减振钢弹簧浮置板道床在地铁的应用.doc

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1 鼓楼医院段周边环境及减振要求
南京地铁一号线（迈皋桥—奥体中心）为南京首条以地下线为主的城市轨道交通线路。南京地铁一号线鼓楼医院段下穿于鼓楼医院急诊中心和行政楼，鼓楼医院的干部医疗保健中心、手术科室楼和内科楼也紧靠地铁隧道，属于隔振要求很高的路段。考虑到医院有许多高精密的仪器，若不采取特殊隔振措施，医院楼内的环境振动将会严重超标，同时受到地铁车辆运行时的振动，仪器的精度会有影响，也会影响到医院正常手术治疗和医务工作的开展，给鼓楼医院造成不良影响。
南京市地铁公司通过对常见减振方案的综合比较和分析，经过国外专家的技术咨询，结合地铁鼓楼医院段实际情况，虽然造价较高，但考虑到综合效益和环境需求，最终比选后采用了内置式钢弹簧浮置板道床。

2 方案比选
在进行南京地铁鼓楼段设计时，根据鼓楼段的地理环境和周边环境及要求，综合其减振要求、施工难度、预算成本等因素，选择了 4 个方案进行比选。这 4 个方案分别是：科隆蛋形扣件、弹性套靴式整体道床、橡胶浮置板、德国隔而固（GERB）公司的钢弹簧浮置板道床。
2.1 科隆蛋形扣件（Cologne-Egg）
科隆蛋形扣件（Cologne-Egg）是在减振要求较高地段采用的轨道减振器扣件（见图 1）。该扣件的承轨板与底座之间用减振橡胶硫化粘贴在一起，利用橡胶圈的剪切变形获得较低竖向刚度，此类扣件具有很小的垂直向静刚度，普通在10kN/mm 左右。较 DTI 型扣件的振动传递减少 15～30dB，较 DT Ⅲ型扣件减少 10～20dB。

2.2 弹性套靴式整体道床
弹性套靴整体道床轨道简称低振动轨道，是由瑞士的RogerSonneville 先生发明，在枕下铺设胶垫，所以有很好的弹性，从而能够让轨道支承的刚度低于普通有碴式轨道的刚度，从结构上而言，其纵向、横向的弹性比较类似于普通轨道.
2.3 橡胶浮置板
橡胶垫浮置板道床减振结构是源自德国的一种减振措施，在德国、美国、新加坡及我国香港和台湾地区的地铁及高铁中均有应用。内地方面对橡胶垫浮置板道床的应用较晚，其隔振效果好于科隆蛋和弹性套靴.
2.4 钢弹簧浮置板道床
钢弹簧浮置板道床采用螺旋弹簧支承的浮置板道床，其固有频率很低，只有 4～8Hz ，因此该轨道结构的减振效果要比橡胶垫浮置板轨道好。螺旋弹簧几乎没有阻尼作用，但浮置板较重（每延米 5t 以上），列车通过时引起的浮置板的振动加速度较小。因此，浮置板支承阻尼作用对路基的影响较小。如要利用阻尼减小浮置板的振动，可安装与螺旋弹簧并联的粘滞阻尼器，则浮置板的减振效果更好。

在所有的隔振方法中，钢弹簧浮置板轨道隔振效果最好，钢弹簧浮板隔振系统的固有频率约 5～7Hz，隔振效果为 25～40dB，可有效地减振、消除固体声（见表 1）。适用于线路从建筑物下面通过，以及隔振要求较高的区域，如医院、学校和剧院等场所。

由于鼓楼站是地下车站，而鼓楼医院在鼓楼站南边，地铁将从医院下面穿过，上面就是手术室，类似于鼓楼段这种周边紧邻医院建筑的情况在国内还是首例。在方案比选时，从鼓楼段的隧道结构形式、鼓楼医院楼宇功能分布等方面考虑，并参考国内外类似项目的设计经验，为避免列车运行给医院带来的振动，虽然造价较高，但考虑到综合效益和环境需求，最终比选后在鼓楼医院地下段 K10+010～K10+130 段双线采用内置式钢弹簧浮置板道床（共 240m），达到了综合减振、降噪的要求，满足了鼓楼医院的特殊要求，效果非常明显。

