天津地铁1号线轨道减振措施应用及效果

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天津地铁1号线轨道减振措施应用及效果陈󰀃󰀃超1，曲󰀃󰀃东2

(1.天津市环境影响评价中心，天津󰀃󰀃300191；2.西北农林科技大学，陕西󰀃󰀃杨凌󰀃󰀃712100)摘要:介绍了地铁运行振动对环境的影响，概述了目前国内常用的轨道减振措施。结合天津地铁1号线实际工程情况分析了减振措施及效果。

关键词:轨道交通振动;减振措施;天津地铁

中图分类号:TB535 文献标志码:A 文章编号:1006-5377（2010）04-0056-03

1 引言

城市轨道交通一般穿越城市中心区域，该区域通常是居民住宅、办公机构集中的区域，其振动影响不可忽视。振动对环境的影响是多方面的，其中包括对人体的影响，对工作效率的影响，对周边建筑物的影响及对室内高精密仪器、设备的影响等。本文以天津地铁1号线为例，探讨了其采取减振措施的应用效果。

表1  北京、天津地铁隧道振动源强值监测结果

地铁名称

区间

列车速度(km/h)60～7055～6555～6560～7050～5550～6060～7050～60

VLZMAX(dB)范围89.5～94.786.5～90.686.0～88.6 90.0～94.5

平均值92.189.087.391.8

VLZ10(dB)平均值90.086.084.389.075.079.097.087.0

前门～崇文门站

北京地铁和平门～前门站环线宣武门～和平门站

西直门～积水潭站北京地铁一号线

复兴门～西单站木栖地～军博站万寿站～五棵松站

75.0～78.677.179.0～85.082.099.5～101.2100.087～93

90.0

2 地铁轨道振动及源强

地铁轨道振动主要是由车轮与钢轨的相互作用而产生的：（1）行驶中的列车，由自身重量通过轮轨接触点引起钢轨周期性的上下振动，再从道床传入地面，这是铁路的一种基本振动；（2）当车轮经过钢轨接缝处或表面由于磨损呈波纹状的钢轨时，车轮撞击这些不连续部位就会在垂直速度上产生瞬时变化，这一变化可导致轮轨接触点激发出巨大的力，从而激发车辆和钢轨振动，这是一种冲击振动。特别是地铁列车在地下行驶时，会引起隧道振动，这种振动能通过地下土壤传送到地铁附近的建筑物内从而再次引起结构物的振动。根据天津市环境影响评价中心1993年12月提交的《天津市地下铁道南北线扩建和改建工程环境影响报告书》和2001年6月提交的《天津市地下铁道1号线环境影响报告书》等有关资料的调查，将北京地铁隧道和天津既有地铁隧道源强值列于表1中。

天津

营口道～新华路站

既有地铁

注：VLZMAX为铅垂向Z振级最大值，VLZ10为铅垂向Z振级。隧道为整体式衬砌结构；短轨枕式 整体道床；50kg/m-25m焊接长钢轨；弹性扣件。

3 振动传播途径及环境影响

3.1   传播途径

城市轨道交通振动传播途径在不同线路形式上略有不同，大体如下：

（1）地下线：由于列车在轨道上行驶，车轮偏心，车轮与道岔、钢轨的碰撞，线路不平顺等原因，引起车轮的振动，经钢轨→扣件→轨枕→道床→隧道结构→围护地层→地面→建筑物、人体、设备；

（2）地面及路堑式线路：由于列车在轨道上行驶，车轮偏心，车轮与道岔、钢轨的碰撞，线路不平顺等原因，引起车轮的振动，经钢轨→扣件→轨枕→道床→地面→建筑物、人体、设备；

（3）高架结构线：由于列车在轨道上行驶，车轮偏心，车轮与道岔、钢轨的碰撞，线路不平顺等原因，

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引起车轮的振动，经钢轨→扣件→轨枕→道床→梁、柱结构→地面→建筑物、人体、设备。

