高架線鋼彈簧浮置板道床過渡段的設(shè)計應(yīng)用

梁國君

（北京九州一軌隔振技術(shù)有限公司，北京 100071）

隨著城市生活水平的日益改善，人們對環(huán)境舒適性的要求日益提高，城市地鐵的噪聲和振動問題亦備受關(guān)注。鋼彈簧浮置板道床是近年來城市地鐵行業(yè)廣泛采用的一種特殊等級軌道隔振主流技術(shù)措施，是將具有一定參振質(zhì)量的鋼筋混凝土道床板浮置于特定剛度的阻尼彈簧隔振器上，構(gòu)成經(jīng)典的“阻尼—質(zhì)量—彈簧”隔振系統(tǒng)，具有三維彈性和穩(wěn)定性，且能抑制和吸收固體聲傳導(dǎo)，從而減小軌道交通對周邊環(huán)境的振動和噪聲影響。

鋼彈簧浮置板道床作為特殊減振道床，軌道設(shè)計和施工存在特殊性，《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》中鋼彈簧浮置板道床軌道板允許最大下沉量3mm，鋼軌允許最大下沉量4mm[1]。與其他減振道床或普通道床的鋼軌下沉量均存在差異，因此為了保證軌道平順性和行車安全性，不同的道床在相互銜接時必須有一段距離的過渡區(qū)段，以滿足剛度的平穩(wěn)過渡。

為確保列車運(yùn)行平穩(wěn)，浮置板軌道至相鄰軌道的剛度不能突變，浮置板軌道的過渡段一般在浮置板軌道結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)，但在保證車輛運(yùn)行安全的前提下依據(jù)過渡段剛度變化的幅值可利用扣件剛度的變化設(shè)置非浮置板軌道的過渡段[1]，實際工程中也存在浮置板地段與非浮置板地段綜合過渡的設(shè)計方式。本文主要結(jié)合深圳某地鐵項目的高架橋上鋼彈簧浮置板道床特殊情況，就其過渡段的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行探討。

1 項目工況

該項目高架橋地段鋼彈簧浮置板軌道由鋼軌、扣件、預(yù)制鋼筋混凝土道床板、RPC混凝土基底、鋼彈簧隔振器、水平限位器、限位擋塊及附屬設(shè)施組成。軌道結(jié)構(gòu)高度650mm（至橋梁面），超高在基底實現(xiàn)。鋼彈簧預(yù)制板與道床銜接處均采用增加1對隔振器數(shù)量和大剛度隔振器的方式實現(xiàn)與非鋼彈簧浮置板道床間的剛度過渡。隔振器垂向靜剛度不大于8kN/mm，浮置板道床設(shè)計固有頻率不大于16Hz。全線采用A型車，6節(jié)編組；設(shè)計軸重≤16t；最高行車速度：100km/h；接觸軌供電；鋼軌類型采用60kg/m、U75V熱軋鋼軌，標(biāo)準(zhǔn)鋼軌長度25m，標(biāo)準(zhǔn)軌距1435mm；軌底坡：1/40（預(yù)制板模具承軌臺上實現(xiàn)軌底坡）；采用DT-III型小阻力扣件。

2 設(shè)計難點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高架線由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對梁面總荷載有較嚴(yán)格的要求，該項目限定橋上軌道結(jié)構(gòu)承重按3.2t/單線延米控制，斷面結(jié)構(gòu)見圖1。高架線的鋼彈簧浮置板在設(shè)計時需綜合考慮達(dá)到減振效果的足夠配重和不超過結(jié)構(gòu)承重極限的平衡點(diǎn)，一般高架線的浮置板配重都會略低于地下線，會導(dǎo)致同樣車況下高架線浮置板自身的振幅偏大，剛度過渡地段需考慮其差異性。

圖1 U型梁鋼彈簧浮置板斷面圖

高架橋橋跨較大，列車通過時橋梁自身存在彎曲變形，高架線浮置板設(shè)計時尚需考慮列車—軌道—橋梁系統(tǒng)耦合靜力和動力學(xué)特性。

2.2 預(yù)制式浮置板結(jié)構(gòu)

目前，鋼彈簧浮置板行業(yè)迅速發(fā)展，按施工工藝分為現(xiàn)澆和預(yù)制式浮置板（簡稱“預(yù)制板”），預(yù)制板因其快捷、美觀實用的特點(diǎn)被越來越多的使用，該項目也是為數(shù)不多的在高架線上采用的鋼彈簧預(yù)制板結(jié)構(gòu)，在創(chuàng)新的同時也增加了設(shè)計和施工的難度。

預(yù)制板的短板拼接結(jié)構(gòu)（3～6m）相比現(xiàn)澆板的長板（15～25m）來說，局部板體變形會加大，與其他道床過渡段的設(shè)計中亦需差異化考慮。

3 鋼彈簧過渡段的常規(guī)設(shè)計

地下線鋼彈簧浮置板過渡段常規(guī)設(shè)計，通常是在鋼彈簧浮置板上通過板端隔振器加密實現(xiàn)，在橫向和縱向計增加八套鋼彈簧隔振器，增加板端剛度與普通道床平順銜接，見圖2。

圖2 常規(guī)設(shè)計浮置板過渡段平面圖

非加密段浮置板隔振器縱向布置間距一般為間隔兩組（1.2m）或三組（1.8m）扣件間距，在鋼彈簧過渡段會根據(jù)相銜接的不同類型道床，調(diào)整為縱向一組扣件間距布置、橫向鋼軌兩側(cè)加密布置。一般現(xiàn)澆浮置板僅通過隔振器加密就能實現(xiàn)剛度過渡，無需改變隔振器剛度。

