钢弹簧浮置板技术应用与发展

钢弹簧浮置板技术的应用与发展

陈高峰王建

（隔而固（青岛）振动控制有限公司，266108，青岛）

摘要钢弹簧浮置板道床减振降噪技术进入中国已有10余

年，在近20个城市的轨道交通线路中获得广泛应用；简单

介绍了钢弹簧浮置板技术，回顾了该技术进入中国后的典型

应用与创新发展，对其在国外高速铁路中的应用也进行了简

单介绍，并对其后续发展进行了展望。

关键词轨道交通，轨道结构，减振降噪，钢弹簧浮置板

中图分类号U213.2+1; TB535+.1

Application and Development of Floating Slab Track Chen Gaofeng, Wang Jian

Abstract Steel spring floating slab track(FST) has been imported into China for more than 10 years and been applied more and more in about 20 cities. This paper gives a brief introduction to FST and reviews the applications and innovations of FST in China. A typical application on high speed railway is introduced, too.

Key words rail transit, track structure, vibration and noise reduction, steel spring floating slab track,

Author’s address GERB(Qingdao) Vibration Control Co., Ltd. 266108 Qingdao,China.

1 概述

轨道交通在解决交通拥堵、推动城市发展的同时，也带来了振动与噪声污染，影响人们的生活与工作。图1为轨道交通振动与噪声产生与传播的示意图。轨道交通振动与噪声主要是轮轨相互作用激励引起，但地下线与高架线传递路径有所不同，其振动与噪声的影响、主要控制目标以及控制手段也不尽相同。

国内外相关轨道减振技术可以简单地分为三类：扣件类（如克隆蛋、先锋扣件）、轨枕类（如梯形轨枕、弹性套靴）和道床类（以钢弹簧浮置板为代表）。从扣件类减振系统至道床类减振系统，其隔振界面越来越低（由轨下至道床下）、参振质量越来越高、系统固有频率越来越低，隔振效果也越来越好。

(a)振动与噪声的产生与传播

(b)地下线与地面线传播路径

(c)高架线传播路径

图1 轨道交通中振动与噪声的产生与传播

2 钢弹簧浮置板应用与创新

2.1 钢弹簧浮置板简介

钢弹簧浮置板道床采用现浇或预制的钢筋混凝土结构构成板式整体道床，通过钢弹簧隔振器将道床板与轨道基础弹性隔离，构成质量、弹簧与阻尼系统。当列车通过时，车辆动扰力通过隔振器传递到轨道基础；在此过程中，隔振器进行调谐、滤波、吸收能量，达到隔振减振的目的。典型的钢弹簧浮置板结构形式见图

2.

(a)内置式钢弹簧浮置板

(b)侧置式钢弹簧浮置板

图2 钢弹簧浮置板的典型结构形式2.2 典型减振工程

钢弹簧浮置板在国内的应用始于北京地铁13号线，在指挥中心高架线穿楼地段采用了大型隔振支座，在和平里居民塔楼地下穿越地段采用了隧道内内置式钢弹簧浮置板。指挥中心高架桥穿楼隔振是世界首创，该段于2002年9月通车。

图3 高架线穿越指挥中心地段采用桥下隔振支座

基本与北京13号线同时，深圳4号线在马蹄形暗挖隧道有了首次应用，上海4号线在盾构隧道内进行了首次应用。

在道岔段的首次应用是在广州地铁3号线，此后在上海1号线北延伸段、北京房山线、成都2号线、广佛线及广州6号线等线路道岔段进行了铺设，包含了暗挖马蹄形隧道、明挖矩形隧道、高架线等多种土建结构形式。

