轨道结构及减振降噪类型分析.pptx

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1、高速铁路轨道结构的基本形式1.11.1有碴轨道有碴轨道 有碴轨道结构是常规铁路的传统结有碴轨道结构是常规铁路的传统结构形式，即在填筑（路堤）或开挖构形式，即在填筑（路堤）或开挖（路堑）而成的岩土路基上，按规（路堑）而成的岩土路基上，按规定标准铺设碎石道床，道床上再铺定标准铺设碎石道床，道床上再铺设枕轨及钢轨，形成轨道。隧道内设枕轨及钢轨，形成轨道。隧道内及混凝土桥梁上轨道结构也大致相及混凝土桥梁上轨道结构也大致相同，但在钢桥上则多将轨道铺设在同，但在钢桥上则多将轨道铺设在纵梁上。纵梁上。当前高速铁路轨道有两种基本形式：有碴轨道和无碴轨道。一一第1页/共37页道床道床 高速铁路有碴轨道结构的道床

2、均有厚高速铁路有碴轨道结构的道床均有厚30cm30cm左右的碎石层和厚左右的碎石层和厚20cm20cm左右的砂砾层构成。左右的砂砾层构成。通称碎石层为道碴层，砂砾层为底碴层。通称碎石层为道碴层，砂砾层为底碴层。底碴层的作用在于粒径的过渡、防止渗混、底碴层的作用在于粒径的过渡、防止渗混、隔水、防冻以及传递列车荷载和振动。隔水、防冻以及传递列车荷载和振动。强化路盘的结构如右图所示，即在碎石道强化路盘的结构如右图所示，即在碎石道碴之下为沥青混凝土层，厚度碴之下为沥青混凝土层，厚度5cm5cm，再下层，再下层为沥青底层，沥青底层之下为碎石、砾石为沥青底层，沥青底层之下为碎石、砾石粒径调整层，厚度为粒径

3、调整层，厚度为75cm75cm。其中沥青混凝。其中沥青混凝土层和沥青底层为隔水层，其作用是防止土层和沥青底层为隔水层，其作用是防止来自道床的地表水侵入路基。而其下的砂、来自道床的地表水侵入路基。而其下的砂、砾石粒径调整层则起隔离地下水向上渗透砾石粒径调整层则起隔离地下水向上渗透的作用。的作用。第2页/共37页京泸高速铁路的桥梁道床断面图第3页/共37页1.21.2无碴轨道无碴轨道 无碴轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定无碴轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显著减少等特

4、点。性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显著减少等特点。板式无碴轨道由板式无碴轨道由60kg/m60kg/m钢轨、弹性分开式扣件、轨道板、乳化沥青水泥砂浆（钢轨、弹性分开式扣件、轨道板、乳化沥青水泥砂浆（CACA砂浆）、混砂浆）、混凝土凸形挡台及混凝土底座等部分组成，轨下设置充填式垫板。凝土凸形挡台及混凝土底座等部分组成，轨下设置充填式垫板。第4页/共37页 我国高速铁路的无碴轨道结构我国高速铁路的无碴轨道结构长枕埋入式无碴轨道长枕埋入式无碴轨道 其轨下部分由预应力混凝土轨枕，混凝土道床板及混凝土底座组成（见图）其轨下部分由预应力混凝土轨枕，混凝土道床板及混凝土底座组成（见图）.在道床

5、板和底座在道床板和底座之间设置隔离层，使道床板有修复或更换的可能性。在隔离层上还可设置弹性垫层，以增加之间设置隔离层，使道床板有修复或更换的可能性。在隔离层上还可设置弹性垫层，以增加轨道的整体弹性。轨道的整体弹性。长枕埋入式无碴轨道结构横断面图第5页/共37页板式无碴轨道结构横断面图板式无碴轨道板式无碴轨道 其轨下部分由轨道板、乳化沥青砂浆（其轨下部分由轨道板、乳化沥青砂浆（CACA砂浆）及混凝土底座组成（见图）；轨道板由工厂砂浆）及混凝土底座组成（见图）；轨道板由工厂制作。在桥上或隧道内将混凝土底座现场浇注完成后，再将轨道板及其上部的钢轨、扣件就制作。在桥上或隧道内将混凝土底座现场浇注完成后