由上可知，轨道交通振动的基本传播途径就是振源→传播途径（结构及围护土层）→受振对象，与噪声的传播具有相似性。实际上轨道交通的运营及生产辅助设备、施工设备的振动传播也是如此。

轨道交通振动经土壤介质的传递，引起地面振动并以弹性波的形式沿地表传播，进而引起隧道结构临近的地面建筑物的振动，其环境振动是由横波、纵波、表面波合成的复杂波动现象，影响因素复杂，其振动机理、传播形态变化不定，所以难于确定传播过程中的传递函数，只能以实验测试统计结果而定。

研究资料和实验结果表明：轨道交通环境振动的主要影响因素包括车辆、轮轨条件、轨道结构、隧道结构、隧道埋深、地质条件、地面建筑物类型、敏感建筑物距线路的距离等等[1]～[3]。3.2   环境影响

3.2.1 对人体的生理、心理影响

轨道交通振动具有间歇性、周期性，其引起的生理影响主要集中于对睡眠的影响以及心理上产生的烦恼和不快。当列车通过时，可感知的振动、可听知的房屋结构噪声以及由振动诱发的门窗颤动的声音常常使人惊醒或难以入眠，长期生活在这种间歇、往复的振动干扰环境里，造成心理及身体健康受损是不可避免的。

统计资料表明：环境振动振级达到或超过70dB时，人便会有振动感觉；超过75dB时多数人会有反感、烦恼情绪；85dB以上时将严重干扰人们的日常生活。根据国内现运营轨道交通系统的振动调查表明，沿线环境室外振动振级一般不超过75dB，室内振动振级则由于建筑的不同形式而略有增加或降低。3.2.2 对工作效率的影响

振动对工效的影响一般集中在用眼的工作，主要表现在视力减退、差错率升高等，但轨道交通振动对工效的影响是有限的，特别是对环境人群的影响更是如此。3.2.3 对建筑物的影响

振动施于建筑物，由于振动强度和频率不同，会使某些建筑物的建筑结构受到破坏。常见的破坏现象表现为基础和墙壁龟裂、墙皮剥落、石块滑动、地基变形和下沉等。造成建筑物破坏的振动振级在100dB左右，超过140dB时甚至会造成建筑物倒塌。由此可见，轨道交通振动一般不会造成建筑物的破坏。

3.2.4 振动对精密仪器、设备的影响

振动对精密仪器、设备的影响主要表现在以下方面：

（1）会影响精密仪器仪表的正常运行，影响对仪器仪表的刻度阅读的准确性和阅读速度，甚至根本无法读数。如振动过大会直接影响仪器仪表的使用寿命，甚至会使其受到损害；

（2）对于某些灵敏的电器，如灵敏继电器，振动甚至会引起其误动作，从而可能造成一些重大事故；

（3）会使精密机床的加工精度、粗糙度等下降，造成质量无法保证。当振动过大时，会直接使精密机床的刀具、精密部件受到损害。3.2.5 振动结构固体声影响

轨道交通振动会激起周边建筑物基础、墙体、梁柱、天花板、门窗、管道等振动，同时产生辐射噪声，即固体声。该类噪声通常为低频噪声，一般峰值频率在20～200Hz范围，声级在50dB以下。然而，研究结果表明，在建筑物室内，该类噪声达到35～42dB时，人们已会有不同程度的反映，超过42dB时，则多数人会感觉明显。因此，振动结构固体声的影响不容忽视[1]～[3]。

4 目前国内常用的减振措施

目前国内常用的减振措施见表2。

表2  目前国内常用轨道减振措施

轨道结构

普通（刚性）混凝土整体道床，弹性分开式DTⅥ2扣件弹性分开式DTⅥ2扣件，轨下设高弹聚酯弹性体垫板

轨道减振器（科隆蛋）整体道床弹性分开式DTⅥ2扣件，弹性短轨枕

橡胶浮置板整体道床钢弹簧浮置板整体道床

减振级别（dB）

00～33～88～1212～1520～30

5 天津地铁1号线减振措施及效果

5.1   减振措施

天津地铁1号线在设计、施工中，根据该项目环境影响报告中预测的振动超标值，在国内现有减振措施中进行了大量的方案比选，并进行了深入的减振降噪研究。根据该工程的实际情况对国内普遍采用的减振措施进行了一定改进，具体措施如下。5.1.1 新型高弹性减振扣件

