从施工及维修角度分析轨道减振措施的取舍.doc

从施工及维修角度分析轨道减振措施的取舍摘要：本文简要总结了轨道减振措施的分类及选型时通常所考虑的 减振效果及造价等因素，分析了减振措施的施工效率对工期的适应性等施 工相关的问题以及隔振元件检修更换的方便性和可靠性等维修相关的问 题，指出减振措施对施工和维修的适应性实质上是评价其技术是否成熟的 标准之一，建议减振措施选型时对施工及维修因素进行更多的考虑关键词：地铁 轨道 减振 施工 维修 浮置板 梯形轨枕随着国内地铁的快速发展以及社会对环境要求的不断提高，地铁新线 建设中采取的轨道减振措施规模也越來越大，类型也越来越多，积累的经 验也越来越丰富，在轨道减振措施选择时，不仅关注减振效果和建设成本, 而旦考虑线路条件的适应性及对轮轨关系的不良影响，有时也会从施工及 维修角度进行权衡，但并未将其作为取舍的决定性因素1现有轨道减振措施的种类及选型因素1.1轨道减振措施的等级分类 在2000年前后的国内地铁建设高潮的 初期，轨道减振措施主要仅有弹性套靴、减振器扣件，减振效果约5〜8dB, 只能满足较高减振需求另有个别橡胶浮置板和先锋扣件试铺段钢弹簧浮置板在北京地铁13号线（2002年开通）首次成功引进应用, 减振效果超过15dB,成为几乎唯一的特殊减振措施。

由于较高减振与特殊减振之间存在断档，故北京地铁5号线（2007年开通）首次引进并铺设了梯形轨枕，减振效果约10〜15dB，填补了较高减 振和特殊减振之间的空缺经过这些年应用经验的积累和总结，各类轨道减振措施基本有了较清 晰的等级划分：①中等减振：压缩型减振扣件、剪切型减振器扣件、弹性 轨枕等，减振效果5〜8dB （隧道壁Z记权振级，下同），其中弹性轨枕因 存在问题较多，新线建设中基本已淘汰②高等减振：梯形轨枕、中档钢 弹簧浮置板、减振垫浮置板、先锋扣件等，减振效果10〜15dB,其中先锋 扣件经过这几年的应用总结，基本仅限于既有线改造时使用③特殊减振: 高档钢弹簧浮匿板等，减振效果15dB以上1.2轨道减振措施选型通常考虑的因素1.2.1减振效果减振效果是轨道减振措施选型的主要考虑因素Z -o在具体工程设计中一般采用两种划分方式，一种定量判断法是按敏感 点预测超标量划分，典型的标准为：超标量0〜5dB时采取中等减振措施; 超标量5~10dB时采取高等减振措施；超标量21 OdB时采取特殊减振措施o 这一标准考虑了地表与隧道壁减振效果的差异性另一种为定性判断法是 按敏感点与线路的距离划分：15〜25m时按中等减振设防；5〜15in时按高 等减振设防；小于5m及止下穿时按特殊减振设防。

1. 2. 2造价大多数工程减振措施选型时，造价成为决定性因素之一 造价与减振效果基本成止比：减振扣件、梯形轨枕、减振垫浮置板、中档 钢弹簧浮置板、高档钢弹簧浮置板在普通轨道基础上分别约增加150万元 /公里、700万元/公里、800万元/公里、1200万元/公里、1400万元/公 里其中，减振扣件仅增加普通扣件基础上的采购价差；梯形轨枕主要增 加了减振部件的采购成木，施工成木增加较少，可由节省的普通轨枕及道 床混凝土抵扣；各类浮置板除隔振元件的采购成本外，钢筋混凝土材料及 施工工序成本也较高，如中档钢弹簧浮置板成本1200万元/公里包括隔振 元件800万元/公里及钢筋混凝土材料及施工成木400万元/公里1.2.3对线路条件的适应性大部分减振措施对地铁的线路条件均能 适应，但一些减振措施会受到线路条件的制约，需在选型时加以注意，比 如：①弹性轨枕保持轨距的能力相对较差，不太适于小半径曲线，套靴内 易存水或泥沙杂物，不适用于冰冻环境下的高架线，弹性轨枕还发现在不 均匀沉降其至凹型竖曲线地段易产生空吊，故近年来已基木被淘汰②浮 置板自重一般^30kN/m,轨道结构高度650mm,在高架线应用对桥梁影 响很大，故桥上应用受到制约。

