香港西部鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu)及減振降噪措施

上海現(xiàn)代軌道交通股份有限公司
上海市嘉定區(qū)菊園新區(qū)管理委員會
Non-ballasted Rail Structures and Measures of reducing noise and vibration in Hong Kong West Rail
摘 要　香港西部鐵路采用了浮置板軌道結(jié)構(gòu)、索尼威爾低振動軌道結(jié)構(gòu)等新型軌道結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到減振降噪的目的，在高架橋上還采取了多種措施來降低振動和噪聲的傳遞。
關(guān)鍵詞　香港西部鐵路，無碴軌道結(jié)構(gòu)，浮置板，彈性支承塊，振動，噪聲
1．概述
九龍鐵路公司1998年10月動工修建的香港西部鐵路（簡稱西鐵）是一個服務(wù)新界西北部的大運(yùn)量城市客運(yùn)軌道系統(tǒng)，它是香港特別行政區(qū)成立以后的第一個跨世紀(jì)工程，連接新界西北部與九龍市區(qū)，目前已經(jīng)基本建成，將于2003年秋季實(shí)現(xiàn)開通運(yùn)營。西鐵第一期工程包括9個車站，南起九龍南昌，途經(jīng)美孚、荃灣西、錦上路、元朗、朗屏、天水圍、兆康，終點(diǎn)為屯門站。西鐵為雙線線路，全長30.5km，其中高架線路13.4km，地下線路14.7km，地面線路2.4km，線路走向如圖1所示。西鐵興建了一個占地32.5hm2的車場和一個總部大樓。西鐵設(shè)計(jì)單方向每小時發(fā)送33列列車，每列車編組為9節(jié)，最終單方向客運(yùn)總量每年達(dá)到9千萬人次。西鐵列車設(shè)計(jì)最高時速為130km/h，旅行速度為60km/h，從屯門站乘車到南昌站僅僅需要30min。為了滿足城市客運(yùn)安全、環(huán)境保護(hù)和少養(yǎng)護(hù)維修的要求，香港西鐵采用了浮置板軌道結(jié)構(gòu)和索尼威爾低振動軌道結(jié)構(gòu)等新型軌道結(jié)構(gòu)，同時，在高架橋上也采取了多種措施來降低振動和噪聲的傳遞。
2． 西鐵無碴軌道結(jié)構(gòu)
2．1　浮置板軌道結(jié)構(gòu)（FST）
香港西鐵使用了3種類型的軌道結(jié)構(gòu)：浮置板軌道結(jié)構(gòu)（FST），使用在所有的高架和有特殊要求的隧道內(nèi)，共達(dá)到34km；彈性支承塊軌道結(jié)構(gòu)，使用在隧道內(nèi)，共27km；有碴軌道結(jié)構(gòu)，使用在一般地面線路地段，包括車場。西鐵線路采用的浮置板軌道結(jié)構(gòu)包括預(yù)制混凝土板和現(xiàn)澆混凝土板兩種，根據(jù)浮置板軌道結(jié)構(gòu)具體用途的不同，其尺寸形式多達(dá)38種。其中高架橋直線段使用的浮置板軌道結(jié)構(gòu)是最典型的型式，如圖2所示，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸為1170mm×2635mm×390mm，板的重量為2.9t。由圖2可知，作為浮置板的限位裝置和脫軌復(fù)位的平臺，軌道結(jié)構(gòu)兩側(cè)澆注了400mm寬的混凝土擋墻，擋墻高度與鋼軌面高度持平，擋墻內(nèi)側(cè)距離同側(cè)鋼軌作用邊700mm，擋墻內(nèi)部鋼筋在澆注橋面時預(yù)留，預(yù)留長度為710mm，考慮擋墻溫度變化而產(chǎn)生伸縮，擋墻分段澆注。
