特殊地段钢弹簧浮置板的性能研究

周迎春

（北京九州一轨隔振技术有限公司，北京 100070）

1 工程概况

该地铁项目是某市区一条南北走向的线路，贯穿整个市区，途径6个行政区，因穿越的敏感地段较多，故采用钢弹簧浮置板里程较长，工况较为复杂。有现浇板、预制板、浮置板道岔、液体阻尼钢弹簧、固体阻尼钢弹簧等多种工况。其中某一区间位于繁华路段，侧穿居民区，隔振要求高，且为两条地铁线路上下并行，联络通道和废水泵房施工风险高，冷冻法施工工期长、费用高。经专家论证决定在线路的最低点取消泵房，安装数台抽水泵用于排除积水。该区间全线采用预制板结构，但考虑安装抽水泵的需要，在线路的最低点采用一块现浇板与两端的预制板衔接，在现浇板上预留开孔安装抽水泵。

根据环评报告及《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》（HJ 453—2008），该区间采用的是固体阻尼钢弹簧浮置板，要求在浮置板使用寿命内，振动敏感建筑物处由列车通过时传到隧道壁的Z振级，比普通整体道床减少15dB以上。

2 设计方案

该线路采用地铁B型车，轴重14t，接触网供电，6辆编组。该区间最小曲线半径500m，右线废水泵房（最低点）位于直线，最低点两侧线路坡度分别为25‰、14.677‰；左线废水泵房（最低点）位于曲线，曲线半径800m，超高21mm，最低点两侧线路坡度分别为16.6‰、25.4‰；本文以右线为例，具体介绍。

现浇板长度为25m、厚340mm、宽3.3m。两端为预制板，长3.6m、厚340mm、宽2.7m。隔振器采用二二布置，刚度约为5700kN/mm。浮置板地段统一采用中心排水沟，宽350mm、深124mm，在线路最低点处做一集水坑，长16m、宽700mm、深200mm，保证集水坑容积满足消防要求。在集水坑范围内的浮置板上开7个方孔，其中5个方孔用于安装抽水泵，另2个备用，见图1。

图1 现浇板平面图

3 仿真计算

因现浇板上开了7个500mm×600mm的方孔，浮置板的总重量减少2.53%，对系统的隔振效果会有一定的影响。为了解其影响的程度，建立仿真模型进行验证，对比列车通过浮置板时传到隧道壁的Z振级相对普通整体道床的振动减少量。

由于列车通过时，浮置板轨道结构与隧道是相互作用的一个整体。为了分析浮置板的减振性能，建立了浮置板和隧道结构模型（见图2、图3）。浮置板轨道结构振动传递模型考虑为三层叠合梁形式进行计算，即在隧道结构外施加钢弹簧边界条件。

图2 隧道有限元模型

图3 开孔浮置板有限元模型

施加列车荷载，分析在不同频率时不同轨道结构隧道壁振动加速度级。根据计权振动加速度计算公式①计算浮置板相对整体道床的Z振级减少量。

计权振动加速度计算公式：

式中：

VL—振动计权加速度级，dB；

Li—每个频带的振动加速度级，dB；

ai—各个频带的计权因子，dB。

在理论情况下，列车通过时，所设计的开孔现浇板相对于整体道床振动加速度级理论减少量为19.97dB，采用《环境影响评价技术导则》（HJ 453—2008）标准计权，Z振级理论减少量为15.7dB。

4 现场测试

截至目前，该线路已通车运营一年多，为了解该地段钢弹簧浮置板的实际隔振效果，验证设计方案能否满足环评要求，确保线路运行安全可靠和产品正常工作，进行了现场测试。

4.1 测试仪器

采用的测试仪器：动态数据采集分析系统INV306（F），加速度传感器LC0104、LC0120、LC0130，笔记本电脑等。

4.2 测试断面

减振轨道隔振效果通过比较有无减振措施时下部结构（如隧道、路基或桥梁）、地面或地面建筑物的振动来评价。测试断面的选取应参考规范[1]要求，减振地段与非减振地段（普通道床地段）的曲线半径、道床类型、隧道类型、埋深、纵坡、运行速度等参数应相同或类似，通过二者的对比，得出隔振轨道的隔振效果。区间右线浮置板总长889.2m，起止里程接整体道床。测试断面选择2个：最低点现浇板和普通整体道床，见下表。鉴于该区间为两条地铁重合线路，共用联络通道，故测试时需分辨不同的车源。