③除梯形轨枕和减振垫之外，其余减振措 施均不太适用于地面线碎石道床地段1.2.4对轮轨系统的影响这一因索是近年來部分运营线中出现较多 钢轨异常波蘑后才被关注以前的减振理念是尽量降低钢轨支承刚度，但 未重视对轮轨系统的不良影响如减振扣件刚度lOkNVmm,列车通过时的 钢轨动态振幅超过肮叫 先锋扣件刚度更低至6kN/mm，钢轨振幅更大较 大的垂向振幅伴随着轨头横向翻转振动，使轮轨接触关系（接触应力及蠕 滑）表现异常，加上其它因索的综合作用，轮轨很容易产生异常波磨等病 害对轮轨关系有不利影响的主要是扣件类减振措施，轨枕类及道床类减 振措施因隔振元件并非直接位于轨下，对轮轨的中高频振动影响较小，故 一般不会导致异常磨耗筹病害2轨道减振措施取舍需考虑的施工因素2. 1施工效率对工期的适应性“轨通”是地铁工程建设的标志性工 期节点，国内地铁铺轨工期通常较紧凑，要求铺轨综合进度能达到75〜 100m/天/工作面铺轨工期还易受土建施工进度挤压，这时铺轨进度就需 加快至100〜150m/天/工作-血，才能将工期抢回来，因此减振措施的施工 进度也很重要梯形轨枕道床结构简单，采用与普通轨道一致的“自上而下一次浇筑 成型”施工工法，梯形轨枕自身框架性好，轨排组装后的轨距及轨底坡精 度高，精调工作量可减少，故其施工速度与普通轨道一致，在工期适应性 方血有很大的优势。

钢弹簧浮置板配筋多、结构复杂、工序多，对工期的适应性相对较差 钢弹簧浮置板施工工法有三种，第一种是最早的现场绑扎钢筋+现场浇注 混凝土，施工速度仅6m/天/工作面，不能适应工期要求，已淘汰；第二种 是基地预制钢筋笼+现场浇注混凝土，施工速度提高至20〜30m/天/工作 血，能适应一般的铺设段落需要，但对于长大铺设段或因土建施工受阻的 地段，可能成为铺轨工期的制约点，曾有多个因工期制约而将钢弹簧浮置 板改为梯形轨枕的工程案例；第三种是预制浮置板工法，这种工法的施工 速度可达到50〜60m/天/工作面，在上海地铁首先成功试铺应用，其对工 期的适应性进一步提高，但相应造价需另增加150万元/公里 减振垫浮置板结构、工序及施工速度介于钢弹簧浮置板与梯形轨枕之间，一 般情况下约20〜30m/天/工作面，应急情况下可赶工至40〜50m/天/工作 面，在工期适应性方面中规中矩2. 2轨道儿何尺寸铺设精度的可控性轨道儿何尺寸主要包括轨距、 轨底坡、高低、水平、轨向、三角坑等，它们的精度直接影响列车运行的 平稳性及轮轨关系相关的设备使用状态轨道儿何尺寸精度主要取决于施 工铺轨时的精度控制效果，而轨道的框架整体性对施工精度控制至关重 要，近年来越来越多的地铁工程采用了长轨枕，就是为了提高轨道的框架 整体性。

冃前所用的各类主要减振措施中，减振扣件可采用类似于普通轨道扣 件配套的长轨枕唯一不同的是，普通扣件长轨枕一般宽约220~250mm, 而减振器扣件因自身较宽，配套长轨枕宽度需达到280〜300mm,故组装后 的轨排自重较大，施工各环节需加以克服梯形轨枕是由左右两根长约6m的预应力混凝土纵梁及钢横梁组成的 框架轨枕板结构，组装后的轨排框架整体性及轨道几何尺寸精度优于普通 长轨枕高速铁路为保证轨道尺寸精度，所采用的I型框架板结构与梯形 轨枕非常相似钢弹簧浮置板因为配筋多、所以早期应用中未设轨枕，直接将扣件锚 固在现浇浮置板中，施工质量很难控制，不仅轨道几何尺寸精度难以保证, 而且还出现过扣件道钉歪斜断裂、轨下净空不足、扣件下混凝土不密实等 多种病害，近年来改进设计的钢弹簧浮置板均设置了短轨枕由于浮置板 自身弯矩较大，现场浇筑时也无法采用预应力结构，故现浇浮置板无法设 置长轨枕，也就很难得到高精度的轨道几何尺寸另尤其需注意的是小半 径曲线地段，因钢筋笼的刚度很大，曲线矢度及轨道几何尺寸精调都需反 复调整并确认，以免留下缺陷，成为病害，已有多个小半径曲线钢弹簧浮 置板病害的案例出现不过，上海地铁率先成功试铺的预制浮置板则可有 效弥补这一不足，但在选用时需考虑成本上的增加。

