使用螺钉减振器降低低频噪音的研究分析

2022-11-22

1 低频噪音产生原因

低频噪音是指频率在200Hz以下的声音, 也是城市轨道交通中地下线路扰民的罪魁祸首, 其产生的途径是轨道振动-隧道振动-结构振动-产生二次结构噪声, 再加之低频噪声穿透损耗小, 所以低频噪声一直是城市轨道交通工程中所遇到的难题。

2 解决办法

为解决这种二次结构噪声 (低频噪声) 对周边居民生活的影响, 建议使用轨道减振产品从源头减小轨道结构的振动, 降低二次结构噪声, 减少居民投诉率。

2.1 螺钉减振器

螺钉减振器浮置板轨道是将具有一定质量和刚度的混凝土道床板浮置于螺钉减振器上, 距离基础垫层顶面30mm而构成的质量-弹簧-隔振系统。螺钉减振器内有弹簧并灌注有粘滞阻尼, 作用在钢轨上的力在传递给浮置于减振器上的道床板时, 道床板可以提供一定的惯性质量来抵消车辆产生的动能即为质量减振;弹簧将使道床板产生一定的动位移从而消耗动能即为位移减振;阻尼将约束弹簧振动并消耗已一部分动能即为阻尼减振;经过质量-弹簧-阻尼减振之后, 仅有少量残余动能会通过弹性支承传递到基础垫层中去。道床板受力后, 在惯性作用下将受到的力经过重新分配后传递给固定在基础垫层上的减振器, 再通过减振器器传递到基础垫层, 在此过程中由减振器进行调谐、滤波、吸收能量, 达到隔振减振的目的。螺钉减振器浮置板轨道的主要施工工艺为将外套圈绑扎于浮置板钢筋笼内吊装至设计位置并浇铸混凝土, 浇筑完成进行28天养护达到设计要求强度后, 放入内套筒 (弹性螺钉) 将浮置板顶升至距离基础垫层顶面30mm并盖上密封盖。

2.2 主要特点

螺钉减振器与传统钢弹簧减振器在结构上有着不同之处, 传统钢弹簧减振器通过垫片压在内套筒上与外套筒的内挡板形成支承结构, 而螺钉减振器通过尼龙套圈的内螺纹与内套筒的外螺纹旋拧顶升, 从而实现了无级调高, 通过减振器上的刻度确保顶升高度的准确性。消除了空吊的情况, 轨面沿线路方向平顺, 降低了低频噪声。

由下图可以看出, 传统钢弹簧减振器的垫片与外套筒内挡板之间的接触面积只有外边缘三个区域, 而螺钉减振器内套筒每层螺纹都与外套筒螺纹接触, 受力面积更大, 内套筒与浮置板的连接更为牢固, 轨道结构系统更稳定。

传统钢弹簧减振器的顶升垫片与外套筒筒身之间留有一定的空隙, 螺钉减振器的内套筒与尼龙外套圈之间没有空隙, 当轨道系统产生横向力时, 传统钢弹簧减振器的垫片与外套筒之间的空隙, 会产生横向位移, 而螺钉减振器内套筒与尼龙外套圈紧密贴合, 不会产生横向的位移。

传统钢弹簧减振器的垫片防腐采用镀锌处理, 镀锌过程中外表面形成的镀锌层可能会不均匀, 或者产生毛刺, 这样的垫片在使用时单点受力, 列车运行一段时间后, 毛刺被竖向力压平, 会给轨道结构带来竖向的位移, 还有镀锌层时间久了可能会脱落, 失去了镀锌层的垫片会锈蚀, 这样也会使轨道结构产生竖向位移。螺钉减振器内套筒采用先进的xylan涂层, 具有低磨擦性;优异的防腐蚀性能;优越抗磨损, 顶升之后不会产生松动, 避免了竖向力引起的竖向位移。

隧道贯通后地质沉降会导致隧道局部下沉, 传统的钢弹簧减振器通过加减垫片来调整轨道结构高度, 如果外套筒安放在钢轨下方还要拆除钢轨, 才能使用顶升工具添加或减少垫片, 而地铁夜间停运时间短, 每天维修的钢弹簧数量少, 所以持续工期长;还有一种方法是在轨下增加聚酯垫板来提高轨道结构高度, 增加聚酯垫板后, 扣件刚度不均匀, 列车通过时会产生晃动。螺钉减振器可以旋拧内套筒来调整轨道结构高度, 施工简便, 缩短了施工时间, 而且刚度均匀, 列车通过时不会产生晃动。

3 解决方案

3.1 既有线换铺螺钉减振器浮置板

对于投诉率较高的敏感点, 建议进行整体道床换铺螺钉减振器浮置板道床。该换铺技术已有扎实的理论基础, 无需停运, 可以于天窗时间内施工完成螺钉减振器浮置板道床的换铺。

3.2 新建线路铺设螺钉减振器浮置板

作为一款减振效果高达19d B以上的特殊减振产品, 螺钉减振器减振效果优异, 性价比高, 施工维修快捷方便。

3.3 新建线路预留浮置板减振道床储备

地铁的方便快捷会快速带动沿线的经济发展, 根据以往经验, 在地铁修建之前并非敏感点的地区在地铁建成之后1-3年变为振动敏感点的情况比比皆是, 针对这种特殊情况, 建议进行浮置板减振道床储备, 在设计阶段便将其设置成预制式整体道床, 既实现了建设工程的工业化、缩短了工期, 同时也方便日后地段变为敏感点时将其改建为螺钉减振器浮置板轨道。

结束语:

地铁轨道交通的减振噪音问题已成为各国进行地铁设计首要解决的问题, 尤其如何解决已开通线路的减振噪音问题。地铁减振结构的设计正在不断的完善, 新减震降噪技术的出现, 带动了螺钉减振器在地铁减震中的应用。对于已运营线路, 换铺螺钉减振器浮置板已有扎实的理论基础, 可以从源头减小轨道结构的振动, 降低二次结构噪声。螺钉减振器这一创新性应用, 必将推动地铁减振降噪技术的发展, 进一步提高地铁减振降噪的效果。

摘要：随着地铁线网的不断增加, 地下线路低频噪音对附近居民的影响面越来越大, 沿线居民对低频噪音的投诉量逐年递增。低频噪声一直是城市轨道交通工程中难以彻底解决的难题, 如何采取措施降低地铁运营产生的低频噪音及共振对附近居民的影响, 成为地铁环境问题中亟待解决的问题。本文简要介绍使用螺钉减振器降低二次结构噪音的原理及实际应用分析。

关键词：低频噪音,螺钉减振