地铁区间隧道的减振措施

地铁区间隧道的减振措施
地铁区间隧道的减振措施

地铁区间隧道的减振措施
地铁运行产生的振动问题可以在地铁工程最初的规划、设计和施工阶段通过一些措施得到一定程度的控制.
4.1规划阶段的控制措施
在最初的规划阶段,文献[5]认为,要把线路选择和城市规划结合起来考虑.
(1)线路走向尽量与城市快速路、主干道或次干道重合.
(2)合理控制地铁线路两侧拟建建筑物的建设距离.
(3)在轨道交通规划布局中,应充分利用振动波的天然屏障,如河流、高大建筑物等,来阻隔振动的影响.
4.2设计施工阶段的控制措施
在设计施工阶段,采取合理的隔振、减振措施,能有效减少地铁振动带来的问题.隔振是用一些弹性元件或其他措施隔断部分振波的传播;减振是在产生振源的设备或部件上加装阻尼结构或阻尼元件,或者增加设备或元件本身的阻尼来达到减振的目的.根据地铁振动的产生、传播和相关因素的分析,可以从振源减振控制、振动传播途径控制、受保护建筑物控制三方面来考虑地铁振动的控制.
4.2.1振源减振控制
从振动源头减小振动是最直接的控制方法,根据地铁振动产生的机理和影响因素的分析,可以采取以下具体措施[3～6,9].
(1)车辆轻型化.
(2)车轮平滑化.通过采用弹性车轮、阻尼车轮和车轮踏面打磨等车轮平滑措施,可有效降低车辆振动强度.
(3)采用重型钢轨和无缝线路.
(4)采用盘式制动.
(5)采用直线电机.直线电机具有造价低、振动小、噪声低、能耗低、污染小、安全性能好等诸多优点,是21世纪城市轨道交通发展的方向.
(6)适当控制地铁列车运行速度.
(7)采用适当的弹性扣件或轨道减振器.目前国内地铁通常采用的扣件型式主要有DTI型～DTⅦ型、WJ2型和单趾弹簧扣件等,这些扣件主要用于一般减振要求的路段,大部分扣件可降低振动2～9dB;在减振要求较高的地段常采用轨道减振器.目前,轨道减振器常用的有科龙蛋减振器、改进型科龙蛋减振器、轨枕靴等新型减振器.其中,轨枕靴减振效果最优,可达19dB;其次为改进型科龙蛋,减振7～8dB;科龙蛋减振值为3～5dB.
(8)选择合理的轨道结构类型,降低振源的激振强度.目前,除传统的有碴轨道结构以外,还有浮置板轨道结构和弹性短轨枕轨道结构(LVT,即索尼威尔低振动轨道)这两种减振型轨道结构.根据德国实测资料,浮置板式轨道结构减振效果可高达30dB,其缺点是造价较高.香港的西部铁路在不同路段分别采用了浮置板轨道结构和弹性短轨枕轨道结构,取得了很好的减振效果,使香港西铁成为世界最安静的轨道交通线路之一.国内的广州地铁1号线、2号线也都合理采用了这两种轨道结构,达到了预期的效果.但是,这两种轨道结构的造价相对较高.
4.2.2 振动传播途径控制
通过对振动传播途径及其影响因素的分析,采取一些隔振或其他措施,可使得振动的影响降低[2,3,6,8,10].
(1)在钢轨与轨枕之间加隔振材料.主要有橡胶隔振垫板和浮置板隔振系统.橡胶隔振垫构造简单,施工方便,不足之处是隔振效果较小,比一般道床结构可增加传递损失4dB左右;浮置板隔振系统是一种质量—弹簧隔振系统,既可用于有道碴轨道,也可用于无碴轨道,减振效果最好,缺点是造价较高.
(2)增加隧道埋深,增加隧道壁厚,根据实际情况选取合适的隧道结构.隧道埋深越大,振动影响越小,隧道厚度对隧道振动有十分明显的影响,材料相同,隧道厚度加大一倍,隧道壁振动降低5～8dB,隧道结构对振动的影响前面已有论述,不再重复.
(3)对于有碴轨道,增加道碴厚度,在道碴床和隧道之间铺设整体橡胶道碴垫.铺设橡胶道碴垫,可降低隧道壁振动10～20dB,但钢轨变形增大.
(4)用屏障隔振.屏障隔振是一种常见的工程方法,用来阻碍或改变外围振动波向屏蔽区的传播,从而减小屏蔽区的地面、结构振动.采用隔振沟、消振壁、缓冲带和围栏桩,均可以降低地铁振动向地基的传递.其中隔振沟是较好的方式,只要沟的深度足够,它可以切断振动波的传播,取得理想的隔振效果.
4.2.3 受保护建筑物控制
由列车振动引起的沿线地面建筑物的振动,其振级的大小与建筑物基础、结构形式以及与地铁线的距离有关.目前,关于建筑结构方面的控制措施研究较少,主要有以下几个结论或建议[2,3,8].
(1)地基弹性很大程度上影响着建筑物对振动的感应程度,地基的刚性越强,建筑物内振动响应越低.因此,地铁振动影响范围内的建筑物要做好基础的加固.
(2)建筑物振动与建筑结构有关,对于轻型结构框架或基础,振动衰减为零;对于重型结构框架或基础,振动衰减为(15±5)dB;对于重型结构建筑物楼层增加,振动减少,每层减少1～4dB,轻体结构振动不随楼高的增加而减少.
(3)通过调整房屋结构体系的刚度,改变结构自振频率,避免主振源与房屋结构之间由于低频耦合作用产生的共振现象.
(4)可以采用在建筑结构上安装控制装置的办法,达到减小地铁振动引起的建筑结构振动反应的目的.
5 有待研究的问题
虽然关于地铁运行引起的振动这一课题国内外学者都做了不少的研究工作,但仍然有不少需要解决的问题.如:
(1)在地铁振动产生机理上,地铁振动源的主要影响因素对振动源的影响,都是通过实测得出的结论,各参量之间的关系如何,目前尚无成熟的精确表达式.
(2)目前由于时间及空间的限制,在研究地铁列车振动的影响问题时,一般都将这个三维空间问题简化为二维平面问题,这就无法确定结论的准确性.
(3)在振动的控制措施上,目前频率高于20Hz的振动控制措施已趋于成熟,但低频振动仍然是一个尚未解决的问题.近年来多伦多、旧金山、费城等城市的城市轨道交通的研究表明,车辆转向架的设计(主要是低刚度悬挂系统和弹性车轮)对于低频振动影响较大,值得进一步研究.
(4)地铁振动对地面建筑物的影响及其建筑物响应的控制问题的研究将会有重要的工程意义和社会意义.