地铁钢轨波磨对车辆-轨道振动及噪声特性的影响

钢轨波磨作为地铁线路中最为常见的轨道损伤问题之一,始终未得到根本性的解决。为研究不同轨道结构形式产生钢轨波磨后车辆内部振动噪声以及轨道结构振动的时频域特性,探究钢轨波磨对车辆和轨道的影响,对某地铁线路进行现场动静态测试,获取了钢轨波磨激励下车辆内部的振动和噪声响应以及轨道各部件的振动响应,使用时域指标统计、1/3倍频程谱分析等方法分析轨道振动响应特征和车内振动及噪声响应特征。结果表明:在小半径曲线地段,浮置板轨道产生了特征波长约为200 mm的钢轨波磨,整体道床轨道产生了特征波长约为60 mm的钢轨波磨;浮置板轨道的钢轨、道床板、隧道壁振动加速度有效值分别是整体道床的1.8、5.8倍及0.3倍;钢轨波磨对轨道振动的影响主要体现在中高频范围,在300~400 Hz附近,浮置板轨道振级从钢轨至隧道壁共衰减66 d B,而整体道床共衰减49 d B;列车通过测试区域时,转向架上方与客室中部垂、纵向振动加速度有效值基本一致,而客室中部横向振动加速度有效值约为转向架上方的2倍;车内转向架位置处的异常振动主要来源于钢轨波磨的激励,且短波长波磨所激励的车内振动及噪声更加剧烈。因此,地铁钢轨波磨产生后在轨道及车辆的振动噪声响应中均占主要成分,应及时对钢轨进行打磨处理,研究结果可为地铁工务维修提供理论指导。

轴箱内置地铁车辆在小半径曲线上的运行稳定性研究

轨道车辆技术的发展对转向架轻量化提出了更高的要求,采用轴箱内置转向架技术实现轻量化将是我国未来轨道车辆发展的重要手段之一。为了提升轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上的运行稳定性,针对地铁小半径曲线多、曲线过渡段短的特点,建立了采用内置轴箱的地铁车辆曲线轨道通过动力学模型;针对不同轴箱布置方式,对比分析了地铁车辆在曲线运行时的特性,并探讨了一系纵向刚度对轴箱内置地铁车辆运行稳定性的影响;进一步解决轴箱内置地铁车辆的曲线通过性和运行稳定性的矛盾,指出了安装抗蛇行减振器的必要性。研究结果表明:与轴箱外置地铁车辆相比,轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上具有较好的曲线通过能力,但运行稳定性较差;安装抗蛇行减振器并选取适当的一系纵向刚度,能够解决轴箱内置地铁车辆在曲线通过时容易失稳的问题。论文工作对于发展轴箱内置转向架技术、实现转向架轻量化具有重要的参考价值。

轮轨润滑对地铁小半径曲线段外轨磨耗影响

[目的]地铁线路小半径曲线段的数量占比高、钢轨磨耗严重,通过润滑改变轮轨接触区的摩擦因数可以有效降低钢轨磨耗,因此有必要对轮轨润滑与钢轨磨耗之间的影响关系进行研究。[方法]介绍了润滑减磨理论;建立侧磨预测模型,将钢轨侧磨量为5 mm作为1个阶段,仿真计算不同侧磨阶段下的外轨磨耗规律;结合润滑减磨仿真计算结果,提出相应的外轨润滑措施。[结果及结论]钢轨上道初期,当钢轨出现侧磨后进行润滑,润滑减磨效果不显著;当钢轨侧磨量达到5~10 mm时,润滑涂敷效果差别显著,可以延缓钢轨磨耗发展时间至少3个月;外轨磨耗后期,钢轨侧磨速度明显加快,润滑涂敷效果差别不显著。建议在钢轨出现侧磨后进行润滑涂敷,当钢轨侧磨量达到5~10 mm时,对钢轨进行重点润滑涂敷。轮轨润滑可以降低钢轨磨耗速率,减缓曲线外轨磨耗发展,延长钢轨使用寿命,降低维修成本。

