马晓华1,2,3，曲㊀村1,2,3，郑瑞武1,2,3
(1．北京城建设计发展集团股份有限公司，北京100037;2．北京市轨道结构工程技术研究中心，北京100037;
3．城市轨道交通绿与安全建造技术国家工程实验室，北京100037)
采用日期:20210105
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第一作者：马晓华(1986—㊀)，女，高级工程师，硕士，主要研究方向为铁路及城市轨道交通轨道结构㊁轨道交通减振降噪技术㊁既有线病害处理㊂摘㊀要：在总结地铁车辆段上盖开发振动与噪声特点的基础上，调研了全国多个城市车辆段上盖开发采取的措施，并对车辆段减振降噪控制措施使用的条件进行了研究㊂建议库内线首选控制车速不大于5km /h 和焊接接头的措施，困难时考虑采用在结构下部铺设减振垫或者减振扣件类措施；库外线首先考虑道
砟加厚措施和减振接头夹板措施，困难时考虑采用铺设梯形轨枕或者减振垫，道岔区考虑采用加厚减振垫；试车线首选减振垫，困难时考虑采用钢弹簧浮置板㊂建议后期上盖开发工程充分考虑上盖振动及噪声影响区域，统筹考虑上盖开发的业态分布，采取综合的减振降噪措施，在工程实施中分阶段采取减振降噪措施，并对目前的道岔区有害空间的振动噪声进行优化㊂关键词：地铁车辆段；物业开发；轨道振动噪声；控制措施
中图分类号:U213.21;U213.91㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:16729889(2021)02008306
Research on Technologies of Track Vibration and Noise Control for the
Development of Subway Depot Superstructure
MA Xiaohua 1,2,3,QU Cun 1,2,3,ZHENG Ruiwu 1,2,3
(1．Beijing Urban Construction Design &Development Group Co．,Ltd．,Beijing 100037,China;2．Beijing Engineering
Research Center of Track Structure,Beijing 100037,China;3．National Engineering Laboratory for Green &Safe Construction
Technology in Urban Rail Transit,Beijing 100037,China)
Abstract :Summarize the characteristics of vibration and noise control,and investigates the measures in many cities on the de-
velopment of subway depot superstructure.It researches the conditions of using the control measures to reduce vibration and noise in vehicle depots.It is suggested that controlling vehicle speed not more than 5km /h and wilding joint should be pre-
ferred in the inner line of the depot.In the case of difficulties,the damping fastener or damping pad is used.The thickened ballast and rail vibration absorber joint plate should be considered first measures for the outer line,in case of difficulty,con-sider using ladder sleeper and damping pad,and thickened damping pad can be used in the turnout.Damping pad is