GJ-3 型减振降噪扣件在城市地铁中的应用

GJ-3 型减振降噪扣件在城市地铁中的应用
发表时间：2015-03-12T11:26:52.553Z 来源：《工程管理前沿》2015年第3期供稿作者：黄国庆
[导读] 随着城市人口迅速增加，导致车辆增多，给城市带来交通拥挤、环境污染与能源危机等一系列问题。

黄国庆（广州市地下铁道总公司 510380）
摘要：地铁与城市中其他交通工具相比，具有安全、快捷、运量大、环保等特点，因此地铁建设是解决城市交通问题的首选方案。

但是轨道交通系统在行使过程中由于车轮与钢轨的撞击，产生冲击波和噪声对周围环境造成很不利影响，如何解决轨道交通中振动和噪声对环境的破坏和居民生活的影响，成为人们关注地铁建设的焦点，也成为城市轨道交通建设能否可持续发展的关键。

关键词：地铁；工法特点；工艺原理；减振道床施工
前言随着城市人口迅速增加，导致车辆增多，给城市带来交通拥挤、环境污染与能源危机等一系列问题。

世界上不少城市不同程度地存在着“乘车难”和“行路难”的问题，发展城市公共交通、缓解交通拥挤、是当前世界大城市迫切需要解决的问题。

由于地铁建设要求高、成本大、工期紧，在保证施工工期和安全质量的情况下最大限度地降低工程成本也做为一个现实问题摆在了我们的面前，因此选择合理的减振扣件显得尤为重要。

然而GJ-3 型减振降噪扣件（双层非线性减振扣件）在国内城市地铁建设中的广泛应用，逐渐解决了这一难题。

一、工法特点1.1 技术特点GJ-3 型双层非线性减振降噪扣件系统是具有防腐功能的非粘合弹性底板系统，可防止因腐蚀引起的系统安全性降低和弹性性能下降。

如需要检查和维护，可以拆卸双层非线性减振降噪扣件系统组件，并可做相应的更改以满足刚度的调整或不同钢轨等。

“非线性高扭抗橡胶垫板”是本扣件系统中的主要弹性元件，他采用橡胶钉柱式设计，通过对钉柱形状、高度、排布方式以及橡胶材料性能的优化设计，使一块垫板不仅具有“低载荷低刚度，高载荷高刚度”的非线性特性，同时还具有较高的扭转刚度。

低载荷低刚度，高载荷高刚度，不仅满足正常车辆及工程维修车等不同轴载的运行安全要求，又满足正常运营条件下的减振降噪要求。

独特的“自锁结构”设计通过在铸件结构中镶嵌尼龙结构件，巧妙的解决了上、下铁垫板之间的连接问题，不用螺栓锚固，也不用硫化粘接，便能传递纵、横向力和翻转力矩；能方便地更换失效的中间橡胶垫，而铁垫板可继续使用，大大降低了维护费用。

1.2 工法特点扣件减振方面应用比较成功的是Vanguard 扣件，它是一种新型的减振扣件，下面将GJ-3 型减振降噪扣件和先锋（Vanguard）扣件进行比较：1.
2.1 在载荷载范围5KN 至35KN 时的平均垂直方向下其先锋扣件的静态刚度为4.2KN/mm；动态刚度为6.0KN/mm；静态刚度比为1.4，同时对潘得路Vanguard 系统（静刚度4.2KN/mm）与参考扣件系统（静钢度91KN/mm）进行锤冲击试验，测得轨底座处的相对震动加速度插入损失为21dB；在载荷载范围5KN 到35KN 时采用使GJ-3 型减振降噪扣件的通过采用施加动载32～160KN,加载频率为4～5HZ 试验状态下进行300 万次动载循环试验，扣件系统静刚度为10～14KN/mm，静刚度变化≤10%，扣件单边轨距扩张≤4mm，扣件震动加速度插入损失为14.4dB。

