成灌鐵路板式軌道彈性減振墊的試驗研究

姜 鵬，王俊杰，郭利康，劉學毅

(西南交通大學，成都 610031)

隨著高速鐵路的大力興建和既有線路的提速，軌道振動引發(fā)的問題越來越突出。如何減小振動對環(huán)境的影響，是軌道結構設計要解決的重要問題之一。軌道振動的影響因素較多，包括列車速度、軌道結構和彈性等[1]。成灌鐵路的減振措施研究，考慮到增加軌道彈性，在紅光車站郫縣出站端(紅光鎮(zhèn)廣場減振區(qū)段)鋪設了200 m彈性減振墊。為科學評價彈性減振墊對行車條件下軌道結構動態(tài)響應及環(huán)境振動的影響，在現(xiàn)場進行了動力特性測試。

1 試驗段概況

成灌鐵路的最高設計速度為200 km/h，中心城區(qū)至郫縣段120 km/h。運行列車為國產CRH2-1型電力動車組。

彈性減振墊的鋪設位置在紅光車站郫縣出站端，長度為200 m，采用面支撐形式。鋪設減振墊地段的軌道結構為鋼軌—扣件—軌道板—CA砂漿—減振墊—混凝土底座。鋪設情況如圖1所示。

2 試驗目的與試驗內容

本次動力特性測試，主要達到以下目的:

1)測試列車通過時，未鋪設彈性減振墊地段軌道結構動態(tài)響應和環(huán)境振動，分析評定行車條件下未鋪設彈性減振墊地段線路狀態(tài);

2)測試列車通過時，鋪設彈性減振墊地段軌道結構動態(tài)響應和環(huán)境振動，分析評定行車條件下鋪設彈性減振墊地段線路狀態(tài);

圖1 減振墊鋪設位置示意

3)對比分析鋪設彈性減振墊地段和未鋪設彈性減振墊地段在行車條件下，軌道結構動態(tài)響應和環(huán)境振動的影響，評價鋪設彈性減振墊對行車條件下軌道結構動態(tài)響應及區(qū)域環(huán)境振動的影響效果。

要評價軌道振動對環(huán)境的影響，應該考慮軌道、橋梁、地面等結構的振動值[2]，現(xiàn)場測試內容包括鋼軌加速度、軌道板加速度、混凝土底座加速度、橋梁加速度、地面振動Z振級。

3 試驗段的選擇與測點布置

結合試驗目的和要求，為保證測試結果的可對比性[3]，選擇紅光鎮(zhèn)廣場減振區(qū)段作為鋪設彈性減振墊試驗段，都江堰方向距離500 m左右選擇未鋪設彈性減振墊試驗段，試驗段除鋪設或未鋪設彈性減振墊區(qū)別之外，其他線路條件基本相同。測試典型試驗段布置如圖2所示。

圖2 軌道結構及環(huán)境振動測試示意

測試軌道結構和橋梁振動的傳感器分別安裝于鋼軌軌底上表面、軌道板上表面、混凝土底座上表面、橋梁頂面混凝土。測試地面振動的傳感器安裝于距離橋梁中心線0 m，15 m，30 m遠的堅實地面上，各測點在垂直于線路方向的同一直線上。測點布置如圖3所示。

4 試驗方法

此次測試數(shù)據的采集分析采用DH5920動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)和DHDAS信號測試分析軟件進行。

圖3 動力測試測點布置示意

1)軌道振動測試

軌道振動加速度的測試利用 LC0102，LC0108系列壓電式加速度傳感器進行測試。

2)橋梁振動測試

橋梁振動測試采用DH610拾振儀進行測定。

3)環(huán)境振動測試

地面環(huán)境振動測試采用DH610拾振儀進行測定。

5 結果分析

各測試目標值的關系如圖4。

圖4 測試目標值之間的關系

振動加速度級，即加速度與基準加速度之比的以10為底的對數(shù)乘以20，記為VAL。單位為分貝(dB)。計算公式為

式中 a——振動加速度，m/s2;

a0——基準加速度，10－6m/s2。

Z振級是按ISO2631/1—1985規(guī)定的全身振動 Z計權因子修正后得到的振動加速度級，記為VLz。

讀取每次列車通過時的最大示數(shù)，每個測點連續(xù)測量20次列車，以20次讀數(shù)的算術平均值為評價量[4-5]。

1)軌道和橋梁結構振動的測試結果具體測試結果見表1。

表1 軌道和橋梁測試結果

從表1可以看出，鋪設減振墊地段相對于未鋪設減振墊地段的結構振動，以減振墊為界，下部結構的振動明顯減弱;而上部結構，由于減振墊對結構支撐彈性的加強，鋪設減振墊地段的振動加速度比未鋪設減振墊地段的要大。底座振動加速度最大值在減振地段為1.96 m/s2，未減振地段為 4.58 m/s2，減弱幅度為57.2%。橋梁頂面加速度最大值在減振地段為0.69 m/s2，未減振地段為1.29 m/s2，減弱幅度為46.5%。

2)地面振動的測試結果

具體測試結果見表2。

表2 地面振動Z振級 dB

地面振動頻譜分析圖如圖5所示。

圖5 地面振動頻譜分析

從表2、圖5可以看出，減振墊對地面振動的減振效果在20～90 Hz范圍內明顯。有減振墊區(qū)段，等效Z振級和最大Z振級都比無減振墊區(qū)段小，減少幅度均在10%以上，最大為18.4%。在同一地段，從0 m測點到30 m測點振動加速度與Z振級均呈遞減趨勢。

6 結論

針對成灌鐵路彈性減振墊應用，進行了現(xiàn)場測試，通過對測試數(shù)據的分析，得到以下結論:

1)以彈性減振墊為界，減振墊對下部結構的減振效果十分明顯，而對上部結構減振效果不明顯。

2)鋪設減振墊與未鋪設減振墊地段相比，混凝土底座振動加速度最大值在減振地段為1.96 m/s2，未減振地段為4.58 m/s2，減弱幅度為57.2%;橋梁梁面振動加速度最大值在減振地段為0.69 m/s2，未減振地段為1.29 m/s2，減弱幅度為46.5%。

3)減振墊對地面振動的減振效果在20～90 Hz范圍內明顯，減弱幅度均在10%以上，最大為18.4%。

[1]張生延，王平，陳小平.軌道板厚度對板式軌道應力的影響分析[J].鐵道建筑，2010(7):121-123.

[2]謝久來，郝文秀，徐曉.減振原理在城市高架軌道交通中的應用[J].山西建筑，2007，33(7):318-319.

[3]郝珺，耿傳智，朱劍月.不同軌道結構減振效果測試分析[J].城市軌道交通研究，2008(4):68-71.

[4]國家環(huán)境保護局.GB10070—88 城市區(qū)域環(huán)境振動標準[S].北京:中國標準出版社，1988.

[5]國家環(huán)境保護局.GB10071—88 城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法[S].北京:中國標準出版社，1988.