6、，再将轨道板及其上部的钢轨、扣件就位，再在轨道板和混凝土底座之间灌注位，再在轨道板和混凝土底座之间灌注CACA砂浆。砂浆。CACA砂浆层是确保轨道几何施工精度的调整层，砂浆层是确保轨道几何施工精度的调整层，也是给轨道提供适当弹性的缓冲层。也是给轨道提供适当弹性的缓冲层。第6页/共37页弹性支承块式无碴轨道弹性支承块式无碴轨道 其轨下部分由混凝土支承块、块下橡胶垫，橡胶套靴、混凝土道床及混凝土底座组成其轨下部分由混凝土支承块、块下橡胶垫，橡胶套靴、混凝土道床及混凝土底座组成(见下图见下图)。和其他两种相比，弹性支承块式具有更好的弹性，对于减振降噪要求较高的区域或地段，。和其他两种相比，弹性支承块

7、式具有更好的弹性，对于减振降噪要求较高的区域或地段，可优先选用这种结构形式。可优先选用这种结构形式。弹性支承块式无碴轨道断面图第7页/共37页 无碴轨道结构特点及使用条件无碴轨道结构特点及使用条件：优点优点：消除了由于散粒体道碴的破碎、粉化，道床的形变而导致轨道几何形态恶化和日益增加的轨道维消除了由于散粒体道碴的破碎、粉化，道床的形变而导致轨道几何形态恶化和日益增加的轨道维修工作量。修工作量。整体化的轨下基础给轨道提供了更为强大的纵、横向阻力，提高了轨道的稳定性。整体化的轨下基础给轨道提供了更为强大的纵、横向阻力，提高了轨道的稳定性。在刚性的整体混凝土底座下，安装橡胶垫板，橡胶套靴或现场浇注的

8、在刚性的整体混凝土底座下，安装橡胶垫板，橡胶套靴或现场浇注的cAcA砂浆垫层等弹性元件提供砂浆垫层等弹性元件提供的轨道弹性，比在土路基上的碎石道床提供的轨道弹性更具均匀性。的轨道弹性，比在土路基上的碎石道床提供的轨道弹性更具均匀性。缺点缺点：无碴轨道为刚性基础，其轨道整体弹性差。列车运行时其环境振动，噪声及轨道振动强烈。无碴轨道为刚性基础，其轨道整体弹性差。列车运行时其环境振动，噪声及轨道振动强烈。无碴轨道的基础一旦出现变形或破坏，其整治和修复相对困难，资金和人力的投入很大，故要求无碴轨道的基础一旦出现变形或破坏，其整治和修复相对困难，资金和人力的投入很大，故要求坚实和稳固的基础。坚实和稳固的

9、基础。无碴轨道的工程费用比有碴轨道高。无碴轨道的工程费用比有碴轨道高。第8页/共37页1.3 1.3 轨枕轨枕 轨枕又称枕木，是铁路配件的一种，轨枕既要支承钢轨，又要保持钢轨的位置，还要把钢轨枕又称枕木，是铁路配件的一种，轨枕既要支承钢轨，又要保持钢轨的位置，还要把钢轨传递来的巨大压力传递给道床；制作型材有木制轨枕和钢筋混凝土轨枕。轨传递来的巨大压力传递给道床；制作型材有木制轨枕和钢筋混凝土轨枕。序号轨枕名称长（mm）宽（mm）高（mm）间距 （cm）数量 （根/km）备注1普通轨枕25002201605262152018402道岔轨枕26004850220160普通2600480024016

10、0标准3单线桥梁轨枕3000220240 260 280 300复线桥梁轨枕48005600220240 260 280 300第9页/共37页二二我国轨道交通振动与噪声标准规范u铁道客车内部噪声限值及测量方法GB/T 128162006GB/T 128162006 ；u铁路混凝土轨枕枕下弹性垫板 TB/T 26291995TB/T 26291995 ；u城市轨道交通轨道橡胶减振器CJ/T 2862008CJ/T 2862008 ；u地下铁道车站站台噪声限值 GB 1422793GB 1422793 ；u地下铁道车站站台噪声测量 GB 1422893GB 1422893 ；u城市轨道交通引起建

11、筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准JGJ/T JGJ/T 17020091702009 ；u铁路边界噪声限值及其测量方法 GB 12525GB 125259090 ；u地铁设计规范GB50157-2003GB50157-2003；uGB14892-2006GB14892-2006城市轨道交通列车噪声限值和测量.第10页/共37页三三我国轨道交通振动与噪声标准限值车车 种种噪声限值噪声限值运行时运行时静止时静止时软卧车、软座车、一等车6560硬卧车、硬座车、二等车6862餐 车餐厅6862厨房7570行李车、邮政车办公室7062乘务员室6862发电车配电室7570乘务员室7065 表3-

