轨道减振技术在深圳地铁蛇口线中的应用
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摘要：近年来，城市轨道交通在迅速发展的同时，对地铁轨道减振降噪的要求也越来越高。文章以深圳地铁蛇口线为例，介绍了国内外常用的轨道减振技术措施，阐述了其形式、特点和效果，并结合地铁施工实际情况和运营阶段的维修工作，对各类减振技术的应用和改良提出了建议。
关键词：深圳地铁；轨道结构；减振技术；减振扣件
中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0045-03
1 工程概况
深圳地铁蛇口线（2号线）西起南山区赤湾站，东止罗湖区新秀站，线路全长约35.78km，均为地下线，共设车站29座，设蛇口西车辆段1座和后海停车场1处。线路设计最大速度80km/h，车辆选型为A型车，采用6节编组方案。
蛇口线途经多个商业中心、住宅小区和学校，周围建筑环境敏感度高，敏感点多。为了解决地铁列车振动带来的不利影响，蛇口线在设计时进行了轨道减振专项研究，在吸收了深圳地铁一期工程经验的基础上，对国内外新型的减振技术进行比选，并成功地进行了应用。
2 减振技术措施设计原则
城市轨道交通的减振技术措施一般分为三个等级，即一般减振地段、较高减振地段和高等（特殊）减振地段，具体如何选用，须以环评报告为依据，现场调查研究，明确保护对象和范围并确定期望值，最终的选择还要考虑轨道铺设形式和地质条件。
轨道减振降噪技术措施在设计时需要遵循以下原则：良好的稳定性和耐久性；结构简单，施工和安装方便；轨道几何尺寸的可调性；成本低，维修养护工作量小。
蛇口线正线和车辆段针对各类地段的减振要求，分别采用了不同的减振形式，其效果和数量见表1：
表1 深圳地铁蛇口线轨道减振技术措施一览
线路 减振等级 减振形式 减振效
果/dB 数量/km
正线 一般 DTⅢ弹性扣件 3～8 全线
较高 弹性短轨枕 8～13 4.460
轨道减振器扣件 5～8 4.040
ZE减振扣件 5～8 5.978
高等 橡胶隔振垫 10～15 1.148
梯形轨枕整 ﹥10 0.143
钢弹簧浮置板 ≥15 4.281
蛇口西车辆段 — 橡胶隔振垫 5～15 0.975
接头夹板 5 库外线
无缝线路 — 库内线
3.1 一般减振地段减振技术措施
蛇口线正线一般减振地段的技术措施主要是采用重型60kg/m钢轨的无缝线路和DTⅢ型弹性扣件。60kg/m钢轨的垂直刚度大，相比50kg/m钢轨可以降低振动强度2～4dB；无缝线路可以减少钢轨接头，有效地减少车轮与钢轨之间的冲击振动和噪音。DTⅢ型弹性扣件主要依靠其轨下和铁垫板下橡胶垫减
少振动，橡胶垫都设有凹槽，采用氯丁橡胶制作。
3.2 较高减振地段减振技术措施
3.2.1 橡胶套靴弹性短轨枕。橡胶套靴弹性短轨枕减振技术是国际上广泛采用的中等减振地段的轨道结构，就是在短轨枕外套一层橡胶套靴，短轨枕下垫入一高弹垫层，然后将套靴和短轨枕一起浇筑在混凝土道床中，减振效果可以达到12dB，蛇口线全线共有4.46km弹性短轨枕线路。
铁科院在高速铁路上的实验表明弹性短轨枕可以降低轮轨间相互作用力39～52kN，减低振动加速度17～46g，减少振动10dB，减振效果良好。但是也存在一些缺点，比如橡胶套靴易进入泥沙和水，不易清理；施工不当会产生空吊，轨距和轨底坡不易保持和控制；橡胶老化，损坏后无法更换，维修困难等。
3.2.2 轨道减振器扣件。轨道减振器扣件是我国在德国科隆蛋扣件的基础上设计的一种减振扣件，底板呈长方形，承轨板与底座的连接处呈椭圆形，用橡胶将位于轨下的承轨板和连接轨枕的底座铁垫板硫化在一起，减振效果可达5～8dB，蛇口线在初期工程4.04km线路使用了减振器扣件。
轨道减振器扣件的特点是橡胶设计成有一定斜度，橡胶圈在轮轨垂直作用力作用下主要受剪，由于橡胶的剪切弹性优于压缩弹性，故该扣件具有很低的垂直静刚度。缺点是橡胶生产技术不够先进，性能不足，长期作用下可能会引起橡胶疲劳甚至撕裂，对轨道几何尺寸的保持十分不利，存在一定安全隐患。
