市域快线停车场轨道减振降噪方案设计

木东升 尹华拓 黄国庆

(1.广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510010； 2.广州地铁建设管理有限公司，广州 510010)

因地制宜地选择城市轨道交通停车场及车辆段轨道减振降噪措施，可使列车运行时的振动和噪声对上盖建筑的影响满足环保要求[1]。目前，已有许多学者开展相关研究，何永春等针对深圳地铁5号线塘朗车辆段上盖物业开发的减振降噪问题，根据车辆段轨道振动和噪声源以及振动和噪声值的预测成果，对各种减振与降噪措施进行综合比较[1]；邬玉斌等对北京某车辆段地铁振动进行现场实测，认为库上建筑受地铁振动影响明显，建筑振动以竖向为主，楼板振动程度与自身固有频率有关，应尽量避开地铁振动的主频范围[2]；于占洋通过对线路特征及声源进行总体分析，根据车辆段轨道自身结构特点及噪声的特性，结合国内外相关工程经验和广泛调研提出减振降噪措施及管理措施[3]；孙亮明等针对国内某地铁车辆段试车线上盖住宅进行现场实测，获得列车以不同时速运行时上盖住宅各层的竖向和横向振动实测数据，并分析楼板振动在时域和频域内的振动特点及衰减规律，探讨不同车速对上盖住宅楼板振动的影响规律[4]；周杰等针对下沉式地铁车辆段环境噪声问题，采用问卷调查与现场实测相结合的方法，对下沉式地铁车辆段环境噪声特性开展研究[5]。

广州市轨道交通22号线是广州首批市域快线，设计最高运行速度160 km/h。线路建成后将串联番禺区和荔湾区，连接广州南站、白鹅潭枢纽等大型铁路枢纽，发挥市域快线功能，将广州打造成为国家“十三五计划”提出的国际性综合交通枢纽。广州市轨道交通22号线工程设陈头岗停车场一处，位于石壁村北侧。陈头岗停车场占地24.21 hm2，主要功能为停车列检、月检、临修、试车、洗车和镞轮。本工程采用国产8节市域快线列车编组，轴重≤17 t，站场内曲线最小半径为200 m。

根据工程实施规划，对陈头岗停车场进行物业开发，物业建筑的主要类型有：住宅楼、小学、幼儿园等。其中，上盖住宅主要位于运用库，上盖小学与幼儿园位于咽喉区正上方，停车场周边白地开发为地面住宅。为避免地铁列车运行时产生的振动及噪声影响所开发物业的商业价值，应采取针对性轨道减振降噪措施。

1 陈头岗停车场轨道主要技术标准

陈头岗停车场车场线采用50 kg/m、U71Mn钢轨，试车线、出入场线采用60 kg/m、U75V普通热轧钢轨，轨距为标准轨距1435 mm，停车场内最小曲线半径为200 m。采用1/40轨底坡，道岔及道岔间不足50m的地段不设轨底坡；当道岔需与两端线路进行轨底坡过渡时，在道岔两端两根岔枕处铁垫板下设置轨底顺坡垫板。

出入场线地面段、试车线非减振碎石道床地段、车场线库外碎石道床地段采用国铁弹条Ⅰ型扣件；库内整体道床地段采用50 kg/m钢轨弹条Ⅰ型分开式扣件；试车线梯形轨枕碎石道床地段采用60 kg/m钢轨弹条Ⅰ型分开式扣件。

本工程试车线采用碎石道床60 kg/m钢轨9号弹性可弯尖轨单开道岔，车场线采用碎石道床50 kg/m钢轨9号单开道岔及9号5.1 m间距交叉渡线，均采用合成岔枕。普速地铁试车线一般采用碎石道床60 kg/m钢轨9号道岔，车场线采用碎石道床50 kg/m钢轨7号单开道岔及交叉渡线。因此，本工程陈头岗停车场减振降噪方案与普速地铁停车场及车辆段差异较大。