12、1 铁道客车车辆内部环境噪声限值 单位：dB（A）注：铁道客车内部噪声限值及测量方法GB/T 128162006。第11页/共37页车辆类型车辆类型运行线路运行线路位置位置噪声限值噪声限值地铁地铁地下地下司机室内司机室内80地下地下客室内客室内83地上地上司机室内司机室内75地上地上客室内客室内75轻轨轻轨地上地上司机室内司机室内75地上地上客室内客室内75 表3-2 城市轨道列车等效噪声Leq最大容许限值 单位：（dB）注：城市轨道交通列车噪声限值与测量方法（2006）。第12页/共37页声环境功能区类别声环境功能区类别功能区范围功能区范围昼间昼间夜间夜间0 0类类康复疗养区等需要特别安静区

13、域505040401 1类类以居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公等为主区域555545452 2类类居住、商业、工业混杂区域606050503 3类类工业生产、仓储物流656555554 4类类4a4a公路、城市轨道地面段、内河航道两侧沿线区域707055554b4b铁路干线两侧区域70706060 表3-3 声环境噪声限值 单位：dB（A）注：1、GB 3096-2008 声环境质量标准。第13页/共37页区域类别区域类别区域名称区域名称控制距离（控制距离（m m）等效声级等效声级L LeqeqdB(A)dB(A)昼间昼间夜间夜间1居住、文教区455055452居住、商业、工业

14、混合区303560504交通干线道路两侧约307055表3-4 轨道中心线距各类区域敏感点的控制距离及噪声限值 单位：dB（A）限值等级限值等级限值限值L LeqeqdB(A)dB(A)一级80二级85表3-5 地下铁道列车进出站站台噪声限值 单位：dB（A）注：1、GB50157-2003 地铁设计规范。注：1、地下铁道车站站台噪声限值（GB 14227-1993）。第14页/共37页限值等级限值等级限值限值L LeqeqdB(A)dB(A)站台70站厅70管理用房60设备用房90表3-6 地下铁道无车条件时噪声限值 单位：dB（A）区域类别区域类别区域功能范围区域功能范围昼间昼间夜间夜间0

15、类特殊住宅区（康复疗养区）65621类居住、文教区域65622类居住、商业、工业混杂区域70673类工业集中区域75724类交通干道沿线7572表3-7 轨道沿线建筑物室内振动限值 单位：（dB）注：1、GB50157-2003 地铁设计规范。注：1、城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及 其测量（JGJT 170-2009）。第15页/共37页区域名称区域名称建筑物类型建筑物类型控制距离控制距离（m m）Z Z振级振级VLVLz zdB(A)dB(A)昼间昼间夜间夜间居民、文教、机关202570673540706755607067商业与居民混合区、商业集中区1520757225307

16、57245507572表3-8 轨道中心线距各类区域敏感点的控制距离及振动限值 单位：（dB）注：1、GB50157-2003 地铁设计规范。第16页/共37页区域类别区域类别区域功能范围区域功能范围昼间昼间夜间夜间0类特殊住宅区（康复疗养区）38351类居住、文教区域38352类居住、商业、工业混杂区域41383类工业集中区域45424类交通干道沿线4542 表3-9 轨道沿线建筑物室内二次辐射噪声限值 单位：dB（A）注：1、城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量（JGJT 170-2009）。第17页/共37页交通轨道结构噪声源分析四四经大量研究表明，列车引起的噪声可分为四

17、个部分：轮轨噪声、动力设备噪声、结构振动噪声和空气动力噪声等。如图所示：第18页/共37页 我国城市轨道交通列车的运行速度一般在6080km/h，故相应的主噪声源为轮轨噪声，轮轨噪声主要有:滚动噪声、冲击噪声、和尖叫噪声。轨道结构轮轨噪声的振动来源于轨道的不平顺，钢轨与运行中的列车车轮相互作用，激起钢轨和轨下基础的振动，钢轨向外辐射噪声，振动随轨下基础向周围传递，或引起振动，或造成结构的“二次噪声”。序号轮轨噪声类型产生的缘由备 注1滚动噪声由于钢轨表面粗糙、凸凹不平，或者钢轨表面伤痕、马鞍磨耗及轮轨尺寸偏差等引起车轮和钢轨相互振动，并通过轨道结构传递辐射的噪声2冲击噪声列车经过轨缝、道岔或车

