地铁轨道减振措施的分析与探讨

郜天祥

摘要：在地铁施工过程中，振动是一个很重要的影响因素。地铁运行时，轨道对钢轨的压力作用引起钢轨的振动，从而影响到钢轨本身的疲劳和结构的强度。地铁运行产生的振动，主要是地铁运营引起的振动，其次是轨道不平顺引起的振动。随着城市轨道交通的迅速发展，其引起环境振动的影响也越来越严重。因此，为了保证地铁运行时设备、人员和周围环境的安全，有必要对地铁运行产生的振动进行控制。

关键词：地铁轨道；减振措施；分析与探讨

前言

随着我国经济的快速发展，城市交通拥堵问题越来越严重。为缓解城市交通压力、提高居民生活质量，各大中城市都在积极规划和建设地铁工程。然而，由于地铁列车运行时会产生振动并传递到周围环境中，对周边建筑物造成一定影响，因此，如何降低地铁列车运行时所引起的地面振动，是当前亟待解决的一个重要课题。

1地铁振动的来源和危害

地铁车辆在运行时，列车产生的振动主要是由轮轨接触产生的振动。当列车在隧道内运行时，由于隧道断面小，列车运行速度快，轮轨之间产生的切向力较大，从而产生较大的垂向力和水平力，使轨道上的钢轨产生位移，从而产生振动。当列车通过隧道时，列车将会受到地面以下物体的切向加速度和垂向力的作用。另外，地面以下物体在运行过程中产生的振动也会传递到地铁车辆上。当地铁运行速度达到80km/h以上时，车速越快其影响越大，当地铁运行速度达到100km/h时，其振动影响已相当大了。地铁振动对环境的影响主要表现为：对建筑物本身的破坏和影响；对建筑物内部设备系统工作状态的影响；对周围环境造成振动危害。地铁振动造成的危害主要有：引起地面建筑和构筑物受损；引起隧道衬砌结构损伤；引起地下管道和电缆损伤；影响城市环境景观。因此，如何有效地控制地铁振动是地铁设计中需要解决的关键问题。在现代城市公共交通系统中，车辆运行速度和平稳性都要保证满足一定的要求。车辆行驶过程中产生的振动对环境影响较大。

2地铁轨道减振措施

2.1减振道床

减振道床是将混凝土道床换成具有一定弹性的减振道床。这种道床与普通混凝土道床相比，可在一定程度上减少轨道和车辆对钢轨的压力，从而起到减振的作用。但混凝土道床也有其固有的缺点，即在城市中存在噪声和振动污染，环境条件不是很理想。此外，这种道床不能防止钢轨产生振动和疲劳损坏。目前我国地铁采用的减振道床主要有：普通混凝土道床、橡胶垫板混凝土道床、复合式橡胶垫混凝土道床、减振型橡胶垫混凝土道床及钢弹簧浮置板式减振道床等型。目前我国地铁采用的减振道床主要有：普通混凝土轨枕（包括普通钢轨枕、低阻力钢轨枕和普通混凝土轨枕）；橡胶垫板轨枕（包括橡胶垫板、橡胶垫块和橡胶垫板）；减振型弹性浮置板式减振道床型式（包括普通弹性浮置板轨道）；钢弹簧浮置板式减振道床型式等。

2.2轨道结构隔振

目前，地铁振动问题的研究主要集中在减振道床和减振措施两个方面。采用减振道床的主要目的是通过消除或减小振动而改善乘坐环境；采用轨道结构隔振，则是通过设置隔振层，使地铁振动不直接作用于基础上，以达到控制地铁运行振动的目的。轨道结构隔振是一种重要的减振措施，其优点是隔振层易于制作、施工方便；隔振层具有较高的刚度，在列车运行过程中不易被压碎；隔振层有一定的阻尼作用。轨道结构隔振是目前使用最为广泛的一种减振措施，但这种方法在一些情况下会出现问题。由于轨道结构的刚度较大，即使在弹性范围内，也会使结构产生过大的振动；另外，由于隔振钢轨材料本身就具有较大的刚度，使得其刚度变化范围较大。