2 减振降噪标准

陈头岗停车场敏感区域振动限值按照GB10070—88《城市区域环境振动标准》中“居民、文教区”考虑，并依照HJ453—2018《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》及JGJ/T 170—2009《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》，以VLzmax作为评价量[6-8]。城市各类区域铅垂向Z振级标准值见表1。

表1 城市各类区域铅垂向Z振级标准值 dB

3 陈头岗停车场减振降噪方案设计原则

陈头岗停车场减振降噪方案设计原则如下。

①试车线及咽喉区道岔范围，与上盖建筑投影距离小于15 m或与地面建筑投影距离小于25 m时，应设置减振措施。

②在上述地段设置减振措施时，应沿轨道方向延伸25 m。

③库外整体道床轨道基础与结构柱及其基础宜隔离，当未隔离时，应采用高等及以上等级的轨道减振措施。

④根据《轨道交通18/22号线正线轨道系统设备用户需求书》《陈头岗停车场轨道设计变更及五号线阻尼钢轨降噪效果报告审查会议纪要》要求，选取条件合适的库外道口铺设减振降噪性能良好的嵌入式轨道。

4 停车场及车辆段常用减振降噪措施

4.1 常用减振措施

(1)减振道砟垫

减振道砟垫是一种质量弹簧系统，其特点主要为采用面支承，耐水、耐磨、耐老化性能好。在停车场及车辆段碎石道床地段铺设时，可通过在道砟底面下设置减振道砟垫来实现减振。减振道砟垫具有减振效果好、施工方便，不影响过轨管线布置等优点，已在全球多个国家城市的高铁、地铁项目中得到广泛应用。目前，在国内香港、台湾、国铁成灌线等已通车运营的项目上，减振道砟垫迄今使用情况良好。根据深圳地铁1、2号线减振道砟垫的测试，试车线轨枕处平均减振量为4 dB，距离试车线中心线6 m处平均减振量为6 dB。

(2)梯形轨枕

梯形轨枕是一种预制钢筋混凝土纵梁支撑轨道结构，由预应力纵向长梁和钢轨形成复合轨道，两个纵向长梁中间用钢管或混凝土横梁连接形成框架，形似梯子而得名[9]。

梯形轨枕在国内多用于正线、停车场及车辆段整体道床，在纵向长梁下设置弹性聚氨塑脂支垫，使其浮于混凝土基础之上，在广州地铁5号线鱼珠车辆段试车线铺设了梯形轨枕试验段。由于梯形轨枕将轨枕从过去的横向铺设，转变为沿线路方向(纵向)连续铺设，轨枕下部面积变宽，可以大幅分散对线路构造物的载荷，使道床受力更加均匀稳定，道砟的应力峰值大幅降低，从而减轻对下部构造物的负荷和振动。

(3)减振接头夹板

减振接头夹板常用在钢轨接头非工作边侧并在接头夹板中部一定长度范围内加高至钢轨轨顶面。车轮碾过钢轨接头时，与减振接头夹板顶部接触，使轨顶面由中断变为连续，缓解了轨缝和相邻轨端错牙台阶的影响，从而减轻轮轨冲击，减少钢轨端部的冲击掉块和塑性变形等病害，改善了轮轨关系[10]。根据石太线小半径曲线地段的实测数据，铺设减振接头夹板的钢轨接头较一般的钢轨接头振动加速度降低50%以上，钢轨轨底下沉量减少20%。

目前，天津地铁1号线高架桥普通线路地段，深圳地铁蛇口车辆段、成都地铁1号线等需上盖物业开发的车辆段均采用减振接头夹板，效果良好。

(4)无缝线路

无缝线路主要适用于库内线，库内线车辆运行速度5 km/h左右，引起的振动和噪声有限。接头振动是库内线振动的主要来源，铺设无缝线路消除钢轨接头可以有效减轻振动影响。