每塊浮置板底部設(shè)置4塊直徑255mm、厚75mm的圓形豎向彈性橡膠支座，豎向橡膠支座的剛度為5～5.5kN/mm。為了保證豎向橡膠支座不產(chǎn)生橫向和縱向移動，浮置板底面在每股鋼軌的正下方位置預(yù)留有4個直徑255mm、深15mm的凹槽，豎向橡膠支座正好嵌在凹槽內(nèi)。每塊浮置板左右兩側(cè)各設(shè)置1塊長215mm、寬205mm、厚75mm的側(cè)向彈性橡膠支座，側(cè)向橡膠支座的剛度為2.9～3.2kN/mm。側(cè)向橡膠支座安裝在一個鐵墊板上，鐵墊板用螺栓固定在浮置板的側(cè)面。每塊浮置板的前后兩端各設(shè)置1塊長300mm、寬150mm、厚75mm的方形縱向彈性橡膠支座，縱向橡膠支座的剛度為1.8～2kN/mm。為了保證縱向橡膠支座不產(chǎn)生橫向和豎向移動，浮置板的端部預(yù)留有一個12mm深的凹槽，兩塊板之間留有大約50mm的間隙，縱向橡膠支座正好嵌在兩塊板端部的凹槽內(nèi)。
由于西鐵對環(huán)境的要求很高，在浮置板上安裝了彈性科隆蛋扣件，扣件豎向靜剛度為12～15kN/mm，橫向靜剛度為7.5～10kN/mm，在0～600Hz范圍內(nèi)，剛度動靜比最大值為1.4。
對于曲線段浮置板軌道結(jié)構(gòu)，線路外側(cè)必須設(shè)置超高，通過增大外側(cè)板的厚度達(dá)到此目的，同時線路外側(cè)混凝土擋墻也必須加高，為了簡化澆注橋面時預(yù)埋鋼筋的長度，所有的預(yù)埋鋼筋布置高度都為710mm，在抬高的矮墻部位，再布置矩形的環(huán)筋來加高。曲線地段內(nèi)側(cè)擋墻與內(nèi)股鋼軌面持平，外側(cè)擋墻高度由兩股鋼軌頂面的延伸線來確定。
對于車站附近線路，由于列車進(jìn)出站時起動和制動產(chǎn)生附加力，為了防止軌道結(jié)構(gòu)在附加縱向力作用下產(chǎn)生爬行，因此，西鐵浮置板軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在站臺及兩側(cè)150m范圍內(nèi)設(shè)置了特別的縱向約束裝置，縱向約束裝置最大設(shè)置間隔為50m。安裝縱向約束裝置的浮置板兩側(cè)各安裝了一個鋼支座，該位置兩側(cè)擋墻斷開，預(yù)留一個空檔，鋼支座伸進(jìn)擋墻預(yù)留空檔處，為了保證擋墻的連續(xù)性，鋼支座與擋墻之間安裝橡膠支座。安裝縱向約束裝置的浮置板端部各設(shè)置2塊縱向橡膠支座，兩側(cè)相臨的浮置板左右兩側(cè)各設(shè)置2塊側(cè)向橡膠支座。
2．2　索尼威爾低振動軌道結(jié)構(gòu)（LVT）
香港西鐵在隧道及相應(yīng)站線使用了索尼威爾低振動軌道結(jié)構(gòu)（LVT，即彈性支承塊軌道結(jié)構(gòu)），共計(jì)27km，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格斷面如圖5所示。彈性支承塊軌道是將包有橡膠靴套的支承塊嵌固在混凝土道床中的軌道結(jié)構(gòu)。西鐵根據(jù)彈性支承塊軌道結(jié)構(gòu)具體用途的不同，分別采用了6種規(guī)格的支承塊及橡膠靴套。支承塊在工廠預(yù)制，橡膠靴套也在工廠用專門機(jī)械裝在支承塊上，橡膠靴套提供了軌道的縱、橫向彈性變形，使軌道結(jié)構(gòu)在承載、動力傳遞和振動能量吸收諸方面更接近堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)上的碎石道床軌道，這樣便使得這種軌道結(jié)構(gòu)的振動和噪聲減少到較低程度。西鐵彈性支承塊式軌道結(jié)構(gòu)的垂向彈性由軌下和塊下雙層彈性橡膠墊板提供，最大程度上模擬了彈性點(diǎn)支承傳統(tǒng)碎石道床的結(jié)構(gòu)和受荷響應(yīng)，并使軌道縱向彈性點(diǎn)支承剛度趨于一致。因此，該結(jié)構(gòu)具有較好的減振、降噪、減磨等優(yōu)越性能，通過雙層彈性墊板剛度的合理選擇，可使軌道的組合剛度接近有碴軌道的剛度。該軌道結(jié)構(gòu)同樣設(shè)置脫軌復(fù)位的平臺，直線段平臺高度與鋼軌面高度持平，平臺內(nèi)側(cè)距離同側(cè)鋼軌作用邊700mm。