一般的减振路段都设有双层铁垫板，上、下层铁垫

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板间嵌入橡胶垫板，螺栓紧固后不对中间橡胶垫板产生预压变形，保证其弹性不损失，且可单独更换。减振效果接近第一代轨道减振器，成本相当于后者的60%，且易于维修，技术经济优势显著（见图1）。

击，改善轮轨关系。根据国铁试验，减振接头夹板比一般接头振动的加速度可降低50%以上，钢轨轨底下沉减少20%，轮轨噪声可降低5dB。

图2  新型减振接头夹板

图1  新型高弹性减振扣件

5.2  减振效果

天津地铁1号线环境验收监测结果显示，1号线周边振动环境全部达标。根据对列车通过时和无列车通过时监测数据的比较发现，地铁沿线环境振动主要受地面汽车交通振动影响，地铁振动对环境振动影响不明显。有无列车通过时的振动监测结果基本处于同一水平。

地铁1号线部分正下方穿过的居民楼内的监测显示，通过采用新型弹性短轨枕，减振效果良好，居民室内振动满足标准要求。

5.1.2 新型弹性短轨枕

特殊减振路段首次采用三元乙丙橡胶和聚丙烯动态硫化共混物（热塑性弹性体）制作套靴；高温下注塑成型，生产效率提高6～8倍。橡胶套靴生产过程不产生硫化烟，不产生粉尘，减少了环境污染；保持了良好的弹性、疲劳性能，废旧物品可回收利用。减振弹性层采用微孔橡胶比常规的沟槽型橡胶具有更好的减振性能及气候适应性。

5.1.3 新型高弹性垫板

由于天津地铁1号线部分路段为既有线改造，既有线地段轨下高度仅为13mm，难以采用现有减振技术。高弹性热塑性弹性体由较长的软链段和适当的硬链段组成。硬链段起物理交联作用。软链段无定形，具有高回弹性。利用热塑性弹性体的高回弹性、耐磨性、抗弯曲疲劳性及耐老化性，将垫板设计为波浪型，能同时通过挠曲变形和压缩变形产生回弹力。5.1.4 新型减振接头夹板

天津地铁1号线大部分地段铺设无缝线路，小半径曲线仍采用普通线路。减振接头夹板在中部加高至轨顶以上（见图2），使轨顶由中断变为连续，减轻轮轨冲

6 结论

天津市地铁1号线在设计、建设过程中，以环境影响评价预测数据为依据，选择了适合该工程的减振措施，并对传统减振措施进行了大量改进，收到了预期的效果，使地铁振动对环境的影响得到了有效控制。参考文献：

[1] 孙家麒.城市轨道交通振动和噪声控制简明手册[K].北京：中国科学技术出版社，2002.

[2] 王毅.北京地下铁道振动对环境影响调查与研究[J]. 噪声与振动控制. 1992.[3] 吕玉恒，王庭佛. 噪声与振动控制设备及材料选用手册[K]. 北京：机械工业出版社，1999.

Application and Effect on Vibration Reduction Measures of NO.1

Subway in Tianjin

CHEN Chao1, QU Dong2

(1.Tianjin Environmental Impact Assessment Center, Tianjin 300191;2. Northwest A&F University, YangLing Shanxi 712100, China)

Abstract: This article discusses the impact of vibration on environment by subway vehicle run; summarizes the usual measures of vibration reduction set used in China at present; analyzes the effect of reduce vibration reduction set used in Tianjin NO.1 subway.

Keywords: subway vibration; vibration reduction measure; Tianjin subway

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