钢弹簧浮置板检修技术手册

V.01钢弹簧浮置板道床减振系统——检修维护技术手册——第一部分钢弹簧浮置板道床简介第 1 节钢弹簧浮置板道床简介钢弹簧浮置板轨道结构是一种新型的特殊减振轨道结构形式，由道床板、钢弹簧隔振器、剪力铰、密封条、水平限位装置、钢轨与扣件等组成。

它将具有一定质量和刚度的混凝土道床板置于钢弹簧隔振器上，构成质量－弹簧－隔振系统。

其基本原理就是在轨道和基础间插入一固有频率远低于激振频率的线性隔振器，借以减少传入基础的振动量，是减小向下部结构传振和传声的最有效方法。

弹簧---质量---道床隔振系统的隔振作用的有效性，主要取决于道床的质量、弹簧的刚度及相互作用。

经过钢弹簧浮置板到床的隔离，列车产生的强大振动只有极少量会传递到下部结构，对下部结构和周围环境起到很好的保护作用。

钢弹簧浮置板系统频率低（一般4—8Hz），隔振效率高（一般20—40dB），主要应用于要求高、对振动比较敏感的路段,如音乐厅、歌剧院、医院、市政厅、会议中心、博物馆、高档物业和旅馆等。

钢弹簧浮置板技术几乎可用于各种轨道交通线路，包括：有轨电车、轻轨、地铁、城际铁路、高速客运专线等。

钢弹簧浮置板隔振系统是隔而固公司的专利技术，在国内城市轨道交通线路已经有了很多的应用业绩，经过应用实践证明，该系统具有以下明显的特点：隔振效果好，达25—40分贝以上；系统固有频率在 4—8 Hz；弹簧隔振器寿命长，设计寿命50年；同时具有三维弹性，水平方向位移小，无需附加限位装置；施工简单，可现场浇注；检查或更换弹簧十分方便，不用拆卸钢轨，不影响地铁运行；基础沉降造成的高度变化可以方便快速地进行调整（通过增减调平钢板实现）。

1、道床板每块道床板长度一般情况在30m左右，厚度在300mm---500mm之间，由C40混凝土和HRB400级钢筋一次性浇注而成，有良好的整体性。

道床板的断面形式根据其所处工况的不同，是有所区别的。

高架桥上或地铁车站内的浮置板道床断面是如图（1）的形式，盾构、暗挖等隧道内，多为如图（2）、（3）、（4）的形式。

高架桥上浮置板断面形式（1）隧道内浮置板断面形式（2）隧道内浮置板断面形式（3）隧道内浮置板断面形式（4）2、钢弹簧隔振器钢弹簧隔振器由外套筒、内套筒和调平钢板等部件构成。