目前國內(nèi)的浮置板常規(guī)項目均采用此過渡方式。實際運(yùn)行和測試檢測效果也證明了這種過渡方式是可行、實用、安全的。

4 高架線鋼彈簧過渡段的設(shè)計

4.1 初步設(shè)計方案

中橋上的預(yù)制板設(shè)計采用長度為3.6m、4.6m、4.8m的三種型號，以適應(yīng)不同長度橋跨與浮置板板長的合理搭配。浮置板過渡段的預(yù)制板劃分為加密板和標(biāo)準(zhǔn)板。以3.6m板為例，通常項目3.6m標(biāo)準(zhǔn)板采用線路縱向隔振器間距1.2m布置，加密板采用增加4套隔振器、縱向0.6m間距布置。該項目由于橋上線預(yù)制板邊接觸軌安裝孔位置與隔振器位置相沖突，調(diào)整為加密板增加2套隔振器，見圖3。

圖3 鋼彈簧浮置板過渡段平面圖

剛度過渡方案：鋼彈簧預(yù)制板與其他道床銜接處采用增加1對隔振器數(shù)量和大剛度隔振器的方式實現(xiàn)與非鋼彈簧浮置板道床間的剛度過渡。

4.2 仿真模擬計算

初步方案確定后，建立列車—軌道—橋梁系統(tǒng)耦合動力分析模型，計算耦合模型動力響應(yīng)并進(jìn)行后處理分析。基于梁單元模型，建立了無砟軌道梁格動力分析模型，既方便計算也可以進(jìn)行三維動力分析。鋼軌采用歐拉梁單元，軌道板離散為梁格，鋼軌和軌道板之間采用彈簧阻尼體系連接，板下基礎(chǔ)對軌道板的支承也離散為彈簧阻尼體系。根據(jù)軌道板的受力特點(diǎn)，軌道板離散為兩根縱梁，在扣件位置處，兩根縱梁采用橫梁連接。采用梁格法建立列車—軌道—橋梁時變系統(tǒng)中橋梁模型。分析列車行車的安全性、軌道和梁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)、鋼彈簧浮置板的減振效果、浮置板過渡段平順性等。

以高等減振[2]地段過渡到鋼彈簧浮置板地段的計算結(jié)果為例，過渡段前兩張板鋼彈簧剛度為7.35kN/mm，后接標(biāo)準(zhǔn)段鋼彈簧剛度6.9kN/mm，第一個鋼彈簧處加密。過渡段選擇直線地段。

（1）輪軌力變化：當(dāng)車輛經(jīng)過過渡段時，第一輛車第三組輪對輪軌力見圖4，輪軌力沒有出現(xiàn)突變。

圖4 輪對經(jīng)過過渡段時豎向輪軌力

（2）過渡段位移差：高等減振地段位移為2.77mm，鋼彈簧減振地段位移為2.75mm，高等減振與鋼彈簧地段可實現(xiàn)平穩(wěn)過渡且滿足浮置板規(guī)范要求，見圖5。鋼彈簧地段鋼軌振動加速度略大于高等減振地段。

圖5 過渡段鋼軌位移曲線

（3）過渡段安全性和平穩(wěn)性指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值。針對鋼彈簧浮置板與中等減振道床的過渡、與普通道床的過渡采用類似分析建模，最終選定合理的隔振器剛度滿足浮置板過渡段設(shè)計要求。本工程的計算設(shè)計及應(yīng)用主要基于往期工程的經(jīng)驗、數(shù)據(jù)及理論建模，該項目目前尚未正式運(yùn)營，因此項目運(yùn)營后的現(xiàn)場實際測試和長期跟蹤觀察也應(yīng)成為設(shè)計應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

5 結(jié)語

目前，鋼彈簧浮置板道床作為特殊的減振措施，在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用，技術(shù)也日趨成熟，相關(guān)的配套技術(shù)設(shè)計也趨于完善。但相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)仍滯后于實際施工和技術(shù)發(fā)展，無法做到相得益彰、齊頭并進(jìn)，某些方面也阻礙了行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新。

在《浮置板軌道技術(shù)規(guī)范》中明文規(guī)定：過渡段的長度應(yīng)根據(jù)與相鄰軌道的綜合剛度差計算取值，不宜小于20m[1]。而在實際工程中，一般過渡段長度不超過10m，且從模擬分析來看，過渡段在防止剛度突變時起到關(guān)鍵作用的就是第一個接觸斷面的隔振器剛度，從現(xiàn)場的測試效果和運(yùn)營使用效果來看，目前的常規(guī)設(shè)計全部是安全、穩(wěn)定、符合標(biāo)準(zhǔn)的。

在北京市浮置板的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，彈簧浮置板軌道與兩端軌道結(jié)構(gòu)的彈性過渡應(yīng)在浮置板范圍內(nèi)完成，過渡段的長度應(yīng)按軌道剛度平穩(wěn)過渡的原則計算確定[3]。此標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了設(shè)計原則，不再明確要求過渡段的長度。這也是更合理更人性化的變更調(diào)整。

結(jié)合工程應(yīng)用實例，通過對高架線鋼彈簧浮置板過渡段的設(shè)計與性能分析，設(shè)計引導(dǎo)施工、施工反饋設(shè)計，在確保行車安全性和減振性能的前提下，合理設(shè)計鋼彈簧浮置板與其他道床的平順過渡。