基于小半径曲线隧道盾构施工的Peck公式修正及其工程应用

[目的]在城市轨道交通线路规划中,因受建筑物地基、地下管道和软弱土层等因素影响,通常会选用曲线隧道乃至小半径曲线隧道。与直线隧道相比,小半径曲线隧道盾构施工加大了地面沉降失控风险。因此,需对小半径曲线隧道盾构施工中地面沉降控制进行研究。[方法]通过计算曲线隧道盾构施工过程中的超挖间隙,推导出曲线段内每一环的超挖量;又通过引入地层损失率得出隧道半径与地层损失率的关系;根据现有Peck公式的适用性统计分析结果,结合基础地层损失率、总地层损失率、超挖导致额外地层损失率,以及沉降体积切片计算得出了适用于小半径曲线隧道盾构施工的修正Peck公式。以太原某地铁线路的工程实例为研究背景,将修正Peck公式计算结果与现场监测数据进行对比,验证了修正Peck公式的适用性。[结果及结论]工程实例验证结果表明,修正Peck公式对小半径曲线隧道盾构施工具有较好的适用性。

地铁运行引起的小半径曲线隧道周边地表动力响应分析

以某市地铁区间隧道工程为背景,开展地铁在小半径曲线隧道中运行诱发振动的现场实测,分析邻近区域地表振动的时频特性,并进行环境振动评价。在此基础上,采用ABAQUS有限元软件建立轨道-轨枕-道床-隧道-地基土体的三维有限元模型,计算地铁曲线段运行时诱发的地表振动,分析隧道埋深和列车运行速度对地表振动的影响规律。研究结果表明:地铁列车曲线段行驶产生的水平振动速度峰值是竖向振动速度峰值的1.5~2.0倍;水平振动主频率分布在10~20Hz和80~90Hz范围内,随着距离增加,高频部分衰减迅速。与直线隧道相比,地铁列车曲线段运行产生的地表水平振动响应大于直线隧道情况,而在竖直方向则相反。此外,随着隧道埋深的增加,地表各点水平振动速度峰值线性衰减,且隧道埋深对水平振动速度的影响大于对竖向振动的影响;隧道埋深对水平方向振动的主频率基本不产生影响。地表水平振动速度峰值与列车行驶速度大致呈抛物线关系;地表各点竖向振动速度峰值也随列车行驶速度增加而增大,但增大幅度小于水平振动;地铁列车行驶速度对其引发环境振动的频率影响显著,车速越大,环境振动主频越高。

地铁钢轨波磨成因分析及工程对策研究

针对地铁钢轨波磨问题,对北京地铁14号线钢轨波磨进行调查研究,从线路通过总重、道床类型和曲线半径等方面探寻钢轨波磨产生的原因。分析得出线路通过总质量是影响钢轨波磨的主要因素之一,通过总质量为1000万~1700万t时,钢轨波磨发展速度最快;减振道床并不能从根本上解决钢轨波磨问题;曲线半径小于800 m的区段钢轨波磨最为严重,钢轨波磨的波长主要以10~50 mm短波波长为主,曲线半径越大钢轨波磨的波长分布相对离散度越小;钢轨打磨不能从根本上消除钢轨波磨,但能在短时期内控制波磨的发展。最后提出可通过动态调整钢轨打磨周期,以预防性打磨为主,矫正性与维护性打磨为辅,定期进行车轮镟修、增加轨下道床整体弹性、提升钢轨的硬度及耐磨性、合理控制轮轨摩擦等方法,延缓地铁钢轨波磨产生速率,降低地铁养护维修费用。