2006年通车的广州地铁4号线采用了直线电机系统，钢弹簧浮置板在该线的应用也成为直线电机轨道上的世界首例。

图4 广州地铁3号线道岔段

2.3 高架线降噪工程

为控制桥梁结构二次噪声，上海4号线在四川路钢桥地段采用钢弹簧浮置板技术。实测结果表明：采用钢弹簧浮置板，列车通过时四川路钢桥下噪声与背景噪声基本持平，几乎无法识别；四川路钢桥下噪声比未采用浮置板轨道结构的宝山路钢桥下噪声降低了约10dB(A)。而且，列车通过四川路桥时的速度远高于宝山路桥（宝山路桥紧贴宝山路站），可以推论，在相同运行速度下，采用钢弹簧浮置板道床时高架线降噪效果应更为明显。

图5 四川路钢桥有/无车通过时噪声频谱

图6 有无钢弹簧浮置板的桥梁过车噪声频谱此后在上海1号线北延伸段、6号线、16

号线

等高架线钢弹簧浮置板都获得了应用，其中1号线北延伸段高架线应用包括一段道岔段，6号线是在高架槽型梁上首次应用，上海16号线设计运行速度是目前国内轨道交通最快的120km/h。

图7 上海16号线（设计时速120公里）

2.4 典型产品与系统创新

2008年，北京地铁10号线开通运营，直接服务于北京奥运会；北京10号线是国内首条采用分体式隔振器钢弹簧浮置板的线路，这也是分体式隔振器在世界上首次使用。分体式隔振器将顶升部件与工作部件完全分开，使钢弹簧浮置板的厚度下限从315mm压缩到了240mm，解决了小空间、高级别减振技术难题，极大提高了钢弹簧浮置板技术的适用性。

为提高运营安全性，避免钢轨与隔振器之间掉入金属杂物引起钢轨损伤，研发了绝缘盖板，形成绝缘内置式隔振器，目前已成为钢弹簧浮置板系统的标准配置。

(a)分体式隔振器(b) 绝缘内置式隔振器

图8 典型产品创新

钢弹簧浮置板技术自进入中国以来，因其优良的隔振性能和极低的养护维修成本被越来越多的轨道交通线路采用。但因其造价较高主要使用于减振要求高于20dB的特殊减振地段，但城市内更多的是介于15~20dB之间高等减振需求地段。在此背景下，隔而固公司历经数年研发，在原液体阻尼重型钢弹簧浮置板专利技术基础上成功开发了固体阻尼中型钢弹簧浮置板。相比而言，中型浮置板采用了固体阻尼材料，系统频率略高，减振效果在15~20dB之间；但造价相对较低，平均每公里造价相对于液体阻尼重型浮置板降低约20%。2008年，固体阻尼中型浮置板在上海10号线进行了首次应用。目前在上海、北京、深圳、苏州等地的运营线路中，用于高等减振需求的固体阻尼中型浮置板地段总计已超过45公里。

2.5 设计与施工工法创新

进入国内以后，结合国内施工经验，钢弹簧浮置板施工首先将国外普遍采用的“自上而下法”改造为“上下结合法”，即在下部铺设隔离层、放置隔振器外套筒之后，在上部架设钢轨、轨枕并调整到位，然后再绑扎浮置板钢筋并浇筑、养护。

为适应国内日益增大的需求和紧张的施工工期要求，隔而固公司与申通地铁等单位合作，对浮置板快速施工进行了研究。经过分析，传统平基底技术是造成钢弹簧浮置板施工速度慢的主要原因。平基底技术即曲线地段浮置板的超高通过板的上表面调整来实现，板的底面始终保持水平不变。传统平基底造成非标产品多，包括隔振器规格多、板体断面及配筋多变，进而带来诸多后续问题：设计计算工作量大，耗时低效；产品制造周期加长，成本加大；现场散铺施工速度慢，施工质量难以保证；浮置板现场养护时间长，延长了工期，也无法在施工期提供减振效能；浮置长板难以更换。因此，进行了浮置板断面优化，将超高的变化转移到板下基底表面——即通过旋转基底来实现超高的设置。上海10号线成为国内首次采用旋转基底技术的线路。这一技术为钢筋笼法与预制板法奠定了技术基础。

(a)传统平基底

(b)旋转基底技术

图8 平基底到旋转基底技术创新