preferred for testing line,and steel spring floating plate is taken in the difficult situation.It is suggested that the property development project in the later period should take full account of the upper-cover vibration and noise impact area,consider the distribution of the property development as a whole,adopt comprehensive measures to reduce vibration and noise,and adopt measures to reduce vibration and noise in stages during the project implementation.It is suggested that the vibration and noise of the exist-ing harmful space in turnout area should be optimized.
Key words :subway depot;property development;track vibration noise;control measure
㊀㊀自20世纪60年代北京建成第一条地铁线路以来，经过50多年的发展，中国进入了城市轨道交通的蓬勃发展期[1]，北京㊁上海㊁广州等多个城市相继进入城市轨道交通网络化运营时代，城市轨道交通
已经成为解决大中城市交通问题的主要方式㊂
随着城市轨道交通的快速发展，工程建设占用了大量的城市土地，其中车辆段(停车场)占地面积较大，但土地利用率却相对偏低㊂随着城市轨道交
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通线网的完善，城市规模也在不断扩大，而土地作为稀缺资源，利用价值不断攀升㊂因此，有必要对车辆段的土地进行综合利用㊂目前，对车辆段土地进行上盖开发已成为一种趋势㊂
车辆段上盖开发是在保证轨道交通功能的前提下，结合车辆段(停车场)布局特点进行的开发利用，除南京地铁1号线南延线大学城停车场是高架模式外，其余物业开发一般均为地毯模式㊂目前，上盖开发结构形式主要有转化层大平台和核心筒落地(剪力墙落地)两类，上盖区多采用梁式转换或隔振支座，如宁波地铁天童庄车辆段㊁杭州地铁七堡车辆段㊁北京地铁东小营车辆段等㊂
上盖开发的建筑类型很多，主要包括住宅㊁学校㊁医院㊁商业办公㊁休闲娱乐㊁绿地等㊂早期的上盖开发主要集中在运用库和部分落地区，如北京地铁郭公庄车辆段㊁平西府车辆段，无锡地铁雪浪停车
场等；后期逐渐向车辆段咽喉区扩展，如北京地铁五路停车场㊁杭州地铁五常车辆段㊁福州地铁新店车辆段等；现在很多车辆段都进行了全上盖物业开发，如北京地铁北安河车辆段㊁东小营车辆段㊁石家庄地铁嘉华车辆段等㊂
目前我国对地铁车辆段(停车场)进行上盖开发的主要有香港㊁北京㊁上海㊁广州㊁深圳㊁杭州㊁苏州㊁无锡㊁合肥㊁长沙㊁厦门㊁福州㊁郑州㊁石家庄㊁宁波㊁武汉㊁西安等城市[24]㊂
1㊀车辆段上盖开发发展历程
香港地铁在1977年建设荃湾线时，就考虑了地铁上盖开发㊂随着荃湾线荃湾车辆段㊁将军澳线将军澳车辆段㊁港岛线柴湾车辆段的成功开发，我国其他城市也陆续开始了地铁车辆段的上盖开发建设㊂
我国内地早期在北京地铁1号线四惠车辆段进行了上盖开发的尝试，结构型式为2层大平台[5]，上盖开发建筑直接位于平台顶面，除车辆段外，复八线㊁八通线正线均从大平台下通过㊂目前，车辆通过时上盖开发的房屋内轮轨振动噪声明显，体感较差㊂随着轨道交通建设和运营的不断发展，城市轨道交通引发的居民投诉也不断增加，在2008年之前，国家环境保护总局要求车辆段(停车场)等设施与居民区等敏感目标的距离控制在30m以上，上盖开发除了四惠车辆段的尝试外，基本上处于停滞状态㊂
2008年后，随着北京奥运会的举办，轨道交通带来周边土地的升值，越来越多的人口涌入大城市，住房供求关系日趋紧张㊂上海㊁北京等城市物业开发项目相继落地㊂
