軌底坡普通扣件，扣件連接距離一般按600 mm進行布置，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

浮置板地段按隧道半徑R-2 750 mm進行設(shè)計，理論設(shè)計軌道高度為885 mm，而浮置板頂升高度按30 mm設(shè)計。浮置板的基礎(chǔ)設(shè)計理論高度為269 mm，但在直線區(qū)域，浮置板基礎(chǔ)的橫斷面為水平走向，在曲線區(qū)域采用傾斜基底，基底的混凝土橫斷面高程隨著曲線超高來進行及時調(diào)整。預制板為工廠定型產(chǎn)品，其長度L為3.6 m，寬度D為2.7 m，單塊板凈重約7.8 t，布置平面圖及斷面圖如圖4,圖5所示。浮置板的排水通過在浮置基底的中間設(shè)置350 mm×134 mm的排水溝排放，排水和普通道床的排水依次順接，水溝的過渡段在其他相鄰的道床地段來實現(xiàn)，坡度和線路坡度相同，應(yīng)在上游設(shè)置沉沙坑及鐵箅子防止雜物進入浮置板地段水溝。

浮置板基礎(chǔ)的粗骨料使用碎石，并且碎石的最大粒徑d應(yīng)低于25 mm，基礎(chǔ)混凝土所用的砂、石、水泥及水等材料應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計規(guī)范。預制板骨料宜采用碎石，碎石的最大粒徑d應(yīng)低于25 mm，且采用C50混凝土鋼模在工廠進行預制，預制板混凝土所用的砂、石、水泥及水等材料應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計規(guī)范，預制板內(nèi)應(yīng)預埋隔振器外套筒、預留剪力板套管、預埋扣件套管、預埋觀察筒蓋板套管及雜散電流端子等附屬結(jié)構(gòu)。預制板和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)使用隔振器來整體隔離，用來實現(xiàn)減振降噪的目的，相關(guān)設(shè)計要求如表3所示。

表3 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準

剪力板的結(jié)構(gòu)包括水平剪力板和側(cè)置式剪力板兩種形式，并且水平剪力板和側(cè)置式剪力板各分為兩塊。其中水平剪力板和側(cè)置式剪力板各自有著兩種結(jié)構(gòu)形式:一種為提供直線段剛性連接，另一種為提供曲線段可伸縮的連接。當預制板精調(diào)就位后，在每個隔振器對應(yīng)的基底鉆孔，并設(shè)置了水平限位器，所有隔振器應(yīng)該設(shè)置水平限位器。

3.2 預制浮置板軌道施工工藝

3.2.1 預制浮置板軌道施工

由于施工誤差及結(jié)構(gòu)沉降問題，為保證道床厚度設(shè)計并符合列車運行限界要求，須對線路的中線位置和高程實行調(diào)線調(diào)坡。并按每100 m～200 m以內(nèi)設(shè)計線路中心控制樁和高程控制樁，曲線地段采用增設(shè)曲線五大樁。完成后應(yīng)對控制基標進行復測，經(jīng)測量確認無誤后，需要按每3.6 m進行施工基標加密測量，即按現(xiàn)場鋪板的模數(shù)及板端位置進行測量放線。

通過對現(xiàn)場的測量放線，完成預制板鋪設(shè)地段的限界測量，以達到預制板鋪設(shè)的限界尺寸要求。曲線上還需要按照軌道高程，幾何線位的變化情況加以測量，具體幾何關(guān)系如圖6所示。浮置板基礎(chǔ)高程按照調(diào)線調(diào)坡后的軌道高程來進行適當?shù)恼{(diào)整，而基礎(chǔ)收面高程按照軌頂高度向下返值約616 mm。在進行基底混凝土澆筑前，應(yīng)該將高程控制線測設(shè)在盾構(gòu)壁上，后期作為基底混凝土施工時的參考基準線。需要注意的是曲線和直線的差異，由于曲線內(nèi)側(cè)及曲線外側(cè)高程的不同，直線區(qū)域基底的橫斷面為水平走向，曲線區(qū)域基底的橫斷面為傾斜線。

浮置板基底變形縫及伸縮縫，按間距10.8 m設(shè)置。除特殊注明地段外，基底的變形縫一般情況下應(yīng)與板縫及結(jié)構(gòu)縫在相同部位，變形縫寬度d為20 mm，并且需要避讓隔振器的位置。浮置板基礎(chǔ)中心水溝的模板采用了專用的矩形封閉式鋼模板，曲線區(qū)域基底應(yīng)每隔10.8 m(即3塊預制板的長度)，在曲線內(nèi)側(cè)設(shè)橫向?qū)挾葹?00 mm排水溝，用來使基底的內(nèi)側(cè)水排到中心排水溝。預制板的鋪設(shè)精度允許誤差見表4。

表4 預制板的鋪設(shè)精度允許誤差

3.2.2 隔振器的安裝

內(nèi)置隔振器的安裝工序為：首先去掉外套筒上的蓋子，然后壓入定位銷，使用安裝桿把隔振器置于外套筒中，使其接觸浮置板支承基礎(chǔ)，支承板與外套筒之間留有足夠的間隙，轉(zhuǎn)動彈簧組使三角狀的上支撐板的三個角和焊在外套筒壁上的垂直對齊，再拔出安裝桿。接著在下支架和上支承板之間安裝調(diào)平鋼板，直至間隙被填塞密實。隔振器裝配完成滿足設(shè)計要求后，要把安全板置于相應(yīng)調(diào)平鋼板上，使用螺栓與內(nèi)筒連接在一起，防止調(diào)平鋼板產(chǎn)生移動，采用螺栓來固定安全板，以確保傳力可靠。隔振器安裝完成后，檢查隔振器上是否存在間隙，若填充不嚴密可能會造成隔振器形成不受力狀態(tài)。當預制板精確就位后，在隔振器未安裝和檢查完成之前，不得拆除及調(diào)整該板及相鄰預制板用來作為支撐受力的調(diào)節(jié)器。

3.3 傳統(tǒng)施工方式與預制板浮置板效益分析對比

浮置板軌道“工廠標準化預制、現(xiàn)場機械裝配”的新型施工工藝的研究與應(yīng)用，能極大提高工效，縮短項目建設(shè)周期。突破了以往天窗點散鋪法施工進度緩慢的難題，施工進度由6 m/d～10 m/d提高至70 m/d，進度提高了7倍～10倍。同時該施工工藝提高了浮置板施工的質(zhì)量、減少了現(xiàn)場勞動力、改善了現(xiàn)場人員作業(yè)環(huán)境。該施工工藝達到了目前國內(nèi)、外地鐵浮置板軌道施工的領(lǐng)先水平，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

4 結(jié)語

本文敘述了鄭州市軌道交通5號線工程綜合技術(shù)改造正線減震降噪的三種施工工藝，采用安裝鋼軌阻尼、浮軌扣件、預制浮置板三種方式，依據(jù)建筑工程工業(yè)化的模式來組織施工，即構(gòu)件設(shè)計標準化、生產(chǎn)工廠化、施工機械化、管理科學化。浮置板采用“工廠標準化預制、現(xiàn)場機械裝配”相結(jié)合的施工工藝，有效的增加了生產(chǎn)率，壓縮軌道施工工期，提高了項目進度，同時也有效的減少了現(xiàn)場施工中人的因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素對工程質(zhì)量的影響，提高浮置板軌道的施工質(zhì)量。施工中能精確監(jiān)控預制板鋪設(shè)的情況，以實現(xiàn)軌距、水平、方向、軌頂高程等軌道幾何尺寸，以確保列車的安全、平穩(wěn)運行。