(5)热塑性聚酯高弹性垫板

传统垫板一般设计成圆柱形或沟槽形结构，利用橡胶的压缩变形提供弹性。而热塑弹性体材料由于具有更好的韧性、弹性及抗弯曲疲劳性，故可以设计成波浪形，使垫板能同时通过挠曲变形和压缩变形产生回弹力。并且可以将垫板刚度设计得更低，有利于降低扣件竖向刚度，降低振动值，预计减振效果为1～3 dB。

4.2 常用降噪措施

(1)阻尼钢轨

从减振降噪原理及一些工程的试铺效果来看，阻尼钢轨主要适合在小半径曲线地段使用，用于降低轮轨摩擦的高频噪声，降噪效果为2～5 dB(A)[11]。

钢轨阻尼在轨腰安装，可以灵活避开扣件、接头夹板及轨连线等部位，对其他轨旁设备没有影响。在线路开通运营以后，应根据线路上噪声的组成及量值来选择是否采用钢轨阻尼。因此，阻尼钢轨在曲线地段可作为一种降噪辅助措施。

(2)吸声板

吸声板的种类和材质较多，有泡沫塑料、石棉、微孔陶粒混凝土、陶瓷等。吸声板在国内地铁中应用很少，仅在个别工程中有过试验段。2010年，上海3号线曾在石龙路站地面线试铺了双线100 m微孔陶粒混凝土吸声板并进行了降噪效果测试[12]。

根据上海地铁3号线试铺段的现场实测结果，吸声板对100～8 000 Hz范围噪声均有不同程度的吸声效果，对250～2 000 Hz的轮轨噪声可降低5～7 dBA；对于2 000 Hz以上的高频噪声，可降低3～5 dBA。从频谱上看，对500～1 000 Hz轮轨噪声的降噪效果比较明显。

4.3 库外道口减振措施

嵌入式连续支承无砟轨道(简称“嵌入式轨道”)是一种将钢轨嵌入到混凝土整体道床中，采用弹性垫板连续支撑、高分子阻尼材料连续锁固钢轨的新型轨道结构，具有整体性好、结构简单、安全可靠、寿命长、减振降噪、日常运营维护工作量少等特点[13-20]。

5 陈头岗停车场轨道减振降噪措施

5.1 道岔区采用减振道砟垫

国内大部分带上盖物业的停车场、车辆段试车线及道岔区均采用减振道砟垫，如深圳地铁蛇口车辆段、塘朗车辆段、杭州地铁七堡车辆段、广州地铁镇龙车辆段、萝岗车辆段、官湖车辆段等。陈头岗停车场道岔区也采用减振道砟垫。

陈头岗停车场库外车场线减振垫碎石道床采用新Ⅱ型预应力混凝土枕，一般段铺设密度1 440根/km，库外平交道口轨枕铺设密度为1 820根/km，单层道砟即一级道砟。道床顶部宽2.9 m，砟肩宽200 mm，半径不大于300 m的曲线外侧砟肩加宽0.1 m，道床边坡坡率为1∶1.5，碎石道床减振道砟垫设计见图1。

图1 碎石道床减振道砟垫方案(单位：mm)

5.2 试车线采用梯形轨枕

根据广州地铁厦滘车辆段与萝岗车辆段试车线的振动测试结果，距离线路中心线6 m处的平均减振效果约为9.5 dB。

碎石道床梯形轨枕在广州地铁应用广泛，5号线鱼珠车辆段、6号线萝岗车辆段、13号线官湖车辆段的试车线均铺设了梯形轨枕。

考虑广州地铁5号线鱼珠车辆段试车线21号线镇龙车辆段、6号线萝岗车辆段、13号线官湖车辆段试车线均铺设梯形轨枕，减振效果良好，轨道状态稳定，陈头岗停车场试车线采用梯形轨枕。