随着轨道交通技术的进步和大城市住宅需求的不断攀升，国家对于车辆段开发的态度也在发生转变㊂2015年以后国家生态环境部提出：在满足标准要求的情况下，不反对车辆段(停车场)上盖建设敏感建筑物㊂
目前，全国各大城市地铁车辆段上盖开发建设开展得如火如荼，但也存在着轨道振动噪声超标[6]㊁消防与降噪冲突等方面的问题㊂本文主要对已有工程出现的轨道振动噪声问题和控制措施进行总结和分析，为后续工程提供技术支持㊂
2㊀车辆段上盖物业开发的振动与噪声分析车辆段(停车场)一般包含出入线㊁库外线㊁库内线，车辆段还包含试车线，主要承担停车列检㊁综合维修㊁试车等作业㊂车辆段(停车场)线路特征与正线有明显区别：空车低速运行㊁曲线半径小，大部分线路位于平坡，接头多㊁道岔多㊂
车辆段(停车场)相较于正线有以下特点: (1)早上发车时间比正线早，晚上收车时间比正线晚，振动及噪声的影响时段比正线更长㊂(2)车辆段上盖物业开发完全在其正上方，列车引起的振动波不经过土体的衰减，直接通过道床㊁立柱传递到上盖作用的平台上，影响更大㊂(3)库外线最小曲线半径一般为150m，列车通过小半径曲线时会产生摩擦啸叫声[7]㊂(4)除试车线外一般均采用普通线路，车辆经过钢轨接头时 咣当 声频繁出现[8]㊂(5)库外线道岔多采用50kg/m钢轨7号系列道岔，为固定型辙叉，车辆通过道岔 有害空间 的振动放大声明显㊂ 辽宁警网
车辆段(停车场)振源主要是轨道车辆在钢轨行驶时，轮轨的不平顺及车轮与轨道的摩擦㊁撞击等造成的，会通过车轮及钢轨以及轨枕㊁道床等结构向外传播[9]㊂由于轮轨冲击作用而引起轨道振动，该振动波通过道床传递到上盖，激发周边建筑物产生振动，并进一步诱发室内结构的二次振动和振动噪声[1011]㊂
噪声主要来源于车辆段(停车场)自身公用设备运行㊁汽车噪声㊁车辆段运行噪声㊁地铁风亭和冷却塔噪声等㊂
本文主要针对轨道专业设计可以改善的轮轨
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第2期马晓华，等.车辆段上盖开发轨道振动噪声控制技术研究
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振动及二次结构噪声进行分析㊂中国经济硬着陆
3㊀运营车辆段上盖开发采取的减振降噪措施
车辆段上盖开发，目前多采用源强减振，其中轨道减振措施最为成熟㊂国外常采用的措施有减振接头夹板㊁减振扣件和钢轨阻尼等㊂
上盖开发除了源强减振外还应考虑采取综合减振降噪措施，传播途径的减振降噪包含隔振沟㊁刚性排桩或筏基等；建筑物减振降噪可以考虑采用隔振支座㊁浮置楼板等减振措施，声屏障㊁隔音玻璃㊁隔音窗等降噪措施㊂国内目前在地铁上盖开发中采取了多种措施，技术较国外更为先进㊁种类更多，现运营车辆段上盖开发，多是考虑振源减振，采取轨道类的减振降噪措施，主要措施分析如下㊂
3.1㊀钢轨类措施
钢轨作为轮轨的接触面，是轮轨冲击振动的源头，目前常采用的措施主要有:
期待可能性(1)保持良好的轮轨关系㊂良好的轮轨关系可以有效地减少轮轨振动及产生的二次结构噪声㊂目前，国内多个项目测试报告显示，同样的轨道结构形式，不同车辆通过，振动差别为3~7dB；同样车辆不同养护状态振动差别达到3~7dB㊂建议定期打磨钢轨㊁定期镟轮，在小半径曲线地段设置涂油器等措施既可以保持良好的轮轨关系也可以减少啸叫声，也是目前最易采用㊁最普遍的措施㊂(2)采用重型钢轨和降低钢轨高度㊂地铁车辆段项目一般采用50kg/m钢轨，这也是地铁设计规范的要求㊂根据以往的研究经验，增加钢轨重量可以有效抑制钢轨的垂向振动，降低钢轨高度和宽度可以减少钢轨垂向和横向辐射㊂
(3)减小钢轨接头冲击振动㊂目前，可以通过采用减振接头夹板[12]㊁冻结接头和焊接接头的方式实现减小钢轨接头冲击振动的目标㊂无上盖开发的车辆段多采用普通接头，接头冲击振动能量大，在钢轨
接缝处采用减振接头夹板，可以减小接头冲击振动，达到减振的效果㊂减振接头夹板主要是通过将接头夹板中间部位加高至与轨面平齐，当车轮通过接头范围时，减振接头夹板顶面与钢轨顶面同时接触车轮，减振接头夹板刚度大，可以减小车轮通过轨缝时的台阶和折角，从而减小接头冲击振动㊂其目前在苏州地铁太平车辆段，长沙地铁黄兴车辆段，北京地铁东小营车辆段㊁北安河车辆段㊁天竺车辆段等均有采用㊂
库内线采用普通线路，后期物业开发实施后多建议采用焊接接头，钢轨焊接取消了接缝，可以彻底消除列车通过时的冲击振动㊁打击噪声，是最直接减小轮轨冲击振动的方式㊂库外线由于最小曲线半径多为150m，且道岔数量多，不满足‘地铁设计规范“(GB50157 2013)铺设无缝线路的条件，不建议大面积采用焊接接头㊂
