浮置板轨道设计
摘 要：随着城市轨道交通在国内的快速发展，运营所产生的振动及噪声污染问题将越来越突出，本文简述了地铁减振降噪的必要性，以及世界各国所采用的减振轨道类型，并着重介绍了浮置板减振轨道的设计和在广州地铁的应用情况。关键词：减振降噪、浮置板轨道、自振频率、设计
1概述
地下铁道是城市现代化必然的交通运输工具，具有运量大、速度快、安全可靠、时间准确的优点，已成为解决城市交通拥挤、噪声和大气污染的一项可行性措施。另一方面,地下铁道产生的振动对环境的影响又是世界各国普遍重视的一个问题。地铁列车运营时产生的振动和噪声，均来自于轮轨系统中各结构不同频率的振动。这些振动,一部分通过空气或周边结构物的反射，以噪声的形式扩散；另一部分，主要是低频振动，则通过轨道结构向轨下基础及周边结构物传播，对地面建筑物产生影响。如果建筑结构的自振频率与所传来振动的频率相近，则振动的危害尤其显著。一列地铁列车通过时在建筑物上引起振动的持续时间大约为10秒钟。在一条地铁线路上，高峰时在两个方向一小时内可以通过30对列车或更多一些。因而，振动作用持续的时间，可以达到地铁总工作时间的15～20%。运营列车通过时产生的振动和噪声,容易引起人疲劳和精力不集中,给工作和生活带来不利影响,因此，地铁运行中对环境产生的影响不能忽视。根据国家环保标准《城市区域环境振动标准》（GB10070-88），凡振动超标地段均应采取可行的减振措施，把地铁列车运营产生的振动控制在国家环保标准以内。
2国内外减振轨道结构型式
减振按对象可分为主动减振和被动减振，我们对地铁轨道采取减振措施则属于主动减振；按减振形式可分为缓冲减振和隔离减振两种形式，缓冲减振通常是仅对轨道上部建筑，如钢轨、扣件和轨枕等用弹性体来缓冲和衰减车辆运行传来的振动；隔离减振通常是把轨道的道床与结构基础用弹性体整体隔离，车辆运行传来的振动。 1、缓冲减振结构形式
1） 埋入式轨道
埋入式轨道即把钢轨用弹性体置入混凝土轨道槽内，埋入深度至轨头下部，通过弹性体的弹性变形来获得减振降噪性能。其结构特点是将轮轨振动能量转化为热能并予以吸收，从而降低轮轨噪声。在高架线路上，与普通钢轨相比较，其车外噪声级可降低4dB(A),同时，也可降低对桥梁的振动。
2）普通道床高弹性扣件轨道
高弹性扣件使钢轨在车轮荷载作用下有较大的挠曲，从而降低上部建筑的力学阻抗，减小振动的激发，原西德地铁1978年研制的“科隆蛋”扣件就是这种扣件的典型。科隆蛋扣件充分利用橡胶圈的剪切变形，节点垂向刚度为12～20kN/mm。减振效果在30～50Hz频率范围内达6～10dB。
3）弹性短轨枕整体道床
这种轨道结构在地铁、轻轨交通和高速铁路应用较为广泛。由于枕下设有弹性很好的胶垫，垂直支承刚度约为10～30kN/mm，在纵向和横向也由橡胶套提供了一定的弹性，因而具有较好的振动、噪声衰减特性。弹性短轨枕整体道床在瑞士、法国、美国等城市地铁以及日本高速铁路、英吉利海峡海底隧道中广泛应用，国内在广州地铁二号线也已研制成功，减振性能可达8～12dB。
2、隔离减振结构形式
1)纵向轨枕式浮置板轨道
纵向轨枕式浮置板轨道是由原苏联学者克拉夫钦科建议的在隧道中使用的新型轨道结构，这种结构的特点是把钢轨置于沿线路纵向排列的钢筋混凝土纵向轨枕上，纵枕与基础间放置防枕垫板。由于纵向轨枕的重量较大，有助于振动的衰减。这种轨道于1983年开始铺设，经数年的使用证明：线路状态良好，减振效果明显，与木枕混凝土整体道床相比：隧道衬砌表面垂向振动频率在12.5～80Hz范围内，可减振10～20dB。与板式浮置板轨道相比，其最大优点是容易维修，纵枕下防振垫板易于更换。
2）浮置板轨道
浮置板轨道，顾名思义就是通过弹性体把轨道结构上部建筑与基础完全隔离，使其处于悬浮状态，建立质量－弹簧的单自由度系统，利用整个道床在弹性体上进行惯性运动来隔离和衰减列车运行产生的振动。目前采用的弹性体主要有螺旋钢弹簧和橡胶弹簧两种。由于其结构特点，其减振性能目前是所有减振形式中最优越的，适用于线路从敏感建筑物下面或附近通过，且对建筑隔振要求较高的场合，如住宅、音乐厅、医院、学校、宾馆等场所，所以得以在全球城市轨道系统中广泛采用。浮置板轨道结构于1968年由德国科隆地铁首次采用，后来在德国的波恩、汉堡、慕尼黑、法国的南特、鲁昂、美国的巴尔的摩、华盛顿、纽约、波斯顿、亚特兰大、加拿大的多伦多、新加坡、香港、广州地铁等城市地铁中都采用了这种浮置板轨道系统。本文将主要介绍广州地铁一号线浮置板（橡胶弹簧）轨道的设计。
3设计原理分析
3.1设计原理
浮置板隔振轨道结构又称质量弹簧系统，其基本原理是在轨道上部建筑与基础间插入一固有振动频率远低于激振频率的线性谐振器，即将道床板置于橡胶弹簧上，通过质量——弹簧系统的惯性运动，把列车运营产生的振动进行较大衰减后，再传递给隧道主体结构，以达到减振的目的。 3.2浮置板减振系统自振频率计算
浮置板隔振轨道的设计要点，是质量——橡胶弹簧体系自振频率υ的设计。将浮置板表示为如图所示的单自由度体系，其自振频率为： υ=(K/me)1/2/2π
式中 K——橡胶弹簧刚度
me——当量质量