3 钢弹簧浮置板道床隔振原理及技术特点
3.1 隔振原理
钢弹簧浮置板减振轨道是将具有一定质量和刚度的混凝土道床板浮置于钢弹簧隔振器上，距离基础垫层顶面30mm 或 40mm，构成质量-弹簧-隔振系统。隔振器内放有螺旋钢弹簧和粘滞阻尼，钢弹簧隔振器内的粘滞阻尼使钢弹簧具有三维弹性，增加了系统的各向稳定性和安全性，且能抑制和吸收固体声。作用在钢轨上的力传递给浮置于钢弹簧隔振器上的道床板，道床板可以提供足够的惯性质量来抵消车辆产生的动荷载，只有静荷载和少量残余动荷载会通过弹性支承传递到基础垫层中去。道床板受力后，在惯性作用下将受到的力经过重新分配后传递给固定在基础垫层上的隔振器，再通过隔振器传递到基础垫层，在此过程中由隔振器进行调谐、滤波、吸收能量，达到隔振减振的目的。
3.2 技术特点
钢弹簧浮置板减振道床工程内容多、工序复杂、施工周期长，现场施工通常采用预铺的方式进行。施工时先浇筑基础垫层，再进行浮置板道床施工。通常采用工具轨及与浮置板断面形式相适应的钢轨支撑架调整线路几何尺寸，扣配件类型及标准与普通整体道床线路相同，轨道调整就位后道床混凝土采用现场泵送的方式进行浇筑。浮置板与基础垫层之间铺设聚乙烯隔离层，将基础垫层与浮置板隔开，以便于后期钢弹簧浮置板道床的顶升。顶升工作在浮置板混凝土浇筑完成 28d 后进行。为保证钢弹簧浮置板道床的整体性，每块板必须一次性浇注完毕，板与板之间通过剪力铰进行连接，板缝即为施工缝。

4 施工工艺
南京地铁鼓楼医院段钢弹簧浮置板道床的施工采用自上而下，即先架轨至轨道高低、水平、轨距等达到验收标准，然后灌筑整体道床。主要步骤如下：（1）铺轨基标设置在左线左侧、右线右侧，基标顶面高出结构底板不得大于10mm。在钢弹簧浮置板的两端，加密基标按隔振器外套筒的实际位置进行基标设置，间距在 1.8～3m 之间；在浮置板道床中部，间距为 1.8m。（2）塑料隔离薄膜铺设完成后，在有基标的位置割除底膜，漏出基标。将隔振器外套筒安装在已测设位置上。（3）轨料现场卸车及进行架轨工序时，应注意保护底膜，使其不受损坏。（4）轨道几何状态粗调。（5）在曲线上股钢轨按设计要求确定现浇轨枕位置，并用方尺定下股钢轨现浇轨枕位置。现浇轨枕不得与套筒相碰。（6）锯轨前应对整条曲线进行精调。按轨顶标高降低 30mm进行第一次轨道几何状态检查。（7）浮置板道床混凝土浇注之前，进行第二次轨道几何状态检查。（8）待浮置板顶升至设计标高时，重新进行长钢轨配轨焊接。（9）进行第三次轨道状态检查，达到验收标准。

5 结语
通过南京地铁1号线环境验收监测，其结果符合我国《城市区域环境振动标准》（GB 10070-88）。鼓楼医院段楼内的监测显示，通过采用钢弹簧浮置板道床，减振效果良好，医院建筑室内振动满足手术及医疗精密仪器使用标准要求。就隔振原理而言，钢弹簧浮置板道床是效果极好的隔振措施。但是由于其成本、造价和施工技术要求等问题，只有在地铁振动敏感点的不利位置下使用，因此，南京地铁一号线鼓楼医院段采用此隔振方案的性价比是非常合适的。

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