3． 西鐵高架線路減振降噪措施
香港噪音條例（Hong Kong Noise Ordinance）是世界最嚴(yán)格的噪音條例之一，它規(guī)定在列車發(fā)車間隔為3分鐘的條件下，距離西鐵軌道線路中心線25m的位置，等效聲級Leq30不能超過55dB(Ａ)，換算到單列車通過時的瞬時值不能超過64dB(Ａ)。為了滿足以上要求，KCRC組織包括環(huán)境工程師、結(jié)構(gòu)工程師、軌道工程師和聲學(xué)家在內(nèi)的研究小組，聯(lián)合設(shè)計(jì)出香港西鐵高架線路采用的減振降噪措施，如圖6所示。具體措施如下：列車安裝吸音內(nèi)襯和防聲裙；高架橋兩側(cè)安裝聲屏障；采用減振降噪最有效的軌道結(jié)構(gòu)——浮置板軌道；采用高彈性的減振扣件——科隆蛋扣件；軌道旁邊建造擋墻成為第一道隔聲墻；人行道及下側(cè)吸音裝置成為第二道隔聲墻。由于采用了以上多種措施，使西鐵成為世界最安靜的軌道交通線路之一。通過現(xiàn)場測試得知，當(dāng)單列車通過時，噪音瞬時值為61dB(Ａ)，小于香港噪音條例對西鐵的規(guī)定值。
4． 啟示
近年來，香港人對生活環(huán)境的質(zhì)量要求越來越高，香港西鐵的建設(shè)符合了這一潮流。西鐵在設(shè)計(jì)和施工時采用了一系列世界最先進(jìn)的技術(shù)，減少噪音、振動對人們生活的影響，如采用浮置板軌道、索尼威爾低振動軌道等新型減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)，列車車身包括車輪部分都安裝隔音裙板等，達(dá)到了安全、環(huán)保和少維修的要求，體現(xiàn)了城市軌道交通發(fā)展的方向。西鐵不僅在防止噪音、振動方面體現(xiàn)了環(huán)保的要求，還處處避免對自然環(huán)境產(chǎn)生破壞。特別是西鐵還將建造一個占地12hm2的濕地，供稀有鳥類、青蛙及其他生物棲息。
由于西鐵項(xiàng)目合同金額巨大、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大，所以為了降低成本，減低或化解施工中的風(fēng)險(xiǎn)，香港西鐵項(xiàng)目的投標(biāo)模式采用多家公司組成聯(lián)合體參加資格預(yù)審和投標(biāo)的方式，這種方式解決了香港西鐵項(xiàng)目僅靠某一家承包商的經(jīng)驗(yàn)或資質(zhì)是不可能達(dá)到規(guī)范和業(yè)主要求這一矛盾。因此，以聯(lián)合體的模式參與項(xiàng)目的資審和投標(biāo)成為西鐵項(xiàng)目投標(biāo)的一大特點(diǎn)，該特點(diǎn)也為以后內(nèi)地同類型的工程項(xiàng)目建設(shè)提供了參考。
目前，我國許多城市在興建城市軌道交通，或規(guī)劃修建城市軌道交通，軌道交通在我國已進(jìn)入一個快速發(fā)展階段，如何解決軌道交通運(yùn)營帶來的噪聲和振動等負(fù)面影響，已迫在眉睫。香港西鐵的建設(shè)在環(huán)保方面采取的措施變得非常寶貴，值得內(nèi)地軌道交通部門借鑒。
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