2.3对下部基础施工误差的适应性轨道下部基础主要有隧道、桥梁 和路基等，其中盾构隧道较易出现顶进施工偏差在盾构隧道的限界圆范围内，为确保隔振器的拆装检修不受钢轨影 响，钢弹簧浮置板厚一般＞320inm，而受套筒及隔振器的构造限制，板厚 很难〈280mm若盾构隧道产生左右或向上的施工误差超过预设的100mm, 则套筒及隔振器不得不挪至钢轨下部，则不但浮置板的顶升及检修更换变 得十分困难，而且套筒及盖板与钢轨距离太近，长期运营过程中可能产生 杂散电流或短路现象，已有多个钢弹簧浮置板铺设段在运营后产生类似问 题有个别盾构隧道钢弹簧浮置板铺设段因隧道施工误差太大，最后不得 不将钢弹簧浮置板变更为梯形轨枕或减振垫浮置板3轨道减振措施取舍需考虑的维修因素3.1隔振元件检修更换的方便性及可靠性地铁工程设计使用年限为 100年，但各类减振措施的隔振元件使用寿命均无法达到100年，质量优 良的橡胶或聚氨酯弹性材料在列车动态疲劳荷载作用下，正常使用寿命约 30〜40年；钢弹簧可达到50年，但其中的阻尼材料尚不能确信可与钢弹 簧等寿命；此外，长期运营过程中可能出现一些意外状况而导致隔振元件 失效因此，隔振元件应便于可靠地进行检修及更换，这是减振措施选型 应特别重视的方面。

冃前所用的各类主要减振措施中，减振扣件的检修和更换与普通扣件 一致，较为方便梯形轨枕的主体结构是预应力混凝土结构，耐久性可达到100年，其 减振垫通过框架结构中部的空间随时进行检查、调整或更换钢弹簧浮置板的隔振器检修和更换也很方便，只需打开套筒顶部的盖 板，即可进行检修更换但钢弹簧隔振器数量多，板自身刚度较大，故个 别隔振器失效很难被发现，会留下隐患另外，钢弹簧浮置板施工过程中 应特别留意避免将隔振器设在钢轨下方，因为这时隔振器检修和更换需先 拆除钢轨，难度大，成本高减振垫浮置板的减振垫全部被钢筋混凝土板所覆盖，无法检查，维修 更换和更换需将钢轨拆除，并将浮置板起吊并移开，故除非停运大修翻新, 口常运营中实际上是无法实现的而口，运营经验也表明，检修更换越简 便的结构，可靠性越高；反之则可靠性越低3.2下部基础差异沉降的适应性地铁隧道为狭长型结构，沿线路方 向受地质水文条件、结构外形及施工工法等多种因素影响，不可避免会产 主差异沉降差异沉降主要发生在地下车站两端、联络通道、盾构井、泵 房、路桥及路隧过渡段、U型杷j等部位，严重时在20m范围内可能产生超 过100mm的差异沉降在不良地质条件地区如天津、长三角、珠三角等， 差异沉降已成为地铁工程难以整治的主要病害之一，在其它地区地铁工程 中亦属多发病害之一。

轨道减振措施选型必须充分考虑能适应下部基础的差异沉降，即当差 异沉降产生后，减振轨道结构应方便及时进行检查、调整和恢复冃前所用的各类主要减振措施中，减振扣件的可调整量与普通扣件类 似，仅20〜30mm,故无法满足较大差异沉降的调整需求梯形轨枕为预应力混凝土结构，抗弯能力强，长6m梯形轨枕可承受4 块减振垫空出达到6inm；其次，梯形轨枕下部的减振垫空吊后，可在其下 采用垫片或浇注型弹性材料进行填补，在枕下垫高可避免扣件调高对轨道 几何尺寸精度及轨道稳定性的影响，理论上只要限界允许，减振垫可无限 垫高，以恢复线路初始状态像西安地铁为应对地裂缝地段的差异沉降， 即研究采用了类似梯形轨枕的预制框架轨枕板需注意的是，枕下调高填 充材料不宜采用承受冲击荷载能力较差的脆硬性材料,而应釆用耐久性好 的柔性耐冲击材料钢弹簧浮置板理论上对差异沉降有一定的适应能力，当部分隔振器因 隧道结构下沉而丧失对浮置板的支承时，可在隔振器顶部增设调高垫片作 为弥补不过实际上因浮置板长度达到25m左右，每个隔振器的静态和动 态压缩量较大，部分隔振器下沉或失去支承较难被发现，而口也很难保证 每个下沉的隔振器被均匀调高。