试车线梯形轨枕碎石道床铺设双层道砟，由底砟和道砟组成，道床顶面宽度为2.8 m，砟肩堆高150 mm，道床边坡坡率1∶1.75，道砟等级为一级，道床的密实度不得小于1.7 t/m3。曲线地段超高通过全超高方式实现，即将梯形轨枕轨排绕内股轨顶中心旋转，使内股钢轨不动、外股钢轨抬高一个超高值，内外侧道砟的外形布置相应进行调整；圆曲线地段，超高通过梯形轨枕整体旋转在砟上实现；缓和曲线地段，应先按照扣件调整量表调整扣件高度，再按设计超高值调整扣件处钢轨。单块梯形轨枕包含10对扣件，扣件间距为600 mm。每块梯形轨枕铺设长度6 000 mm，实际长度5 800 mm，标准枕缝200 mm，具体枕缝范围150～250 mm，梯形轨枕总宽2 300 mm(限位凸台位置)。单边纵梁宽580 mm，高185 mm。两片纵梁之间设2道混凝土横梁，2道钢管横梁，侧面各设1个纵向防爬凸台，混凝土强度等级为C60。梯形轨枕道床设计见图2。

图2 梯形轨枕道床方案(单位：mm)

5.3 库内线铺设无缝线路

为降低库内线接头振动，决定铺设无缝线路，扣件采用热塑性聚酯高弹性垫板。

5.4 库外小半径曲线地段采用阻尼钢轨

目前，阻尼钢轨已在杭州、福州、宁波等待开发的车辆段(停车场)和部分正线上推广使用。陈头岗停车场库外小半径曲线地段采用阻尼钢轨，阻尼钢轨降噪效果达4 dB。

阻尼钢轨包括但不限于约束阻尼结构、吸振器结构或二者结合等装置。以同一线路、同一地段安装阻尼钢轨前后相同测点处A计权噪声级的差值作为降噪效果的评价依据，测点为钢轨外侧3 m外、轨顶高处，在钢轨表面光亮清洁、曲线啸叫工况下，阻尼钢轨降噪效果应不低于4 dB(A)。

5.5道口采用嵌入式轨道系统

2015年，广州地铁集团开始对嵌入式轨道系统的技术设计、材料研究、施工工法、维护技术成套技术进行研究。2017年12月28日，在广州地铁14号线知识城支线的嵌入式轨道试验段正式通车运行，目前已应用近4年。《广州地铁嵌入式连续支承无砟轨道系统服役性能测试及评估》结果表明：①嵌入式轨道几何形位保持良好，系统减振降噪以及杂散电流防护效果保持良好；②相较于普通扣件式轨道，0～80 Hz范围内(Z计权)嵌入式轨道，减振量为12 dB，且日常养护维修工作量小。

图3 嵌入式轨道道床方案(单位：mm)

综上，嵌入式轨道系统整体性好、减振降噪性能良好、日常养护维修工作少、外观整洁、美观、易于清洁，根据《轨道交通18/22号线正线轨道系统设备用户需求书》《陈头岗停车场轨道设计变更及五号线阻尼钢轨降噪效果报告审查会议纪要》要求，选取条件合适的道口铺设减振降噪性能良好的嵌入式轨道。

6 结语

通过综合对比分析国内外轨道交通停车场及车辆段减振降噪措施，并结合广州市轨道交通既有设计经验，陈头岗停车场轨道减振降噪设计方案为：道岔区采用减振道砟垫，预计平均减振量为4～6 dB；试车线采用梯形轨枕，距离线路中心线6 m处的平均减振效果约为9 dB；库内线铺设无缝线路，扣件采用热塑性聚酯高弹性垫板，减振效果为1～3 dB；库外小半径曲线地段采用阻尼钢轨，阻尼钢轨降噪效果达4 dB；道口采用嵌入式轨道系统，0～80 Hz范围内(Z计权)嵌入式轨道减振量为12 dB。