地铁橡胶浮置板小半径曲线段钢轨波磨及振动测试分析

为研究小半径曲线段地铁不同轨道结构对钢轨波浪形磨耗(以下简称“钢轨波磨”)的产生与发展的影响,分析了列车通过橡胶浮置板轨道引起的振动特性问题。选取某地铁区段进行波磨测试,其中包括普通整体道床直线段、普通整体轨道曲线段和橡胶浮置板曲线段。此外,以橡胶浮置板区段某一代表断面为例,测试其隧道内的振动情况。研究结果表明:钢轨波磨主要出现在小半径曲线段的内侧钢轨,而其外侧钢轨波磨的产生和发展与轨道结构有着密切的关系;橡胶浮置板轨道的外侧钢轨更容易产生钢轨波磨问题;内侧钢轨先产生波磨,并在继续使用的过程中向外侧钢轨传递;波磨在整体刚度较小的橡胶浮置板轨道内发展速度更快;曲线段外侧钢轨的不平顺等级在所有波长范围内均有明显增大。

地铁曲线段参数对钢轨波磨影响分析与打磨周期评估

地铁线路具有曲线半径小、站间距离短等特点,列车运行时的频繁启动与制动会导致轮轨间相互作用进一步被恶化,加剧了钢轨波磨的同时也增加了城市噪声污染和行车风险.为研究波磨的产生规律,针对地铁曲线段钢轨打磨的各类影响因素,将地铁线路划分为多个连续的非均匀网格,结合钢轨线路历史打磨信息,建立基于可靠性理论的钢轨波磨的生存分析模型,量化各异质性因素对波磨的影响程度,并对打磨周期进行评估.结果表明:该模型能够评估不同异质性因素影响下钢轨波磨的打磨周期,对于指导地铁线路的养护维修具有一定现实意义.

小半径曲线地段地铁列车运行对建筑物的振动影响分析

针对地铁小半径曲线地段列车运行对建筑物振动影响问题,运用车辆-轨道耦合动力学计算获得振源激励,建立列车动荷载作用下隧道-地层-建筑物有限元模型,并结合现场测试验证了模型的可靠性,研究列车运行对浅基础、短桩基础、长桩基础以及筏形基础建筑物振动响应的规律。结果表明:随着楼层的增加,建筑物的横向振动表现为先减少后增大,垂向振动表现为逐层增大的趋势;建筑物的振动在中高频成分(>20 Hz)有所增加,低频成分则有所衰减;垂向振动要大于横向振动,楼柱的振动要比楼板的振动更加明显;不同基础条件下的建筑物垂向振级由大到小的排序为筏形基础>浅基础>短桩基础>长桩基础,横向振级由大到小的排序为浅基础>短桩基础>长桩基础>筏形基础,长桩基础对降低加速度振级最为有利。

小半径曲线段浮置板轨道振动对邻近民居影响测试研究

为评估小半径曲线浮置板轨道段地铁列车下穿振动敏感建筑造成的环境振动影响,对无锡地铁2号线近距离下穿一处民居进行现场测试,从加速度时程、频谱、有效值、1/3倍频程谱和最大Z振级(VLz,max)方面进行分析,探究民居不同楼层及不同平面位置处的振动响应规律。研究结果表明:(1)同楼层中远离线路的楼层中央加速度响应时程峰值明显大于靠近线路的楼层边缘处,而不同楼层的同一平面位置处,2楼加速度响应明显大于1楼;(2)由于浮置板轨道一阶固有频率及轮轨共振频率的影响,振源及民居不同测点加速度频谱峰值均出现在7 Hz及80 Hz附近;(3)不同楼层及不同层内平面位置的最大Z振级量值存在一定差异,各测点的平均最大Z振级在53.97~57.10 dB之间,小于规范限值67 dB。浮置板轨道在该小半径曲线段对地铁振动控制作用良好。

小半径曲线盾构过区间中间风井施工技术

为解决土压平衡盾构机在超深中间风井小曲线半径接收和二次始发中存在的问题,以合肥市轨道交通3号线南延线450 m小弯道青云区间连续掘进穿越中间风井为实例,提出一种新的设计思路和设计方案,通过方案优化,在中间风井段现浇钢筋混凝土弧形导台,采用割线接收和二次始发以及负环管段空顶通过小半径曲线中间风井的方式,实现中间风井安全、快速的盾构穿越施工,可为同类工程项目提供参考。

