地铁轮轨关系的研究与应用

地铁轮轨关系的研究与应用

刘欢

深圳市十二号线轨道交通有限公司 广东省深圳市 518000

摘要：随着国内城市经济快速增长，大量人口涌向城市，城市地面交通压力的加剧，城市交通资源与人们出行的需求矛盾日益突出。为了保证城市的自身发展，提高土地利用率、缓解地面交通压力，改善居民环境，地铁成为解决城市交通问题的首选。同时，地铁具有运载能力强、高效快捷、安全舒适、准点运行的优势，地铁的优势越来越明显。近些年来，随着城市地铁大规模兴建，地铁运行过程中产生的振动和噪声问题会不同程度的影响着乘客乘车的舒适性和周围居民的生活环境，如何做好降低地铁产生的振动和噪声一直是困扰地铁工程建设及运营维护的难题，因此，轨道减振降噪及优化轮轨关系的研究对于城市地铁具有重要意义。

关键词：地铁；病害；振动；噪声；轮轨关系；措施

地铁列车在轨道上行驶时，车轮与钢轨相互作用产生振动，由钢轨-扣件-轨枕-道床-隧道主体结构-维护结构-地面建筑物，近些年来随着科技的进步，道床、轨枕、扣件、钢轨及附属设施等各种轨道减振形式层出不穷，从工程建设到运营维护均对轮轨关系进行研究与应用，主要内容分为以下几个方面：

1地铁建设期的研究与应用

1.1钢轨是产生振动和噪声的源头之一，地铁小半径曲线较多，钢轨磨耗大、养护维修时间有限，要求钢轨具有较高的耐磨性、平顺性和稳定性，已减小轮轨冲击，降低轮轨噪声，延长其使用寿命，这就对钢轨的选型尤其重要，一般来讲，我国地铁钢轨主要从两个方面考虑，一是钢轨型号，二是钢轨材质，目前国内地铁主要采用型号60kg/m、材质U75V钢轨,可减少运营中出现的轨面不平顺，受列车冲击产生的轮轨振动相对较小。有关资料显示，60kg/m钢轨较50kg/m钢轨振动减少约10%，有利于减振降噪。铺设无缝线路，减少了钢轨接头，能有效地减少轮轨间的冲击力，使列车运行的基本单位阻力减少10～20%。据欧美国家资料介绍运营噪音可降低2～10dB，我国资料介绍可降低2～3dB。

1.2道床作为轨道系统的基础，根据不同的减振等级，主要分为三个等级：（1）中等减振道床，对沿线环境影响超标3dB以内地段，采用高性能减振扣件的措施进行减振，扣件节点垂向静刚度比普通扣件低，弹性性能好，可以减少轮轨激发的振动，具有较好的减振功能。目前国内常用的高性能减振扣有轨道减振器扣件、LOAD扣件和双层非线性减振扣件等，减振效果为4-8dB。（2）高等减振道床，沿线环境影响超标3～8dB地段，采用高等减振，以减振垫浮置板为代表，隔离式减振垫浮置板道床减振效果可以达到10～15dB；（3）特殊减振道床，沿线环境影响超标>8dB地段，以及在线路中心距离医院、学校、音乐厅、精密仪器厂、文物保护、高级宾馆等建筑物小于20m及穿越地段，宜采用特殊减振轨道结构，国内各城市地铁特殊减振以采用钢弹簧浮置板道床为主，特殊减振措施的减振效果要求达到12dB以上。

1.3轨道的整体道床表面光滑，轮轨噪声在道床面上直接反射，可在道床表面铺设多孔混凝土或轻质材料的吸声板来吸收轮轨噪声，轨道吸声板以高强硬质陶粒、水泥等无机材料为主制成，利用多孔无机材料对声波能量进行吸收的原理进行降噪。

1.4使用钢轨吸振器抑制钢轨的振动速度，对降低轮轨噪声有显著作用，钢轨吸振器主要由减振楔块、弹性夹、橡胶垫条及粘结材料，减振楔块安装于钢轨轨腰两侧，并用弹性夹固定。安装钢轨吸振器地段的曲线波磨发展速率比其它同类型道床地段发展速率低。

2地铁运营期的研究与应用

2.1积极利用现代检测监测技术加强线路检测，利用车载监控系统，对轮轨振动、冲击信息的实时连续采集，实现轮轨振动、波磨等详细分析，通过对线路状态的监测、跟踪，掌握线路状态，为轨道维护提供智能分析，精准修理，提升科学管理水平，提升运营品质和效率。