3.2.3 ZE减振型扣件整体道床。ZE减振型扣件也是一种新型减振扣件，深圳地铁也是第一次使用这种扣件，全部用在蛇口线东延工程中，共计5.978km。它通过在扣件体夹层和扣件铁垫板下各设置一块天然橡胶垫达到减振目的，扣件体上设有齿形凹槽，可以配合齿形垫片调整轨距。
相比弹性短轨枕，本扣件的橡胶垫设在道床外，可以随时更换，维修简易方便，且不会出现前者施工不当产生的空吊问题。与轨道减振器扣件相比，橡胶垫夹在扣件中，不会出现上述安全问题。
3.3 高等减振地段减振技术措施
3.3.1 轨道橡胶隔振垫。轨道橡胶隔振垫采用德国卡棱贝格道床垫技术，该技术适用于高等减振地段，本工程中橡胶隔振垫应用于世界之窗站和侨香站右线，共计1.148km。
减振垫采用圆锥截顶结构，是点和面的组合，约束阻尼和橡胶弹簧的组合，从而使得隔离式减振在各方面的减振效果都相当出色，减振效果为10～15dB。缺点则是隔振垫处于道床下部，检修和更换困难。
3.3.2 梯形轨枕整体道床。梯形轨枕整体道床是一种新型的低噪音、低振动的轨道系统，该结构由梯形轨枕、减振垫和混凝土底座组成，梯形轨枕由预应力混凝土纵梁和钢管连接，形状像梯子，梯形轨枕以一定间隔支撑在L型的钢筋混凝土台座上，形成弹性支撑的轨道系统。这种结构减振效果可以达到大于10dB，在本项目中主要用在湖贝站，共143m，目的是减少湖贝站轨行区上下重叠带来的振动影响。
日本通过近年的理论分析和实践证明梯形轨枕轨道具有减振降噪效果良好、施工方便、可大幅降低运营维护成本等优越性，缺点是更换困难。
3.3.3 钢弹簧浮置板减振道床。钢弹簧浮置板减振道床是德国GERB（隔而固）公司研制的减振轨道结构，它采用螺旋弹簧支撑浮置板的道床，将浮置板道床和基础分离开来，浮置板道床可提供足够的惯性抵消车辆产生的动荷载，只有静荷载和少量残余动荷载通过螺旋弹簧等弹性组件传递到基础结构上。蛇口线共采用了4.281km的钢弹簧浮置板道床，主要用在学校和高档住宅下。
钢弹簧浮置板道床已具有90多年的历史，具有非常不错的减振效果，它的优点是减振效果高，可达15dB以上，使用寿命长，同时具备一定的调节性，有利于后期维护。缺点是造价十分昂贵，钢轨和道床、钢套筒之间的净空难以保证，曾引起过电流烧伤钢轨的情况；钢轨重伤折断的临时处理也比较困难。
3.4 车辆段减振技术措施
为了配合蛇口西车辆段上盖物业开发，蛇口西车辆段在试车线和咽喉区设置了橡胶隔振垫，全厂库内线路采用无缝线路，库外线路全部使用接头减振夹板的方式减振。减振夹板通过减小车轮经过轨缝的折角和台阶的方法，减缓车轮的冲击振动，从而使车轮能平顺过渡，达到减少振动的效果，相比普通夹板线路可减少噪音量5dB。
4 结语
深圳地铁蛇口线采用了多种新型轨道减振技术措施，对蛇口线顺利通过环境影响评估起到了很大作用，经过近两年时间的运营检验，各种减振技术的使用效果得到了进一步验证，同时也暴露出一些亟待解决的问题，主要体现在：
（1）弹性短轨枕、橡胶隔振垫等结构将减振的主体部分内置在道床中，日常检修困难；随着橡胶老化，减振性能下降后，更换和大修有很大的难度，势必对地铁正常运营带来很大的挑战。
（2）钢弹簧浮置板道床经过改良设计，去除了两侧凸台，为钢轨切割等作业创造了一定的作业空间，但轨底净空不足等问题依然存在。
（3）在中等减振地段的ZE扣件体现出了施工质量容易控制、轨道几何尺寸调整范围大、维修和更换方便的优点，建议推广。
参考文献
[1] 李建斌．城市轨道交通减振降噪设计研究[J]．石家庄铁道大学学报（自然科学版），2011，24（1）：73-76．
[2] 吴建忠．Ⅲ型轨道减振器扣件的设计与研究[D]．北京交通大学土木工程学院，2009．
[3] 北京城建设计研究总院．地铁设计规范（GB50157-2003）[S]．北京：中国计划出版社，2003．
作者简介：吴明（1984-），男，甘肃靖远人，深圳地铁集团有限公司运营分公司助理工程师。