18、轮踏面擦伤等轮轨表面的不连续性而引起的垂直激励产生非线性的振动辐射的噪声3尖叫噪声当列车通过小半径曲线时，车轮受转向架约束，不能正切钢轨运行；车轮向前滚动的同事沿轨面横向滑动，产生轮轨接触面得粘着和空转，引起车轮共振，产生强的窄频带尖叫声第19页/共37页l城市轨道噪声特性分析经城铁运营后的实测结果表明：在距离轨道中心线7.5m，高于轨面1.5m处测点，对于3m高的一般路堤地面线路，列车通过最大声级为8589 dBA；5m高的高路堤线路，列车通过最大声级为9093 dBA；8m高的高架桥线路，列车通过最大声级高达9294 dBA。其基本特性如下表：序号序号行驶条件行驶条件产生噪声类型产生噪声类

19、型峰值频率峰值频率备注备注1启动和低速牵引动力噪声63100Hz250160km/h轮轨噪声600800Hz3制动减速时制动噪声20005000Hz4高架线路结构噪声噪声频率较低第20页/共37页城市轨道交通减振措施五五从轨道结构方面考虑，对线路减振降噪主要是解决轮轨噪声，包括线路线型、轨道及道床几个因素。5.1 5.1 线路减振降噪措施：采用较大半径曲线线路 在进行城市轨道交通规划设计时，尽量采用较大的曲线半径，以减小列车通过的冲击噪声。但是，由于城市轨道交通线路穿行于市内，一般均位于较为繁华的人口密集地段,线路选形受到很大限制，这一措施很难实现。采用超长无缝线路 因为无缝线路减少了钢轨接头

20、，减少轮轨间的冲击力，减少了脉冲型的激扰源，从而减少了振动与噪声。无缝线路较普通线路可降低噪声10dB 10dB。第21页/共37页5.2 5.2 钢轨减振降噪措施：采用重型钢轨 采用重型钢轨可有效抑制钢轨的垂向振动；因为,随着钢轨重量的增加，钢轨的垂向刚度增大，重型钢轨在受到列车冲击时振动相对较小（60kg/m60kg/m）。打磨钢轨表面粗糙度 钢轨顶面的粗糙度是轮轨系统相互激扰，引起钢轨振动，产生滚动噪声的主要原因；因此降低钢轨表面的粗糙度，使轮轨接触面平滑，减少钢轨的振动加速度和频率，可有效地降低线路的振动噪声；据统计，当钢轨出现深达0.5mm0.5mm以上的波形磨耗时，轮轨噪声迅速增大

21、，打磨后噪声可降低10dB10dB左右。第22页/共37页采用减振降噪型钢轨 当列车通过钢轨顶面时，由于钢轨腹板的厚度较薄，轨腰产生振动，这一振动向外传播产生噪声。为了最大限度地减小钢轨腹板振动引起的噪声，可在钢轨腹板两侧粘贴减振橡胶和钢板(如图所示)。粘贴钢板是为了增加振动质量，起到衰减振动的作用；粘贴橡胶则是阻尼振动，达到降噪目的，约为4dB4dB左右。钢轨减振示意图第23页/共37页扣件减振器示意图5.3 5.3 扣件减振降噪措施轨道减振器扣件 轨道减振器扣件为全弹性分开式，它由金属承轨板、底座与橡胶圈硫化为一个整体，橡胶圈承受压力与剪力，具有横向和垂直弹性，可降低轨道振动噪声512dB

22、512dB（如图所示）。第24页/共37页扣件减振器图片第25页/共37页5.4 道床的减振降噪措施有碴轨道碎石道床 有碴轨道碎石道床自身为轨道结构提供了良好的弹性。另外,由于碎石道床为散粒状结构，可以吸收部分噪声；经实践证明，有碴轨道较无碴轨道道床噪声低23dB。无砟轨道碎石道床 a)弹性短轨枕式整体道床 弹性短轨枕式整体道床由两个独立的短轨枕、弹性钢轨扣件和轨下弹性垫板及混凝土道床部分组成。短轨枕外设橡胶套提供轨道的纵、横向弹性变形，具有较好的噪声和振动衰减特性（8-12dB），弥补无碴轨道刚性大的缺陷（如右图所示）。弹性短轨枕式整体道床示意图第26页/共37页b)弹性长枕式整体道床 这种