测试断面

5 测试结果分析

振动测试的测试量、数据采集和数据处理方法依据相关规范[1～4]。

5.1 普通整体道床

对15趟地铁列车通过普通整体道床时的1/3倍频程谱线性平均得到的振动加速度级见图4。列车通过时段，普通整体道床的钢轨、道床、隧道壁铅垂向振动加速度有效值分别为24.39m/s2、0.21m/s2、0.076m/s2；振动加速度级分别为147.7dB、106.4dB、97.6dB。

图4 普通整体道床的钢轨、道床、隧道壁1/3倍频程振动加速度级

5.2 25m钢弹簧现浇浮置板道床（开孔）

5.2.1 钢弹簧浮置板道床的振动特性

对15趟地铁列车通过钢弹簧浮置板道床时的1/3倍频程谱线性平均得到的振动加速度级见图5。列车通过时段，钢弹簧浮置板道床的钢轨铅垂向、浮置板铅垂向、隧道壁铅垂向振动加速度有效值分别为13.68m/s2、3.01m/s2、0.009m/s2；振动加速度级分别为142.7dB、129.6dB、78.9dB。

对比普通整体道床，钢弹簧浮置板道床0.5～1000Hz范围内钢轨铅垂向振动加速度级减小了5dB；隧道壁铅垂向振动加速度级减小了18.7dB；浮置板（对比道床）铅垂向振动加速度级增大了23.2dB。钢弹簧浮置板道床与普通整体道床钢轨铅垂向、道床铅垂向、隧道壁横向、隧道壁铅垂向振动加速度对比见图6。

图5 钢弹簧浮置板道床钢轨、浮置板、隧道壁1/3倍频程振动加速度级

图6 钢弹簧浮置板道床与普通整体道床的隧道壁铅垂向振动加速度对比

5.2.2 钢弹簧浮置板道床的铅垂向减振效果

（1）VLzmax（1～80Hz）

按照规范[5]计权得到的普通整体道床隧道壁VLzmax为75.5dB；钢弹簧浮置板道床隧道壁VLzmax为60.2dB，插入损失ΔVLzmax为15.3dB。

（2）铅垂向分频最大振级VLzmax(i)（4～200Hz）

根据规范[4]规定，对15趟地铁列车通过时隧道壁铅垂向振动加速度1/3倍频程谱线性平均，按规范[6]频率计权得到的4～200Hz范围内的分频振级见图7。普通整体道床隧道壁VLzmax(i)为74.6dB（中心频率为50Hz）；钢弹簧浮置板道床隧道壁VLzmax(i)为53.1dB（中心频率为63Hz）。

图7 隧道壁分频振级

6 结语

通过具体工程案例，介绍了区间无泵房处钢弹簧浮置板的设计方案，并通过仿真计算和现场实测验证了该方案的合理性。仿真计算的结果为，采用《环境影响评价技术导则》（HJ 453—2008）标准计权，开孔浮置板的Z振级理论减少量15.7dB。通过测试结果可看出，开孔的钢弹簧浮置板的隔振效果满足环评报告的要求，列车通过时传到隧道壁的Z振级比普通整体道床减少15.3dB。

尽管实测的隔振效果满足环评报告的要求，但与常规浮置板相比还是有所削弱。究其原因有：1）现场测试时发现现浇板（最低点）处存有积水，部分隔振器被浸泡；2）现浇板施工质量差，浮置板下的间隙中有杂物；3）泵房埋管处局部贴地发生短路，导致隔振效果被削减。

综合以上因素，提出以下建议：1）及时排除最低点处积水，保持隔振器工作状态良好；2）提高施工质量，浮置板顶升后要及时覆盖密封条，防止杂物落入浮置板下方的间隙；3）处理泵房埋管处，应浮起一定高度且固定牢靠。