基于定点锤击的地铁轨道减振效果评价方法研究

Track solution is one of the most effective mitigation methods to control the metro train-induced environmental vibrations, therefore it has been widely used on all metro lines in China. Before the construction of isolated tracks on metro lines, the evaluation of the mitigation effects by fixed-point impulse tests in laboratory is very important for the mitigation design and the environmental vibration prediction. Recent researches show that, the big difference of the mitigation effect exists, however, between the results from the off-line laboratory test by fixed-point impulse loads and the on-line in-situ measurement by moving trains. The difference misleads the environmental vibration prediction and the selection and design for isolated tracks. In this project, Insertion Loss is used as the evaluation descriptor. The factors which cause the different mentioned above will be analyzed. Then, a modification formula will be suggested to describe the difference. Finally, the vibration mitigation effect under moving train loads will be predicted by the impulse test in laboratory. By laboratory tests, the in-situ measurements and numerical studies, three key problems are planed to solve: (1) analyzing the difference of the mitigation effect between fixed-point impulse loads and moving train loads; (2) analyzing influence to the mitigation effect by different pre-load weights, including no pre-load; (3) analyzing the difference of the mitigation effect between the off-line test in laboratory and the on-line in-situ measurement. The expected results will provide the theoretical support for the guidelines of the track mitigation effect evaluation in laboratory in future.

轨道减振措施作为控制地铁环境振动影响的最有效途径之一，广泛应用于国内各地铁线路。减振轨道在上线铺轨之前，利用定点锤击法在线下准确地评价其减振效果对减振设计、环境振动预测具有十分重要的意义。近年来研究发现：广泛使用的线下定点锤击激励法、与实际线上测试地铁列车通过时的减振效果之间存在较大差异，这直接影响环境振动预测、减振轨道选择及设计。本项目以插入损失为减振效果评价量，旨在分析影响上述差异的因素，给出定量描述这种差异的修正公式，最终实现利用线下定点锤击预测线上移动列车作用下的轨道减振效果。通过实验室试验、现场试验和数值分析，拟解决3个关键问题：（1）定点激励和移动列车激励下轨道减振效果的差异；（2）线下定点激励时，轨道施加不同预载量（含无预载）时减振效果的差异；（3）线下实验室测试与线上实际测试时轨道减振效果差异。本项研究的预期成果可以为今后制定轨道减振产品线下减振效果评价标准提供理论支持。

轨道减振措施作为控制地铁环境振动影响的最有效途径之一，广泛应用于国内各地铁线路。减振轨道在上线铺设之前，利用定点锤击法在线下准确地评价其减振效果对减振设计、环境振动预测具有十分重要的意义。然而，由于轨道所处边界条件和荷载条件的差异，线下定点锤击激励与实际线上测试的地铁列车通过时的减振效果之间可能存在差异，这种差异有可能直接影响环境振动预测、减振轨道选择及设计。.针对此问题，本课题分别研究了预载效应、车辆移动效应和地层动力参数等三类因素对轨道动力特性及减振效果的影响。建立了理论模型和数值模型，计算分析了预载对钢弹簧浮置板轨道动力特性和减振效果的影响。并以梯式轨枕轨道为研究对象，在实验室内首次进行了0~8t分级加载，分析得到了不同预载值对不同频率减振效果的定量影响规律。通过在中国铁道科学研究院环形铁路上进行了跑车测试和锤击测试对比研究，发现了定点锤击荷载会在绝大多数频段高估轨道的减振效果。此外，通过建立车-轨-隧道-地层耦合模型分析了不通车速和地层条件对轨道减振效果的影响。.本项目的主要创新性在于：1）通过理论和试验证明了预载对插入损失有着重要影响，第一级预载值在预载效应中起到控制性作用。2）首次对比分析了空载定点锤击和移动列车荷载作用下钢弹簧浮置板轨道的动力特性和减振效果。3）提出了考虑地层差异的实测对比损失修正方法并计算得到了考虑地层动弹性模量改变的振级对比损失修正量拟合曲面。.通过简化模型的理论推导、数值分析、室内预载实验和试验线在线试验等多种手段，本项目对减振轨道效果的影响因素进行了定性和定量分析，研究成果为制定轨道减振效果实验室测试规程提供了理论支持，对实测减振效果有效性的评价提供了技术参考。