符合城市区域环境振动标准GB10070-88 的标准要求，说明GJ-3 型减振降噪扣件同样能满足减振需求。

1.2.2 我国自行研制的GJ-3 型减振降噪扣件与先锋扣件结构造型上进行比较，GJ-3 型减振降噪扣件造型结构轻巧简单，便于技术控制和安装施工；又与先锋扣件配套施工的混凝土轨枕较GJ-3 型减振扣件的轨枕显得笨重，轨排在运输过程中比较困难，采用的支撑系统需要增加，有很大的安全隐患，且施工过程中轨道几何尺寸也非常难控制。

而使用GJ-3 型减振扣件，施工方便易控制。

1.2.3 从经济效益上比较， GJ-3 型减振降噪扣件每套单价为378元，先锋扣件每套单价为1120 元。

那么，采用国产的GJ-3 型减振降噪扣件能为工程施工节约不少资金投入。

1.2.4 使用GJ-3 型减振降噪扣件能方便地更换失效的中间橡胶垫（减振功能的关键），有利于后期线路的整改、维修以及保养，从而可以长期保持其在运营线路上的减振降噪性能；节约了因线路整改更换成套扣件的费用，降低了后期维护线路的消耗的成本开支。

通过以上两种扣件各方面的对比，在城市地铁施工中，选择采用GJ-3 型双层非线型减振降噪扣件的工法是行之有效的。

二、实用范围可以广泛应用于城市轨道交通中的地铁或轻轨的各种减振路段，用来代替地铁或轻轨轨道下的其它扣件系统。

三、工艺原理GJ-3 型降噪扣件是轨道交通振动和噪声控制专用扣件。

该系统具有整体尺寸紧凑、重量轻的特点，适用于桥梁或高架桥、隧道等的轨道旧线改造或新线铺设。

该扣件的设计是基于底板型扣件系统（标准型或特制型），并通过设计双层非线性弹性垫板系统以降低系统刚度和提高结构阻尼来控制二次噪声与振动。

该扣件的技术关键是上垫板与下垫板的锁定装置，锁定装置下垫板对下是通过锚固螺栓将整个扣件固定在钢轨上，对上通过锁定机构将上铁垫板位置锁定，限制铁垫板前后左右及上下方向的运动，只允许其向下在中间橡胶垫上做弹性运动；缓冲尼龙套既是上下铁垫板间水平方向运动的缓冲垫，又起锁定上垫板位置的作用。

降噪扣件系统发挥了无预压垫板非线性弹性及无螺栓分离式组件的优势，使其可以获得最大限度的低动态刚度和高结构阻尼。

同时该扣件系统可在制造厂家进行预组装，也可在现场进行组装。

其结构组成图见下图所示。

四、GJ-3 型减振道床的施工工艺及操作要点4.1 施工工艺GJ-3 型减振道床施工时，待施工准备充分后，对轨行区基底按设计要求进行处理，并同时按照基标测设方案测设铺轨基标，基标检测通过后，将在铺轨基地用25m 待焊轨与GJ-3 型减振扣件及配套轨枕组装好的轨排吊装到平板车上，再用地铁专用的轨道车与平板车运送到施工现场；然后用2 台铺轨门吊将轨排吊运至作业面并铺设；采用“轨排架轨法”进行整体道床施工。

待钢筋制作、模板支立及轨道状态调整好，并通过隐蔽检查后采用商品混凝土进行浇注。

GJ-3 型减振道床施工过程中，轨排的钉联、及轨道状态的两次调整是所有工序中最重要的环节。

减振道床的施工工艺流程图如下：GJ-3 型减振道床施工工艺流程图
4.2 施工准备4.2.1 施工方案及技术交底的编制根据招投标文件、施工图纸、技术规范及技术要求，合理组织现场调查，并通过设计图纸会审及设计交底，编制切实可行的施工方案及技术交底。