蠕滑曲线对地铁小半径曲线轮轨接触特性的影响

为了降低地铁小曲线半径处钢轨的损伤,延长钢轨使用寿命,提出合适的轮轨摩擦因数和Kaker权重系数。首先,基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线动力学模型,考虑轮轨磨耗与滚动接触疲劳的耦合关系,建立钢轨损伤模型;其次,根据标准工况下动力学计算结果,分析小半径曲线轮轨动态相互作用特征,研究内侧和外侧钢轨的损伤特性,提出了最优损伤方案;然后,设置50个轮轨摩擦因数和Kalker权重系数匹配方案,分析摩擦因数和Kalker权重系数对轮轨动态相互作用和钢轨损伤特性的影响;最后,综合考虑车辆运营安全性和钢轨损伤特性,提出轮轨摩擦因数和Kaker权重系数匹配方案。研究结果表明:在标准工况下,内轨损伤形式为磨耗,外轨的磨耗程度大于内轨磨耗程度,考虑到缓和曲线上累积的疲劳损伤,外轨的使用寿命更低;Kalker权重系数越小,轮轨横向力、脱轨系数和车体横向振动加速度最大值越小,Kalker权重系数越小且摩擦因数对轮轨动力行为、磨耗和疲劳损伤的影响越小。建议小曲线半径地段轮轨摩擦因数应不大于0.2,Kalker权重系数应该不大于0.1,此时内轨和外轨磨耗指数最大值均小于100 N,钢轨几乎不产生磨耗,内轨和外轨疲劳损伤最大值为0,大幅提升了钢轨的使用寿命。

摩擦因数对地铁小半径曲线轮轨接触特性的影响

建立车辆-轨道系统耦合动力学模型,结合Kalker三维非赫兹弹性体滚动接触理论及其数值程序CONTACT,分析轮轨间摩擦因数对地铁小半径曲线轮轨接触应力及轮轨滚动接触伤损的影响。结果表明:车辆通过圆曲线段时不同摩擦因数下整个接触斑均为滑动区;摩擦因数改变对轮轨接触斑内正应力影响很小,但对切向力和Mises应力影响显著;随着摩擦因数增大,纵向及横向蠕滑力显著增加,磨耗指数及表面疲劳指数明显增大。可通过定期对钢轨打磨并对车轮进行镟修,有效降低轮轨接触应力,以减缓轮轨磨耗和轮轨滚动接触疲劳的发生。

南昌地铁2号线土压平衡盾构小半径曲线的掘进技术

为有效解决在小半径曲线区间隧道施工中出现的盾构姿态偏离超限、管片错台、破损、渗水等问题,从实验的角度出发,研究分析了如何通过调整施工参数、掘进方法等措施进行盾构机纠偏。根据研究发现,小半径掘进时推进速度对偏差影响较大;盾构机中心线和管片几何中心线之间的夹角是管片产生错台、破损开裂的主要原因;管片的受力不均是小半径曲线段管片渗漏水的主要原因。通过改变盾构机的推力等措施,解决了上述问题,达到了预期的目的,可以为类似工况下的盾构施工提供借鉴和参考。

无锡轨道交通盾构小半径曲线施工技术

无锡市轨道交通一号线湖滨路站～大学城站段处于软土地区,隧道最小曲线半径300m,采用盾构法施工。施工前在小半径曲线段加密勘探钻孔获得准确地质资料,制定盾构过小半径曲线段专项施工方案,选用前铰接式盾构及合理隧道管片;施工中严格控制盾构掘进参数;后期通过吊装孔打锚杆或注浆加固;在施工过程中及时纠偏。保证小半径曲线段不发生明显偏移。

天津地铁钢轨打磨技术应用探讨

天津地铁1号线线路经过7年多的运营后,小半径曲线地段钢轨产生了不同程度的的波磨、疲劳掉块、焊缝凹陷等钢轨病害。为改善线路钢轨状态,使用钢轨打磨车对全线小半径曲线钢轨进行了打磨整治,并对钢轨打磨过程中的难点和打磨后的效果进行了分析。