2.3轨底坡

轨底坡是指轨道铺设时在钢轨两底面之间留有一定的距离，以利于消除轨道不平顺。轨底坡主要是由列车轮轨系统的接触压力决定的，其中包括轮轨系统在钢轨两底面之间产生的纵向压力，以及由于列车运行而引起的轮轨系统的横向压力。轨底坡通常分为两种形式：一种是顺坡型，一种是横坡型。顺坡型轨底坡通过降低列车的运行速度，从而减少轮轨系统的纵向压力，但同时也降低了车辆的动力性能；横坡型轨底坡则通过增加两面轨枕之间的距离，来减少车辆轮轨系统在钢轨两底面之间产生的横向压力。两者相比，横坡型轨底坡在降低车辆运行速度方面要优于顺坡型轨底坡。考虑到地铁列车运行时不平顺因素较多，因此一般采用横坡型轨底坡。

2.4道床厚度

道床厚度是影响减振效果的关键因素。道床厚度过大，容易增加道床的厚度，从而使减振效果降低。但也不能太小，否则会使道床刚度变小，进而影响减振效果。过小的道床厚度会降低列车在隧道中的运行速度，从而使列车产生的振动和噪声增加，不利于轨道的减振。一般在保证结构安全的条件下，采用较薄的道床厚度（30～40mm）即可满足减振效果要求。目前普遍采用的是25mm厚的弹性垫层和20mm厚的减振垫层组合。由于弹性垫层厚度过小，可能造成减振垫层离析现象，从而影响减振效果。因此，在地铁隧道中应尽可能使用较厚的弹性垫层来达到较好的减振效果。轨道减振道床不仅可以提高轨道结构本身的减振性能，而且对隧道中车辆运行所产生的振动和噪声也具有较好的控制作用。目前在地铁隧道中已经广泛应用了这种轨道减振技术。

2.5道床表面处理

道床表面处理的目的是通过道床的减振，减少列车振动对线路的影响，提高轨道结构的耐久性。道床表面处理的方法主要有：（1）混凝土表面的凿毛，一般采用人工凿毛、高压水冲洗、砂轮机打磨等方法。凿毛深度一般为2～3mm；（2）钢轨磨耗层打磨，可采用机械或人工方法对钢轨磨耗层进行打磨；（3）使用弹性垫层。弹性垫层是用弹性材料制成的可压缩元件，当列车通过时，它能够吸收部分冲击力，从而减弱列车振动对轨道的影响。弹性垫层一般分为减振型、隔振型三种。对于减振型弹性垫层，其主要作用是在列车通过时能吸收部分冲击力，减小振动对轨道的影响；对于缓冲型弹性垫层，其主要作用是在列车通过时能吸收部分冲击力。

2.6隧道壁材料

隧道壁采用混凝土结构时，由于混凝土是刚性材料，地铁运行时引起的振动会传递到隧道壁，从而引起建筑物和设备的振动。隧道壁材料对隧道振动的影响主要有以下几方面：（1）混凝土衬砌结构中的钢筋容易导致结构的弯曲和疲劳破坏，造成衬砌结构破坏；（2）混凝土衬砌结构的隔振性能较差，不能有效地将振动能量传递给基础；（3）混凝土衬砌结构易造成建筑材料的浪费，增加建筑成本；（4）混凝土衬砌结构在施工过程中会出现裂缝、气泡等问题，导致衬砌结构存在质量隐患。因此，隧道壁材料在选择时必须要综合考虑以下几方面因素：（1）隧道壁材料对地铁运行振动影响较小；（2）隧道壁材料必须具有较好的整体性和耐久性，应能承受施工和使用过程中所产生的振动、荷载和温度变化；（3）隧道壁材料必须具有较好的隔振性能。

2.7隧道衬砌结构

隧道衬砌结构是利用一定的结构形式将隧道衬砌作为隔振、减震的结构，以减小轨道交通列车通过时的振动，包括隧道纵向和横向振动。与无衬砌隧道相比，有衬砌隧道具有显著的减振效果。（1）设置减振道床是一种在轨道交通工程中控制振动噪声和提高行车安全的有效措施。（2）轨道结构隔振：在地铁隧道中采用弹性支承轨枕、弹性扣件、减振器等隔振措施，可以减少地铁列车通过时引起的振动。

3总结

总之，随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，城市交通问题越来越突出。地下铁道作为现代化城市公共交通运输体系中不可或缺的组成部分，在缓解地面交通压力、方便居民出行等方面起到了重要作用。

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