4.2.2 土建主体工程移交与施工复测土建主体工程移交时要求土建单位提供坐标表、中线控制桩表、水准基点表、主体结构限界等资料，并检查土建主体结构宽度、高度，主体结构标高应满足施工规范要求，检查底板渗漏水、杂物清理等情况。

土建主体工程移交后，选派精通测量业务，工作经验丰富的技术人员组成专业测量组，配备先进、精密的测量仪器，对线路进行复测，以正确指导施工。

轨道施工前，依据《城市轨道交通工程测量规范》，以车站的施工控制导线点为依据，利用区间施工控制点组成附合导线，进行左右线的附合导线测量。

并将复测成果以书面形式，报告业主、设计院及监理工程师审核。

确认无误后，进行轨道控制基标和加密基标的测设。

4.3 操作要点4.3.1 基底处理在进行基底处理之前，以轨面标高为基准线，先对轨道结构高度进行检测，确认整体道床底至钢轨顶面不小于设计高度。

如有不足之处，将实测资料上报驻地监理核查，报监理部研究处理。

轨行区基底采用风镐进行密集凿毛，凿毛后立即清扫杂物垃圾，并用高压水冲洗底板。

随后用高压风吹干。

为了防止其他地段不被污水污染，在端部筑堰排污，作到施工段内无积水，无废渣。

4.3.2 基标测设基标设置按照GB50299《地下铁道工程施工及验收规范》要求测设，并应满足GB50308《城市轨道交通工程测量规范》。

控制基标直线上每120m、曲线上每60 m 和曲线起止点、缓圆点、圆缓点等均应设置一个；加密基标按直线上每6m，曲线上每5m 设置一个，变坡点及竖曲线起终点应增设一个。

整体道床的基标设置于道床水沟里，基标顶面标高低于行车前进方向右侧钢轨顶面
400mm。

基标埋设时先将膨胀螺栓锚在点位上，以增加基标与地板的粘结力，用混凝土初步固定，然后检测基标各项精度是否满足要求，精度满足要求后，进行永久固定。

测设完成后，经测量监理工程师复核合格后方可供铺轨使用。

4.3.3 龙门吊走行轨的铺设铺轨龙门吊是洞内轨排、钢筋、混凝土等材料吊运必不可少的机具之一。

为此，对铺轨龙门吊和走行轨的要求是：铺设及拆除方便、快捷，保证在地铁线路40‰大坡道和200m 小曲线半径上门吊走行平衡安全。

选取DP10 型铺轨门吊完全可以满足施工要求，在走行轨的的选用上，综合考虑选用24kg/m 钢轨，走行轨支承点间距为1.2m。

在走行轨铺设方式上采用特制高度可调式钢支墩，龙门吊走行轨一般应超前钢筋网铺设地段布设，整体道床施工完一段走行轨往前倒运一段，以确保轨排及其它机具料倒运的连续性，在布设铺轨门吊走行轨时，先利用4 个M14 膨胀螺丝将钢支墩底板固定在隧道底板上，再调整钢支墩的高度至确定位置；钢支墩上板采用螺栓与钢轨底板紧固连接。

铺轨门吊及走行轨布置均应满足设备限界与施工的要求。

4.3.4 减振轨排的钉联及运输轨排组装区应沿走行轨方向纵向设置，保证有长26m，宽6m 的长方形平整水泥硬化场地，且取用钢轨、轨枕扣件方便，并与钢轨存放区留有1.5m 的安全距离。

施工时，人工配合2 台16 T 龙门吊将25m钢轨与GJ-3 型减振扣件、轨枕组装成轨排。

通过轨排下料口放至地下2 辆PD-25 型25T 铺轨专用平板车上，由JY290 大马力轨道车运送至施工地点，再采用2 台DP10 型铺轨门吊将轨排运至作业面并铺设，轨排每次装运2 层，上下层轨排之间采用木枕支垫。