站桥同位合建上盖钢箱梁“π”形支架门吊架设技术

为了解决繁华城区既有道路有限空间内快速、安全架设小半径曲线钢箱梁的施工难题,依托地铁车站柱网形式及围护结构冠梁为基础,采用高位门吊及"π"形支架体系架设方案,实现了在空间受限情况下,地铁车站、市政道路及高架桥三者的和谐统一。以合肥南北高架一号线Ⅰ标明挖地铁芜湖路站及其同位合建的上盖小半径反曲线钢箱梁为例,阐述站桥同位合建理念及"π"形支架联合门吊架梁方案,并对架梁支架及架梁对地铁车站的影响进行力学分析。得出以下结论:1)站桥同位合建共用一个走廊,既减少拆迁,又节约投资,为繁华城区有限空间立体开发提出了解决思路;2)利用下卧地铁车站柱网及桩顶冠梁,"π"形支架联合门吊架设,支架简单可靠、门吊快速安全,平行流水作业,安全、快速、经济,很好地克服了"S"形小半径反向曲线反超高的空间扭曲结构曲线拟合难、安全风险大的困难;3)"π"形支架支撑体系利用了下部车站柱网结构,能满足安全性要求。

地铁小半径曲线地段钢弹簧浮置板轨道振动特性测试及分析

对不同行车速度、不同列车载重条件下地铁小半径曲线地段钢弹簧浮置板轨道振动特性进行现场测试,并与相似条件下铺设压缩型减振扣件整体道床轨道地段的测试结果进行对比,研究小半径曲线地段钢弹簧浮置板轨道的减振特性。结果表明:对于小半径曲线地段,钢弹簧浮置板轨道的减振效果在运行速度不大于40 km/h的低速列车通过工况下普遍优于运行速度大于40 km/h的列车通过工况,但小半径曲线地段的振动控制不应一味地降低车速,在某些车速范围内降低车速反而会加剧振动源强;相对于压缩型减振扣件整体道床轨道,钢弹簧浮置板轨道隧道壁最大Z振级的插入损失达9.5~15.4 dB,隧道壁分频振级插入损失的最大值达19.7~27.4 dB,具有更好的减振性能;相较于非高峰时段,高峰时段地铁满载的增重可使浮置板轨道垂向位移增大约10%。

车轮镟修踏面对地铁小半径曲线段外轨侧磨发展影响的仿真分析

建立常用的车辆-轨道耦合动力学分析模型计算轮轨动态相互作用,基于非椭圆接触模型进行轮轨滚动接触分析。选用改进的Archard材料磨损模型计算材料磨耗,分析地铁A型车及B型车的3种车轮镟修踏面分别对小半径曲线外轨侧磨发展的影响。分析结果表明:对每种镟修踏面,钢轨服役的不同时期外轨侧磨增加的速率均不相同,有快有慢;外轨侧磨的发展可大致分为无侧磨阶段、侧磨平稳增长阶段及侧磨极速增长阶段;在后两阶段中,同种镟修踏面侧磨发展趋势近乎相同。对于地铁B型车而言,将车轮镟修成DIN5573型有利于延缓外轨侧磨的发展。

地铁曲线波磨地段轮轨动力特性影响因素

针对地铁小半径曲线地段的钢轨波磨问题,建立地铁车辆-曲线轨道空间耦合动力学模型,分析曲线半径、行车速度、轮轨摩擦系数等参数对轮轨动力特性及钢轨波磨的影响。为控制钢轨波磨发展,对地铁线路的设计、运营和维护提出了建议。结果表明:曲线半径从800 m减小至300 m时,磨耗功率均方根增大2.7倍,标准差增大85%,过小的曲线半径是钢轨波磨频发的主要原因;小半径曲线地段列车实际运营速度可以略大于设计速度,取60 km/h,使曲线处于适当的欠超高状态,能够控制轮轨磨耗和钢轨波磨发展;轮轨摩擦系数过大会加剧轮轨磨耗,易发生钢轨波磨,然而轮轨摩擦系数过小也会加剧轮轨磨耗,因此建议轮轨间保持适当的润滑状态,轮轨摩擦系数在0.3左右为宜。