库内线和试车线多个车辆段上盖开发项目通过采用焊接长轨条的方式取消接缝，是目前库内线减振降噪的首选方案之一，北京地铁五路停车场㊁郭公庄㊁平西府㊁北安河，杭州地铁七堡㊁湘湖等车辆段(停车场)均采用了此类方案㊂运营线路采用铝热焊较为便捷，从目前焊接方法反馈来看，铝热焊的折损率约为0.5%㊂北京运营部门不建议在既有线上采取铝热焊，因此平西府车辆段和五路停车场上盖开发后采取了冻结接头㊂东小营车辆段采用移动闪光焊，相较于铝热焊㊁闪光焊焊接效果更好，质量更容易控制㊂
(4)采用钢轨阻尼降噪装置㊂库外线最小曲线半径多为150m，轮轨作用产生的噪声比较大，建议在库外线铺设钢轨阻尼降噪装置㊂钢轨阻尼降噪装置主要用于降低噪声及延缓钢轨的波磨，产品的有效作用频率范围应在800~8000Hz㊂
钢轨阻尼降噪装置[1314]在上海地铁吴中路车辆段㊁苏州地铁太平车辆段㊁杭州地铁七堡车辆段㊁北京地铁东小营㊁北安河车辆段等均有采用㊂钢轨阻尼降噪装置主要有两类产品，一类是调频式钢轨阻尼降噪装置(TRD)，如图1所示；一类是宽频型钢轨阻尼减振降噪装置(TMD)，如图2所示
㊂
图1㊀调频式钢轨阻尼
降噪装置(TRD)
㊀图2㊀宽频型钢轨阻尼
减振降噪装置(TMD) TRD作用原理为：当钢轨发生振动时，谐振质量块产生谐振，转移吸收钢轨振动能量，抑制钢轨振动，衰减钢轨振幅，降低钢轨的振动和噪声辐射㊂TMD是在钢轨表面设置由阻尼材料和约束板构成的复合阻尼板并在轨腰设置吸振器㊂采用这种阻尼结构后，列车运行时钢轨的振动强迫阻尼体
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产生剪切变形，将钢轨的振动能量转化为热能，降低钢轨所产生的振动，相应的噪声也大幅降低㊂轨腰吸振器通过调整质量块和弹簧系统的刚度可以实现精准调频㊂
采用钢轨类的减振措施在正线上减振效果不小于3dB，低速状态下缺乏测试数据，工程设计中认为采用此类措施可以有效缓解轮轨振动对上盖建筑的影响；钢轨阻尼降噪装置在招标中要求在车辆段使用降噪效果不小于3dB㊂
3.2㊀扣件类措施
1)将普通扣件更换为减振扣件
扣件类减振措施是指通过更换车辆段的普通
扣件为减振扣件达到减振的效果，在北京地铁五路停车场㊁郭公庄车辆段㊁平西府车辆段㊁北安河车辆段㊁郑州地铁铁炉西车辆段等均有采用㊂车辆段减振扣件主要有压缩型扣件㊁浮轨式扣件两类，压缩型扣件包含双层非线性减振扣件和分体嵌套式减振扣件㊂浮轨式扣件如图3所示，双层非线性减振扣件如图4所示，分体嵌套式减振扣件如图5所示
㊂
图3㊀浮轨式扣件
㊀
图4㊀
双层非线性减振扣件
图5㊀分体嵌套式减振扣件
浮轨式扣件把约束钢轨的部位由轨底移动到轨腰，从钢轨两侧夹紧钢轨，正常工作时钢轨处于悬浮状态，利用弹性体的剪切特性，最大限度地获得低的垂向刚度，减少振动向轨下基础传播，目前此类扣件在北京地铁五路停车场㊁北安河车辆段㊁福州地铁新店车辆段等有所采用㊂
双层非线性减振扣件和分体嵌套式减振扣件都是利用橡胶垫板的压缩变形实现减振㊂
(1)双层非线性减振扣件采用分离式结构，由
轨下橡胶垫板㊁上铁垫板㊁中间橡胶垫板㊁下铁垫板
和自锁机构等组成，利用两层橡胶垫板的压缩变形实现减振，橡胶垫板与铁件分离，可实现单独更换㊂双层非线性减振扣件目前主要应用于北京地铁磁各庄车辆段㊁西安地铁阿房宫车辆段等㊂
(2)分体嵌套式减振扣件采用子母铁垫板分
体嵌套的理念，由子铁垫板㊁基础弹性垫板㊁母铁垫板㊁绝缘缓冲嵌套圈和其余常规零件如弹条㊁螺旋道钉㊁轨距垫等组成，该扣件的特点是：可与普通扣件实现通用互换；减振能力达到同类产品较高水平；造价便宜；结构简单㊁拆卸方便，可更换减振橡胶，降低维修费用等㊂分体嵌套式减振扣件目前主要应用于西安地铁阿房宫车辆段㊂
减振扣件多用于库内线的减振，也应用于北京地铁北安河车辆段和磁各庄车辆段等库外线㊂
2)更换扣件垫板为高弹性垫板
更换扣件垫板[1516]通过将普通扣件垫板更换
为弹性更好的材料达到减振效果㊂在车辆段上盖开发初期，在深圳地铁蛇口西车辆段㊁塘朗车辆段，长沙地铁黄兴车辆段，无锡地铁雪浪停车场等采用了将库内扣件垫板更换为热塑聚酯高弹性垫板的措施，通过降低扣件节点静刚度以满足减振的需求㊂该方案相较于其他减振措施投资低㊁养护维修工作量小，但其减振效果也较为依赖于中标厂家提供产品的质量㊂