该扣件系统（见下图）可在制造厂家进行组装，也可在现场进行组装，如果是在制造厂家进行组装，这样就可简化了工序，给施工节约了大量的时间、人力和物力。

但给扣件进场检验时带来了不便，因此需要我们按照扣件进场技术指标认真检查，确保进场材料的质量。

扣件平面图4.3.5 减振轨排的架设当2 台DP10 型铺轨龙门吊将轨排吊运到待铺地段就位后，开始轨排架设。

相临轨排钢轨接头用无孔夹板或普通夹板连接，当用普通夹板连接时在两相临轨头间用螺栓连接。

轨排架设采用上承式钢轨支撑架，支撑架在直线地段应垂直线路
方向，曲线地段应垂直线路的切线方向，支承架安装不得倾斜。

支撑架每2.5m 设置一个，在与轨枕或预留管道重合时可适当调整钢轨支撑架的位置。

支撑架支腿丝杠埋入道床部分时应采用塑料或PVC 管保护以保证支架折除时丝杠顺利取出。

轨排架设完毕后应检查轨排，包括轨枕间距，轨枕的方正，如有超标立即整改。

4.3.6 减振道床钢筋网的布设针对地下线整体道床施工特点，钢筋网采取在洞外加工，洞内绑扎焊接的作业方式布设。

钢筋在轨排井或预留下料口旁捆绑成束，由洞内龙门吊吊运至铺设地段，钢筋严格按照设计图纸绑扎、焊接。

钢筋焊接时在上下层各选两根纵向钢筋作为防迷流筋，纵向每5 米所有纵向钢筋与横向筋焊接成一个闭合圈，保证防迷流要求。

4.3.7 减振道床轨道状态的调整及模板的安装按照工程技术人员提供的加密基标、起道量表及计算正矢表，利用调轨工具(方尺、道尺、弦线、钢尺、基标尺)调整钢轨水平、高程、轨向等轨道状态。

首先，参照基标及起道量表调整基准轨（直线左股，曲线外股）水平位置、轨距、高程等几何状态，待基准轨调整好后，调整另一股钢轨的水平、高程及轨距。

整体道床模板采用钢模板，立成通模，在伸缩缝处填20mm 厚的沥青浸泡过的木板，支模时正对模板下部内外侧紧贴模板设置膨胀螺栓以固定模板，并在模板顶部用加工的钢筋支撑，钢筋钩和钢轨连接。

特殊地段视具体情况可适当加密支撑，以防灌注混凝土时跑模。

由于在立模过程中，轨道几何尺寸会产生变化，所以浇注整体道床前须重新检查轨道各部分几何尺寸并进行调整直至达标。

自检合格后，报监理检查，合格后进行混凝土的浇注。

4.3.8 道床混凝土浇筑及轨道状态的二次精调道床混凝土采用商品混凝土，从轨排下料口送至混凝土漏斗内，再用轨道车运送至铺轨龙门吊工作区域内，用龙门吊运至作业面浇注.混凝土浇注采用插入式振捣棒振捣密实。