23、道床由长轨枕、橡胶垫减振箱、承轨槽道床等组成。轨道结构的特点是橡胶垫减振箱施工就位及维修更换比弹性短轨枕式轨道方便，轨距容易保证。在高架桥上使用较为有利，而且施工难度及工程造价比其他减振轨道小。第27页/共37页c)橡胶支承式浮置板整体道床 橡胶支承式浮置板轨道是将预制的钢筋混凝土板置于可调的橡胶支座上。该结构由钢筋混凝土浮置板、橡胶支座、混凝土底座及配套扣件组成。用扣件把钢轨固定在钢筋混凝土浮置板上，浮置板前后左右均嵌入橡胶板,形成减振系统,达到减振降噪效果（16dB以上）,并且轨道的绝缘性强，可有效防止轨道迷流的发生。但是，其体积庞大，施工与维修不便,造价较高。橡胶支承式浮置板整体道床示意

24、图第28页/共37页d)弹簧隔振器浮置板整体道床 采用螺旋弹簧支承浮置板道床，因为其固有频率很低，故采用弹簧隔振器浮置板轨道比橡胶支承式浮置板轨道的减振效果还好。虽然螺旋弹簧几乎没有阻尼作用，但由于浮置板较重，列车通过而引起浮置板的振动加速度较小，因此，浮置板支承阻尼作用影响较小，如果利用阻尼减小浮置板的振动，可安装与螺栓弹簧并联的粘滞阻尼器,则浮置板的减振效果更好（2040dB）。弹簧隔振器浮置板整体道床示意图第29页/共37页第30页/共37页e)e)钢轨埋置板式轨道结构 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

25、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),4dB(A),同时，也可降低对桥梁的振动。埋置钢轨轨道结构示意图第31页/共37页轨道低矮声屏障示意图(mm)城市轨道交通降噪措施七七轨道站台低矮吸声屏体 轨道挡墙内侧安装吸声屏体，上、下行线路之间安装道间声屏障（如下图）。吸声屏体采用微孔泡沫的轻钢结构（微孔泡沫铝），道间声屏障采用双面吸声屏体，可以很好地降低轨道交通的噪声。特点：采用泡沫类无纤维材料，防止了纤维类（如玻璃棉、海绵、延绵和矿棉等）吸声材料造成二次污染，影响敏感区域人群和乘客的健康，同时具有寿命长、可再生等优点；

26、安装方便，成本低。第32页/共37页轨道沿线声屏障示意图轨道沿线两侧低矮声屏障 轨道交通，由于车厢外形稳定，在考虑了维护、安全等因素需要预留的空间以外，可以将声屏障尽可能地靠近轨道（即噪声源），从而在保持吸声效率的前提下能够将声屏障高度降低到车窗以下，即节约材料，又不影响观光功能。故可以选择两侧采用变形的倒L形，中央采用T形声屏障设计，高度低于车窗；声屏障结构由混凝土基板内复合无机吸声材料组成。特点：有利声吸收、保护下层吸声材料作用；T形结构上方可做维护便道、俺只管、线等设施。第33页/共37页轨道沿线两侧高声屏障 可在轨道交通沿线，于轨道与建筑物之间设置半开式及封闭式声屏障（高：36m），阻

27、止轨道交通噪声向外辐射传播，降低建筑物接受点的声能量。第34页/共37页轨道道床吸声措施 为降低轨道轮轨噪声的辐射，无碴轨道往往铺设轨道吸声垫吸收部分声能量，降低轮轨噪声的反射声能量，经实验，距轨道中心3.75m位置，噪声降低2dB（A）左右。其类型主要有：水泥基吸声板、Cem-C1铁路吸声垫等。车站轨道吸音板、隔音墙设置示意图第35页/共37页地下轨道车站吸声措施 车站车辆的噪声主要是轮轨噪声，集中在车辆地下部位，直达声难以传播至站台空间，故以反射声为主，最直接的措施是铺设吸声材料和吸声结构。于站台对面墙铺设吸声墙面（特别是墙底下部位），站台侧底下墙侧面铺设吸声墙以及顶棚设置装饰吸声天花等措施。见图 第36页/共37页感谢您的观看。第37页/共37页