120 km/h快线地铁GJ-Ⅲ扣件减振效果现场测试与分析

王 蕊 张 铁

(成都地铁有限责任公司，四川 成都 610031)



120 km/h快线地铁GJ-Ⅲ扣件减振效果现场测试与分析

王 蕊 张 铁

(成都地铁有限责任公司，四川 成都 610031)

对东莞地铁R2线某区间采用DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件直线段轨道结构进行了现场实测，并对实测数据进行了时域和频域对比分析，研究GJ-Ⅲ扣件在高速120 km/h工况下减振效果，时域分析结果表明，采用GJ-Ⅲ扣件轨道结构竖向振动最大峰值略大于DZⅢ-1扣件；频域分析结果表明，在1/3倍频程中心频率40 Hz～200 Hz范围内，GJ-Ⅲ扣件有较好的减振效果，隧道Z振级在此频段降低值最大可达到22 dB。

地铁，扣件，道床，减振效果

地铁由于节省用地、有效缓解城市交通压力、安全可靠等诸多优点得到各国城市的青睐。随着生活水平的提高，人们对生活质量的要求也越来越严格，地铁引发振动环境问题，已经引发了公众的强烈反应。目前存在于地铁线路上的减振措施有很多，根据不同地段的减振需求，可将减振措施分为一般减振、中等减振和特殊减振。现场测试作为研究地铁振动重要的方法之一，有着重大的理论和实际意义。针对不同减振措施国内外学者开展现场测试，研究不同减振措施带来的减振效果，为理论研究提供依据，并为评估地铁诱发环境振动提供依据。韦凯等[1]对成都地铁2号线用浮轨式扣件代替DZ-Ⅲ扣件前后地铁引发环境振动进行现场测试，研究浮轨式扣件的减振效果；邓玉姝等[2]对比分析了北京地铁5号线高架段梯形轨枕和普通无砟板式轨道的钢轨、轨枕和桥面振动响应；李克飞等[3]对北京地铁5号线地下线减振轨道进行现场测试，对比分析安装了普通扣件、Ⅲ型轨道减振扣件和钢弹簧浮置板轨道的钢轨、道床及道壁振动特点，分析了不同减振措施带来的减振效果。但是，由于城市轨道交通普遍运行速度较低，目前很少有研究针对地铁高速运行时现场振动测试，因此有必要对高速运行地铁线路开展现场测试。本文对东莞地铁某区间安装DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件直线段轨道结构振动进行现场测试，研究高速运行条件下GJ-Ⅲ扣件的实际减振效果。

1 现场测试

1.1 测试概况

东莞地铁R2线是一条北部—西南方向的快速干线，线路全长37.788 km，其中地下线33.78 km，高架线3.644 km。其车辆类型为B型车，最大轴重14 t，六节编组，设计最高行车速度为120 km/h。为了满足不同地段减振需要，东莞R2线某区间采用了DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件。

1.2 测试方案

为了测试地铁车辆以高速120 km/h通过采用DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件轨道时，钢轨、道床和隧道的竖向振动加速度，选取了两个测试断面。测试断面均位于区间直线段且远离进出站位置，避免了地铁车辆减速或加速对振动测试的影响。本次测试采集了钢轨、道床和隧道壁竖向振动加速度，测点布置在钢轨外侧轨底、道床和隧道壁，见图1。

现场测试采集仪使用德国IMC公司CS5008型系列智能信号采集仪，最大采样频率40 kHz。传感器为东华测试压电式振动加速度传感器。

2 测试结果分析

现场测试记录了至少20组列车通过两个测试断面时轨道结构竖向振动加速度时程数据。限于篇幅，仅以1组120 km/h工况下，两个测试断面上典型振动加速度时程数据为例进行时域和频域内对比分析，研究GJ-Ⅲ扣件减振效果。

2.1 时域分析

首先对比各个测点在不同行车速度工况下振动加速度时程曲线，分析轨道结构竖向振动加速度的时域变化规律，如图2～图4所示。

从图2～图4可清晰分辨出地铁车辆经过采用GJ-Ⅲ扣件轨道时，每节车厢引起的钢轨、道床和隧道壁的振动，但采用DZⅢ-1扣件轨道很难分辨每节车厢通过轨道时刻。从图2～图4中可看出，地铁车辆以相近的速度经过时，GJ-Ⅲ扣件的钢轨、道床和隧道壁竖向振动加速度最大峰值均略大于DZⅢ-1扣件。

2.2 频域分析

根据《城市区域环境振动标准》[4]定义Z振级(VLZ)，dB。

(1)

其中，a为竖向振动加速度的有效值，m/s2；a0为基准加速度，取值为1×106m/s2。根据式(1)计算钢轨、道床和隧道壁竖向振动加速度1/3倍频程谱，如图5所示。由于地铁引起环境振动频率主要在200 Hz以内，高频部分会随着传递距离的增大快速衰减，因此本文钢轨、道床和隧道频率只取到200 Hz。