扣件类减振措施在正线的减振效果一般不小
于5dB，车辆段低速状态下减振效果测试数据比较少，暂没有统一的标准㊂
3.3㊀轨枕类措施
1)合成轨枕目前为止仅在北京地铁北安河车辆段库外线
上盖开发项目中采用过合成轨枕作为减振降噪措施，主要使用在道岔区，合成轨枕的优势在于其与
各种扣件配套使用灵活，但相对成本较高㊂
2)梯形轨枕
梯形轨枕是一种在正线常用的高等减振措
施，主要应用在广州㊁上海等地的地铁车辆段项目，出入线和试车线均有使用，梯形轨枕铺设示意如图6所示㊂调研发现常使用的梯形轨枕为在纵梁下部铺设减振垫，主要由预制预应力混凝土纵梁与钢轨形成双弹性叠合梁，增大轨道抗弯刚度，扩大轮轨力分布范围，降低基底轮轨动态力的峰值和变化幅度，从而改善轮轨动力学性能，起到减振作用㊂该方案实施时需要注意在小半径曲线段铺设的精度㊂
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第2期马晓华，等.车辆段上盖开发轨道振动噪声控制技术研究
合成轨枕在车辆段是否存在减振效果有争议，梯形轨枕正线减振效果不小于10dB，车辆段梯形轨枕的减振效果在行业内尚未达成共识
㊂
细胞球
图6㊀梯形轨枕铺设示意
3.4㊀道床类措施
1)减振垫
减振垫在碎石道床和整体道床均有铺设，垫按
照材质可以分为橡胶和聚氨酯两大类㊂橡胶类材料利用橡胶下部凸台的变形㊁橡胶实体的刚度和阻尼层实现减振的目标；聚氨酯类是由聚氨酯材料发泡而成的微孔弹性体形成，通过实体的高弹特性实现减振㊂
碎石道床区减振垫施工时，首先在满足压实度要求的路基上开挖厚度不小于200mm 的基底，绑好钢筋，浇筑混凝土底板，铺设减振垫和道砟，起道至设计高程㊂其在国内大多数车辆段上盖项目库外线和试车线上均有使用，库外线减振垫如图7所示㊂库内线检查坑地段减振垫铺设在结构横梁下，按照检查坑的形式进行侧面包裹(按照实际工况选择)，库内线减振垫铺设效果如图8所示㊂库内线铺设减振垫的项目主要有北京地铁北安河㊁东小营车辆段，石家庄地铁嘉华车辆段等㊂该方案需要注意必须铺设减振垫基底，以保持良好的状态，另外在水位较高地段采用聚氨酯材质需要对材料的吸水率提出要求，以免减振垫泡水后影响减振效果
㊂
图7㊀库外线减振垫
㊀
图8㊀库内线减振垫铺设效果
目前北京地铁16号线北安河车辆段在道岔区采用了减振垫与减振扣件组合的减振措施㊂
2)道砟加厚
在车速㊁土层相近的深圳地铁前海车辆段和横
岗车辆段采用单层道砟和双层道砟不同工况下，振
动源强相差8.1dB [17]，通过模拟计算发现道砟每加厚10cm 相较于普通碎石道床振动减弱4dB，加厚20cm 减弱约6.5dB㊂因此，在北京地铁东小营车辆段上盖开发中，库外线采取了加厚道砟的方案,
交叉渡线区段加厚20cm，其余地段加厚10cm㊂后期在北京地铁磁各庄㊁石家庄地铁嘉华车辆段上盖物业开发项目中也采用了此方案㊂该方案工程实施容易，但在全上盖开发中需要预留足够的轨道结构高度，以免后期影响上盖下净空㊂
3)钢弹簧浮置板
车辆段内整体道床钢弹簧浮置板主要用在出
入线整体道床地段和试车线整体道床，其工况近似于正线工程，相关案例也比较多㊂
在合肥地铁滨湖车辆段首次采用了碎石道床钢弹簧浮置板，如图9所示㊂系统设计固有频率为
6Hz，在混凝土基础上设置现浇槽形板，侧式钢弹簧隔振器支撑在结构底板，槽形板内铺设道砟
㊂图9㊀碎石道床钢弹簧浮置板
此方案需要的轨道结构高度比较大，北京地铁马泉营车辆段轨道结构高度为1.84m，合肥地铁滨湖车辆段轨道结构高度为1.35m，都用在试车线，相较于以往车辆段采用的碎石道床基础处理费用也有所增加㊂上述工程在单开道岔区采用了此方案，而交叉渡线区因为荷载较大，采用此方案需要根据实际情况进行分析，目前没有应用案例㊂正线减振垫㊁钢弹簧浮置板的减振效果不小于
10dB，对于低速状态下的减振效果，目前已知的测试数据离散性比较大㊂4㊀结论及建议
本文通过调研和分析目前全国各城市车辆段(停车场)常用的轨道减振降噪控制措施，在实际使用中建议根据工程具体情况选择合理的方案，建议如下:
(1)车辆段开发初期需要结合振动噪声分布情况，合理设置上盖的业态分布；上盖物业开发中轨道方面的改进措施是目前最为成熟的减振降噪控制措施，但是同时也要意识到车辆段的激励㊁荷
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