2.2钢轨涂覆装置也是减小曲线磨耗的一种方法，主要应用于小半径曲线上，在钢轨轨顶涂覆摩擦剂，车轮展过时将摩擦剂携带转移，在轨顶与轮缘踏面检的接触面生成一层功能性薄膜，控制摩擦系数。抑制轨顶磨耗和噪声产生。安装轨顶涂覆装置地段曲线上下股的垂向振动频率得到明显下降，轨旁噪声呈下降趋势，平均降幅5～8dB。

2.3为了减少小半径曲线地段的钢轨侧磨，在半径≤450m的曲线上股钢轨安装钢轨涂油器，优化轮轨润滑策略，通过调节涂油机的出油频率，并结合钢轨磨耗测量数据，通过钢轨磨耗速率的对比分析，研究轨旁涂油装置的效果，可有效减小轮轨的摩擦噪声，涂油机可将曲线钢轨使用寿命延长2-3倍。

2.4为保证轨道线路状态，提高乘客舒适度，采用动静结合的方式对轨道线路状态进行全面检测，静态主要以轨道检查仪为主，人工检测为辅，动态检测主要以轨道动态检测车为主，车载添乘仪为辅，利用轨检车对轨道质量进行综合评价，运用车载添乘仪对线路状态进行每日监测，再结合轨轨道检查仪及人工检查的方式对轨道线路的几何尺寸及各部位病害进行全面、精准的检测，通过合理的运用动静检测的方法，进而综合、全面、精准的评价轨道线路的均衡质量，有效的掌握线路病害的发展规律，及时优化轨道线路的整改方案，提高作业效率，保证、提升作业质量，对保证轮轨关系至关重要。

2.5加强对钢轨伤损病害的分析、设计合理的伤损控制和减缓措施，对钢轨伤损病害利用钢轨大型打磨车和人工小机群打磨的方式对钢轨进行打磨，减小钢轨表面伤损病害带来的轮轨关系的恶化，保持和恢复钢轨的安全性、可靠性。通过对钢轨的科学养护管理，提高轮轨关系的匹配度，减小轮轨的振动。（1）采用大型打磨车对钢轨进行预打磨、预防性打磨及修复性打磨的相结合的维保模式，积极推进钢轨预打磨理念，对铺设上道的新钢轨进行打磨，去除轨面脱碳层，消除钢轨在生产、焊接、运输和施工过程中产生的表面缺陷，优化轨头，改善焊接接头平顺性；重视钢轨预防性打磨的实施，根据钢轨状态进行周期性打磨(一般3-6个月1次) ，以达到保养廓形，预防滚动接触疲劳、波磨及擦伤等病害，保持轨面的良好状态，预防和延缓钢轨伤损病害的产生和发展；及时开展修理性打磨，对线路进行调查，疲劳裂纹、剥离掉块、波磨深度或肥边宽度超过0.3mm等伤损时应进行修理性打磨（或铣磨）。钢轨修理性打磨方案应根据波磨、鱼鳞裂纹等表面伤损程度及轮轨接触情况确定，打磨后应保证伤损得到消除。（2）人工小机群打磨主要是利用专业化的小机群团队，通过重型打磨设备切线钢轨打磨机、垂直打磨机、道岔打磨机等组成的小机群打磨，对道岔尖轨、基本轨、辙叉伤损及点状伤损或距离较短的连续伤损定点打磨，弥补大型打磨车无法打磨道岔及打磨灵活度的不足。

2.6加强轨道系统维修体制建设，有序推进设备重点保养，切实提升现场设备运行质量，根据现场不同地段设备运行情况，优先对状态不良或故障频发的设备区段组织重点保养工作。根据设备等级（折返道岔、咽喉道岔>通过道岔>联络线道岔，小半径曲线>非小半径曲线>直线，正线>车场线>出入场线>其他配线）合理组织重点保养工作。结合日常检测数据及设备状态/病害的发展规律，对设备状态进行趋势性分析，制定重点保养计划，有效预防线路病害。

3结论

总的来说，无论是地铁工程建设还是运营维护阶段都需要进一步加大对轨道系统减振降噪的研究与应用，积极采用新技术、新设备、新材料、新工艺的应用，追求设备上、管理上和模式上的提升。在地铁工程建设阶段，要科学设计，充分论证给运营阶段可能造成的影响，尽量在建设期避免及控制，在地铁运营维护阶段，要加强养护管理，科学合理的精准维修，保证轨道质量的均衡，共同打造安全可靠、功能合理、经济适用、用户满意的精品工程。