图5a)和图5b)分别为DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件工况下钢轨、道床和隧道壁竖向振动加速度1/3倍频程谱。从图5a)中可看出，由于采用DZⅢ-1扣件，钢轨和道床间VLZ振级落差在13 dB～26 dB范围内，且在1/3倍频程1 Hz～200 Hz范围内衰减较为均匀。而GJ-Ⅲ扣件工况下，钢轨和道床间VLZ振级与DZⅢ-1扣件工况下明显不同。从图中可看出，1/3倍频程1 Hz～80 Hz在范围内，钢轨和道床间VLZ振级衰减不明显，钢轨VLZ振级与道床几乎相同，而在高频80 Hz～200 Hz范围内钢轨和道床间VLZ振级衰减快速增大，最大值可达到32 dB。DZⅢ-1和GJ-Ⅲ扣件，对比分析如图6所示。

从图中可看出，GJ-Ⅲ扣件测试断面隧道壁低频1 Hz～40 Hz范围内VLZ振级大于DZⅢ-1测试断面，而在高频40 Hz～200 Hz则小于DZⅢ-1测试断面。低频范围内GJ-Ⅲ扣件测试断面隧道VLZ振级大于GJ-Ⅲ扣件测试断面，这是由于GJ-Ⅲ刚度较小，地铁车辆通过时准静态荷载对轨道结构冲击变大，导致低频范围内

隧道壁振动较大。

对比GJ-Ⅲ扣件和DZⅢ-1扣件两个测试断面隧道壁VLZ振级发现，GJ-Ⅲ扣件在高频40 Hz～200 Hz减振效果优于DZⅢ-1扣件，而在低频1 Hz～40 Hz范围内则DZⅢ-1扣件减振效果较为明显。由于地铁引起环境振动在低频1 Hz～40 Hz范围内较小，很难对人的正常生活产生影响。因此，GJ-Ⅲ扣件主要考虑在40 Hz～200 Hz范围内的减振效果。从图中可看出，在40 Hz～200 Hz范围内GJ-Ⅲ扣件工况下隧道振动相比于DZⅢ-1扣件工况隧道Z振级降低值最高可达22 dB，效果明显。

3 结语

对东莞R2线某区采用DZⅢ-1和GJ-Ⅲ扣件段轨道结构进行现场测试，车辆以120 km/h左右速度通过测试断面时钢轨、道床和隧道壁的竖向振动加速度，并对实测结果进行时域和频域分析，研究地铁高速行驶时GJ-Ⅲ扣件的减振效果，得到以下主要结论：

1)相比于DZⅢ-1扣件轨道结构分散均匀的振动模式，采用GJ-Ⅲ扣件轨道，列车经过时轨道结构时域振动由若干集中振动簇组成，能清晰分辨每节车厢经过测试断面时刻。且采用GJ-Ⅲ扣件轨道钢轨、道床和隧道壁竖向振动加速度最大峰值略大于DZⅢ-1扣件。

2)采用DZⅢ-1扣件轨道，钢轨和道床间竖向振动加速度衰减较为均匀，衰减范围为13 dB～26 dB；采用GJ-Ⅲ扣件轨道，钢轨和道床间竖向振动加速度在低频1 Hz～80 Hz范围内衰减不明显，而在高频80 Hz～200 Hz衰减较大。

3)对比两个测试断面隧道壁VLZ振级发现GJ-Ⅲ扣件在40 Hz～200Hz范围内有较好的减振效果，在此频段内VLZ振级最大降低值可达22 dB。

[1] 韦 凯，梁迎春，张 攀，等.地铁浮轨式扣件减振效果的测试与分析[J].铁道工程学报，2016，33(5)：100-105.

[2] 邓玉姝，夏 禾，善田康雄，等.城市轨道交通梯形轨枕轨道高架桥梁试验研究[J].工程力学，2011，28(3)：49-54.

[3] 李克飞，刘维宁，孙晓静，等.北京地铁5号线地下线减振措施现场测试与分析[J].铁道学报，2011，33(4)：112-118.

[4] GB 10070—88,城市区域环境振动标准[S].

Test and analysis of vibration reduction effect of GJ-Ⅲ fastener on metro at speed of 120 km/h

Wang Rui Zhang Tie

(ChengduMetroCo.,Ltd，Chengdu610031,China)

A field experiment in straight section of Dongguan metro line R2 using DZⅢ-1 and GJ-Ⅲ rail fasteners respectively was been performed. The experimental data using the two types of rail fasteners were compared in both time and frequency domains to investigate the vibration-attenuating effect of GJ-Ⅲ rail fastener at the speed of 120 km/h. The results in time-domain demonstrated that the peak value of the track using GJ-Ⅲ rail fastener was slightly bigger than that using DZⅢ-1 rail fastener. The results in frequency-domain indicated that the vibration-reduction effect of GJ-Ⅲ rail fastener is remarkable in the 1/3 octave center frequencies of 40 Hz～200 Hz, and the maximum decrease of Z vibration level of the tunnel in this frequency range is 22 dB.

merto, fastening, ballast bed, damping effect

1009-6825(2016)28-0144-02

2016-07-23

王 蕊(1982- )，女，工程师； 张 铁(1974- )，男，工程师

U213.53

A