整体道床浇注过程中不得碰撞钢轨、轨枕、模板及钢筋骨架。

施工过程中应注意轨枕下方及轨枕各边角混凝土的振捣，确保整体道床混凝土的密实。

振捣完成后混凝土表面要进行抹面处理，不得出现反坡影响排水。

为了防止整体道床浇注过程中混凝土污染钢轨、扣件，增加清理工作量，浇注之前须用长条形彩条布覆盖在浇注部位的钢轨及扣件上，并及时对污染的钢轨和扣件进行清理。

由于在混凝土的浇注过程中，不可避免对钢轨、斜撑及支轨架的碰撞，导致轨道状态的变化，所以在道床混凝土浇注完初凝前必须进行轨道状态的检查调整。

4.3.9 道床混凝土的养护及拆模混凝土浇筑完毕12 小时内，采用涂刷薄膜养护剂或用养生棉覆盖的方法进行养护，要保持混凝土处于湿润状态。

混凝土强度两天内达到7.5MPa 以上后方可拆除支撑架和模板，达到设计强度的70%后，轨道上方可载重、行车。

4.4 GJ-3 型减振道床的施工过程中的注意事项由于GJ-3 型减振扣件较一般单趾弹簧扣件及弹条III 型扣件高，对应减振道床较一般道床高度要高40mm，且减振地段水沟沟底距离轨顶面较一般也高40mm,为了避免在一般地段与减振道床相接驳处出现台阶，应根据线路情况进行顺坡设计，其顺坡距离应不小于50m。

由于GJ-3 减振扣件安装施工要求精度高，上、下层铁垫板接触面与凸点橡胶垫板必须平衡接触，所以在施工浇注混凝土时不能让尘土杂物进入上、下两层铁垫板相叠加的减振有效空间内，进入沙粒或者大量混凝土等杂物则扣件就会失去减振降噪性能。

对此安装扣件须保证扣件减振空间的干净清洁，采取对安装的扣件用密封胶带把两层铁垫板中间的空隙进行首次密封；待轨排下到作业区间，在浇注混凝土之前采用化学制品柔性塑料袋对整体减振扣件进行密封包裹。

浇筑成型的GJ-3 型减振降噪扣件整体道床五、应用实例在广州地铁五号线的道床施工中，首次采用了GJ-3 型减振扣件（国内首次使用），目前广州地铁五号线轨道I 标轨道工程大沙地站与大沙东站区间内铺设左ZDK29+500 ～ ZDK29+910 ，右线YDK29+510～YDK29+910 共计铺设810 米GJ-3 型减振降噪扣件道床，其减振降噪效果经过测试，在轨道工程中需要中等减振降噪的地段内，GJ-3 型减振降噪扣件成为最佳可选材料。

根据环境评估报告所提供的轨道振动敏感地段进行轨道减振设计，广佛线轨道Ⅰ标减振扣件铺设地段分布在魁奇路站、季华园站、金城街城门头路住宅、祖庙站、下石村、丽苑住宅小区、桂城站、南桂路站，采用的减振扣件为GJ-3 型减振扣件，长度共计4254.6m。

自广佛线开通以来，没有出现市民投诉的现象，说明GJ-3 型减振降噪扣件在广佛线轨道工程中的使用是完全满足减振要求的，是行之有效的，目前在国内大多数城市地铁轨道施工中采用了该类产品。

六、结论6.1 从地铁、轻轨等轨道交通系统的建造和维护成本来看，GJ-3型减振降噪扣件与其它减振扣件相比，具有显著的性价比优势，在施工费用以及维护费用方面均低于市场上可见的同类效果的其余产品，具有良好的市场前景。

6.2 采用GJ-3 型减振降噪扣件以环保为首要目的，推动绿色交通，促使增强城市环保水平，大幅度提高城市轨道交通的环保形象，为创建和谐环保山水田园城市发挥重要作用。

6.3GJ-3 型减振降噪扣件再次成功使用，说明它完全能够满足减振需求的。

随着GJ-3 减振降噪扣件的施工技术不断完善和优化，它将是城市地铁建设中特殊减振地段的最佳选择，具有广阔的应用前景。

参考文献［1］GJ-III 型减振降噪扣件在广州地铁五号线上的轨道动态测试及减振性能估报告—中国船舶重工集团公司第七二五研究所2008.12［2］王安斌. 潘得路先锋减振扣件系统在广州地铁中的应用.现代城市轨道交通报，2005（4）［3］郭建平. 城市轨道交通在8～12dB 范围轨道减振降噪措施比较。

铁道标准设计，2008（8）［4］温玉君. 城市轨道交通系统的减振降噪措施2。

城市轨道交通研究院，2005（9）。