外套筒与浮置板结构浇筑为一个整体，内套筒内有钢弹簧和专用阻尼材料。

钢弹簧采用磨皮工艺，以保证表面质量及尺寸精度，弹簧表面喷涂一层厚70μm 的环氧树脂，应经过喷丸、磷酸盐处理、裂纹检查。

套筒经双层热浸镀锌，其关键部件、弹簧设计寿命及阻尼老化寿命大于50年。

钢弹簧按《螺旋弹簧疲劳试验规范》GB/T16947标准经过300万次循环载荷作用后，内、外弹簧无断裂和任何裂纹。

隔振器内套筒使用的粘滞阻尼材料是隔而固集团公司的专有技术，保证隔振器在500Hz以下无共振区，动态刚度等于静态刚度。

温度在+80℃和-40℃之间，隔振器在额定载荷下能正常工作，阻尼材料的性能不会发生永久性变化。

隔振器外套筒隔振器内套筒调平钢板3、剪力铰剪力铰布置在两块道床板之间，主要由销轴和轴套两个部件组成，分别与两块道床板端部的钢筋混凝土浇注在一起。

道床板工作状态下，剪力铰起着传递剪力、协调道床板变形的重要作用。

4、密封条密封条是厚度6mm、宽度250mm的橡胶材料，在钢弹簧浮置板隔振系统内是一项重要的安全措施。

浮置板顶升前，将密封条安装在道床板两侧及板与板之间的缝隙上，主要是为了防止固体杂物进入道床板底的间隙内。

安装完成的橡胶密封条5、辅助水平限位装置辅助水平限位装置安装在基底混凝土内，隔振器内筒置于其上，二者形成配合，但相互间有一定间隙。

正常工作状态下，列车运行产生的水平力完全由隔振器与基底的摩擦力承受，辅助水平限位装置并不参与工作。

只有在非正常偶遇情况下（如地震、事故等）才有可能参与工作，提供附加安全水平约束。

因此，水平限位装置只是钢弹簧浮置板隔振系统的一项辅助安全措施。

6、钢轨与扣件钢轨和扣件在钢弹簧浮置板道床地段的布置、安装等技术要求与普通地段完全相同。

第 2 节钢弹簧浮置板道床隔振原理钢弹簧浮置板道床是将具有一定质量和刚度的混凝土道床板置于钢弹簧隔振器上，构成质量－弹簧－隔振系统。

道床板与底部及侧面的隧道结构相隔离，两者之间通过钢弹簧隔振器相接，隔振器上部结构的动扰力通过隔振器传递到结构底。

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。

设置钢弹簧浮置板系统的主要目标是为了减少车辆行驶对周围建筑的振动传递，调节原有的系统频率，对于车辆引起的轨道振动波起到调频滤波的作用。

扣件作为浮置板系统的输入端，钢弹簧底部作为系统的输出端，浮置板系统则相当于一个滤波器。

地铁行进产生的振动主要分布于20Hz—80Hz的频段，而浮置板系统的固有频率一般为4Hz—10Hz，同时注意板的弯曲频率应尽量避免与周围建筑的固有频率特别是楼板的固有频率接近而引起建筑的二次振动及噪声。

尽管浮置板具有很多高阶振动模态，但对隔振效果起关键作用的是浮置板－弹簧系统的6个低阶刚体固有振动模态，其隔振原理仍然可以用单质量－单自由度振动体系来分析。

由于激振力可以分解为不同频率正弦变化的激力的叠加，所以，可假设激振力是某一正弦函数，横坐标轴是激振频率与系统固有频率之比 ，简称调谐比；纵坐标轴为传递到基础上的基础力振幅与激振力振幅之比VF，简称传递比。

当调谐比接近1时，即当激振频率接近系统固有频率时，传递比大于1，系统处于共振区；而当调谐比大于2以后，系统进入隔振区，传递比开始小于1，基础力动载振幅小于激振力振幅，激振力被惯性质量的惯性力部分平衡掉。

而当调谐比远大于2以后，质量块的惯性力与激振力相位相反，而数值接近，相互平衡掉，仅有静荷载和小部分残余动荷载通过弹簧阻尼元件传到基础上。

浮置板隔振系统的设计原则是，应使浮置板的结构固有频率避开地铁车辆运行时的激振频率，并使浮置板的主要固有频率，尤其是垂向固有频率尽量远低于激振频率2倍以下，可取得好的隔振效果。

第 3 节钢弹簧浮置板道床的设计1、结构设计钢弹簧浮置板系统的结构在其设计方面已经全面、系统的考虑了结构的整体安全性要求、车辆的正常使用要求和系统的减振降噪要求。

浮置板结构是一连续的混凝土板—弹簧支撑系统，混凝土板自身的动、静强度要足够，不能出现结构自身的破坏。

结构强度主要体现在混凝土浮置板的抗弯强度与弹簧位置处的抗冲切强度以及弹簧下部基底混凝土的承压强度。

浮置板系统的荷载传递途径顺序为：车辆、轨道、扣件、浮置板、钢弹簧隔振器、基底混凝土、下部结构。

为满足车辆正常行驶的要求，混凝土浮置板在保证自身强度的同时，必须严格控制其静、动力变形。

同时，该体系作为轨道-扣件系统与基底结构的中间系统，不但不会对相邻体系带来额外的负担，不会增加钢轨的变形与应力，还会因其缓冲作用使相邻体系的受力状态变化更加平缓。

