成灌铁路板式轨道弹性减振垫的试验研究

姜 鹏，王俊杰，郭利康，刘学毅

(西南交通大学，成都 610031)

随着高速铁路的大力兴建和既有线路的提速，轨道振动引发的问题越来越突出。如何减小振动对环境的影响，是轨道结构设计要解决的重要问题之一。轨道振动的影响因素较多，包括列车速度、轨道结构和弹性等[1]。成灌铁路的减振措施研究，考虑到增加轨道弹性，在红光车站郫县出站端(红光镇广场减振区段)铺设了200 m弹性减振垫。为科学评价弹性减振垫对行车条件下轨道结构动态响应及环境振动的影响，在现场进行了动力特性测试。

1 试验段概况

成灌铁路的最高设计速度为200 km/h，中心城区至郫县段120 km/h。运行列车为国产CRH2-1型电力动车组。

弹性减振垫的铺设位置在红光车站郫县出站端，长度为200 m，采用面支撑形式。铺设减振垫地段的轨道结构为钢轨—扣件—轨道板—CA砂浆—减振垫—混凝土底座。铺设情况如图1所示。

2 试验目的与试验内容

本次动力特性测试，主要达到以下目的:

1)测试列车通过时，未铺设弹性减振垫地段轨道结构动态响应和环境振动，分析评定行车条件下未铺设弹性减振垫地段线路状态;

2)测试列车通过时，铺设弹性减振垫地段轨道结构动态响应和环境振动，分析评定行车条件下铺设弹性减振垫地段线路状态;

图1 减振垫铺设位置示意

3)对比分析铺设弹性减振垫地段和未铺设弹性减振垫地段在行车条件下，轨道结构动态响应和环境振动的影响，评价铺设弹性减振垫对行车条件下轨道结构动态响应及区域环境振动的影响效果。

要评价轨道振动对环境的影响，应该考虑轨道、桥梁、地面等结构的振动值[2]，现场测试内容包括钢轨加速度、轨道板加速度、混凝土底座加速度、桥梁加速度、地面振动Z振级。

3 试验段的选择与测点布置

结合试验目的和要求，为保证测试结果的可对比性[3]，选择红光镇广场减振区段作为铺设弹性减振垫试验段，都江堰方向距离500 m左右选择未铺设弹性减振垫试验段，试验段除铺设或未铺设弹性减振垫区别之外，其他线路条件基本相同。测试典型试验段布置如图2所示。

图2 轨道结构及环境振动测试示意

测试轨道结构和桥梁振动的传感器分别安装于钢轨轨底上表面、轨道板上表面、混凝土底座上表面、桥梁顶面混凝土。测试地面振动的传感器安装于距离桥梁中心线0 m，15 m，30 m远的坚实地面上，各测点在垂直于线路方向的同一直线上。测点布置如图3所示。

4 试验方法

此次测试数据的采集分析采用DH5920动态信号测试分析系统和DHDAS信号测试分析软件进行。

图3 动力测试测点布置示意

1)轨道振动测试

轨道振动加速度的测试利用 LC0102，LC0108系列压电式加速度传感器进行测试。

2)桥梁振动测试

桥梁振动测试采用DH610拾振仪进行测定。

3)环境振动测试

地面环境振动测试采用DH610拾振仪进行测定。

5 结果分析

各测试目标值的关系如图4。

图4 测试目标值之间的关系

振动加速度级，即加速度与基准加速度之比的以10为底的对数乘以20，记为VAL。单位为分贝(dB)。计算公式为

式中 a——振动加速度，m/s2;

a0——基准加速度，10－6m/s2。

Z振级是按ISO2631/1—1985规定的全身振动 Z计权因子修正后得到的振动加速度级，记为VLz。

读取每次列车通过时的最大示数，每个测点连续测量20次列车，以20次读数的算术平均值为评价量[4-5]。

1)轨道和桥梁结构振动的测试结果具体测试结果见表1。

表1 轨道和桥梁测试结果

从表1可以看出，铺设减振垫地段相对于未铺设减振垫地段的结构振动，以减振垫为界，下部结构的振动明显减弱;而上部结构，由于减振垫对结构支撑弹性的加强，铺设减振垫地段的振动加速度比未铺设减振垫地段的要大。底座振动加速度最大值在减振地段为1.96 m/s2，未减振地段为 4.58 m/s2，减弱幅度为57.2%。桥梁顶面加速度最大值在减振地段为0.69 m/s2，未减振地段为1.29 m/s2，减弱幅度为46.5%。

2)地面振动的测试结果

具体测试结果见表2。

表2 地面振动Z振级 dB

地面振动频谱分析图如图5所示。

图5 地面振动频谱分析

从表2、图5可以看出，减振垫对地面振动的减振效果在20～90 Hz范围内明显。有减振垫区段，等效Z振级和最大Z振级都比无减振垫区段小，减少幅度均在10%以上，最大为18.4%。在同一地段，从0 m测点到30 m测点振动加速度与Z振级均呈递减趋势。

6 结论

针对成灌铁路弹性减振垫应用，进行了现场测试，通过对测试数据的分析，得到以下结论:

1)以弹性减振垫为界，减振垫对下部结构的减振效果十分明显，而对上部结构减振效果不明显。

2)铺设减振垫与未铺设减振垫地段相比，混凝土底座振动加速度最大值在减振地段为1.96 m/s2，未减振地段为4.58 m/s2，减弱幅度为57.2%;桥梁梁面振动加速度最大值在减振地段为0.69 m/s2，未减振地段为1.29 m/s2，减弱幅度为46.5%。

3)减振垫对地面振动的减振效果在20～90 Hz范围内明显，减弱幅度均在10%以上，最大为18.4%。

[1]张生延，王平，陈小平.轨道板厚度对板式轨道应力的影响分析[J].铁道建筑，2010(7):121-123.

[2]谢久来，郝文秀，徐晓.减振原理在城市高架轨道交通中的应用[J].山西建筑，2007，33(7):318-319.

[3]郝珺，耿传智，朱剑月.不同轨道结构减振效果测试分析[J].城市轨道交通研究，2008(4):68-71.

[4]国家环境保护局.GB10070—88 城市区域环境振动标准[S].北京:中国标准出版社，1988.

[5]国家环境保护局.GB10071—88 城市区域环境振动测量方法[S].北京:中国标准出版社，1988.