结构动力分析：浮置板系统的动力分析主要包括浮置板结构固有特性计算，其内容主要有：前几阶固有频率，模态变形图，广义质量，模态质量等。

其中直接决定系统固有特性及减振性能的主要是一阶竖向固有频率。

高阶模态及频率的计算则主要针对于需进行频率回避验算的环境要求。

频率计算共分两种工况，一是不考虑车辆的质量参与，一是考虑车辆的质量参与。

计算过程由有限元程序自动完成，一般提取80Hz以内的频率计算及模态计算结果。

结构静力分析：结构静力计算的内容主要是结合板允许变形值、轨道许用应力、板截面应力及隔振器容许变形等诸因素作为浮置板系统的设计依据，以此确定板的几何尺寸及隔振器布置方式。

所有的计算都通过有限元程序实现。

选择3维的轨道->浮置板->隔振器有限元模型，轨道与浮置板假定刚性连接。

采用动力放大系数将动力荷载引入静力分析当中。

主要的荷载工况包括：板自重，轴重，曲线段离心荷载，起动及制动，侧向冲击荷载，温度荷载，混凝土收缩荷载。

进行结构设计时，应采用上述工况的组合值作为依据。

2、排水系统设计钢弹簧浮置板道床地段的排水系统是整个钢弹簧浮置板道床系统正常工作的重要组成部分，主要设施包括基底排水沟、浮置板内预埋的落水管、浮置板道床面排水沟（根据需要设置），还在道床面设有纵、横向排水坡度。

它属于所处区间的整个排水系统的一部分。

对于钢弹簧浮置板从上游的来水，设计要求其排向浮置板基底水沟，通过基底水沟排向下游，浮置板地段板面的积水则通过板面的落水管引向基底水沟。

为了防止基底水沟的堵塞，在浮置板上游端头处要设置有效的水篦子等拦挡、沉淀垃圾杂物的设施，做好入口的防堵处理。

有时，还在浮置板线路中心处设置一些检查孔，但是这些检查孔在不工作的时候，要采取有效措施将其覆盖。

钢弹簧浮置板道床基底水沟内的积水，通过在下游普通道床地段设置坡度差（即水沟坡度小于线路坡度）逐步将水引到正常的道床水沟，汇入地铁车站或区间的排水设施排走，保证钢弹簧浮置板道床的正常工作。

第二部分钢弹簧浮置板道床的顶升第 1 节钢弹簧浮置板道床的顶升准备浮置板道床混凝土浇注完成，且正常养生28天，达到设计强度是顶升作业开始的前提条件。

1、全面清理浮置板道床范围的杂物和积水，清除所有模板，包括板端与整体道床、板与板之间和检修孔的模板。

在浮置板上游来水进入浮置板地段基底中心水沟处设置水蓖子，同时确保全部的上游来水能通过基底水沟排走。

在板顶预留孔加设盖板，防止杂物进入板底。

2、用密封条将所有浮置板周围的缝隙、板端的间隙密封，以确保浮置板进入工作状态后其他杂物不能进入到板底。

密封条的安装符合下列规定：①密封条为6mm×250mm的橡胶材料，使用3mm×25mm的镀锌金属条固定；②一般情况下，安装在高出道床板侧面边缘150mm的隧道边墙上，只须固定一端；矩形道床板侧面缝隙板及板缝位置，以板缝为中心，两侧密封条宽度均等，两侧全部固定；③安装密封条时，在混凝土上钻直径5mm，深度35mm的圆孔，圆孔间距不超过300mm，将膨胀管塞入孔内，使用30mm长度的螺钉将镀锌金属条、橡胶密封条一起固定。

④密封条安装完毕后，浮置板周围，包括道床板上预留槽产生的所有间隙，都必须有效密封。

3、在每块浮置板道床表面平均设置8个永久观测点，对应编号，并在顶升前准确测量浮置板上各测点的标高，保存实测资料。

4、去掉外套筒上的盖板，将筒内清理干净并切除筒内的隔离层。

根据设计要求，在需要安装水平限位的隔振器基础环中心钻孔，压入定位销及横向限位装置。

5、在作业面范围内，要设置有电压恒定的220V用电接口。

第 2 节顶升专用工具钢弹簧浮置板道床的顶升专用工具由专用液压油泵和专用千斤顶两个部分组成，工作时需要外接220V电源。

全部设备的体积小、重量轻，操作方便，性能可靠。

每套专用检修维护工具由以下部件组成：序号部件名称规格型号性能说明备注1 电动液压泵PE172M-50-220由220V电压提供动力的液压油泵，最大压力可达800MPa。