CN114575200A - 一种用于地铁隧道的减振屏障结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地铁减振降噪技术领域，更具体地，涉及一种用于地铁隧道的减振屏障结构及施工方法。一种用于地铁隧道的减振屏障结构，包括屏障、减振装置和轨道支撑机构；所述屏障设于隧道内，并通过多个减振装置与隧道内壁底部连接；所述轨道支撑机构设于所述屏障中的底部，所述屏障设有至少两组用于连接轨道支撑机构实现减振的弹性液压装置；各组弹性液压装置对称设于所述轨道支撑机构的水平两侧。在某些特殊区域，如医院与科研院校等存放精密仪器设备的场所列车经过造成的影响更加强烈。安装该减振屏障结构可以主动传导并减弱地铁列车运行产生的振动波，切断噪音的传播途径，减少振动噪音对外部的影响。
Description
技术领域
本发明涉及地铁减振降噪技术领域，更具体地，涉及一种用于地铁隧道的减振屏障结构及施工方法。
背景技术
随着城镇快速扩大发展，城市轨道公共交通已成为现代通勤不可或缺的存在。但是由于城市现有建筑密度不断升高，城市地下轨道交通与建筑不可避免地接近或重合。运营后，列车经过建筑下方隧道结构或周围土体结构产生的振动和噪音会经由轨道结构、隧道结构、周围土层等媒介扰动建筑结构，引起居住者的不适，甚至对建筑造成结构破坏，影响城市生活环境。现有技术对列车经过时产生的振动和噪音的削减阻挡效果不尽人意，有不少轨道附近建筑的居民已经受到了列车振动的影响。在某些特殊区域，如医院与科研院校等存放精密仪器设备的场所造成的影响更加强烈，造成数据测量和实验结果严重偏差。
现有技术公开了一种轨道减振支撑装置，包括上连接板组件、下连接板、弹性减振组件和阻尼器，上连接板组件用于支撑轨道梁；下连接板用于与桥梁主体连接，阻尼器的上端与上连接板组件连接，阻尼器的下端与下连接板连接。但该装置对于高频段振动的减振效果不明显，而且对于噪音的阻断并不理想，同时，在装置使用的过程中弹簧会产生共振对装置的造成损害
发明内容
本发明为解决现有技术对其他频段的振动波阻断效果不佳和噪音阻断不理想的问题，提供一种用于地铁隧道的减振屏障结构及施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于地铁隧道的减振屏障结构，应用于地铁隧道，包括屏障、减振装置和轨道支撑机构；所述屏障设于隧道内，并通过多个减振装置与隧道内壁底部连接；所述轨道支撑机构设于所述屏障中的底部，所述屏障设有至少两组用于连接轨道支撑机构实现减振的弹性液压装置；各组弹性液压装置对称设于所述轨道支撑机构的水平两侧。
屏障用于包围列车以及轨道，有利于减弱列车经过产生的噪音的传播；通过设置弹性液压装置和减振装置可以针对中频段和低频段的振动波进行连续减振，以达到阻断列车振动波的效果。
作为其中一种优选的方案，所述轨道支撑机构与所述屏障之间设有用于减振的减振垫板。通过设置减振垫板可以消减地铁经过轨道所产生的高频段振动波，有效避免高频段振动波向周围地层扩散。
作为其中一种优选的方案，所述弹性液压装置包括第一套筒、第二套筒、弹簧和垫片；所述第一套筒、第二套筒为一端开放、一端封闭的桶形结构；所述第一套筒与所述第二套筒开口相向并进行套接，两者之间形成密闭空间，所述弹簧置于密闭空间内，弹簧两端分别抵接所述第一套筒和所述第二套筒的底面，所述密闭空间内填有用于避免弹簧共振的液压油。
在液压装置中内置一个弹簧组成弹性液压装置，可以通过弹簧对振动的微调，以达到对较小振动波的抑制作用，高敏感弹簧液压装置使减震弹簧直接限制并接受轨道支撑机构产生的振动，同时在纯液压油环境下可以有效缓解弹簧的共振现象，避免因弹簧共振而导致装置失效或者损坏整个装置。
作为其中一种优选的方案，所述第一套筒与所述第二套筒之间设有用于增加密封性的垫片，所述垫片设有用于连接第二套筒开放端边缘的凹槽。垫片为环状结构，设有包围第二套筒开放端边缘的凹槽，这样可以有效增加弹性液压装置的密封性，避免液压油的泄露；垫片凹槽底部与第一套筒的底部距离为 3-5cm，作为弹簧可以自由缓冲消除振动的区间。
作为其中一种优选的方案，所述减振装置包括两个安装块和若干个刚性圆环，两个所述安装块并排对齐设置且相互间留有间距；
各刚性圆环的圆心位于同一轴线，并依该轴线顺序均匀排列；各刚性圆环均同时贯穿并连接两个所述安装块。减振装置的刚性圆环具有足够的支撑强度与一定的缓振韧性，可以减弱中频段振动波对周围环境的影响。
作为其中一种优选的方案，所述屏障为环状屏障，屏障设有用于吸收隧道内噪音的消音孔。在环状屏障内壁设置消音孔，将地铁隧道内运行产生的噪音吸收消除，以达到覆盖降噪的效果。
作为其中一种优选的方案，所述轨道支撑机构为T字形结构，顶部为用于铺设地铁轨道的平板，底部为用于支撑的中空的支撑凸块；所述减振垫板顶部设有与所述支撑凸块配合的槽面，底部设有与所述屏障紧密配合的弧形底面。
轨道支撑机构的平板下部所设有的中空凸起支撑块具有消声作用，可以让噪声在中空结构中转换成能量以减少噪声；通过在轨道和支撑机构之间铺设弹性垫板有利于阻断高频段的振动波，避免这部分高频段振动波向外扩散。减振垫板与屏障接触一端为弧面，可以贴近屏障，与轨道支撑机构接触一段为平面，可以有效支撑轨道支撑机构；在轨道支撑机构和轨道之间设置减振垫板可以有效阻断列车经过时所产生的高频振动波的传播。
作为其中一种优选的方案，所述弹性液压装置，所述减振装置和所述减振橡胶沿地铁隧道方向间隔30-70m周期性分布。
作为其中一种优选的方案，所述平板与地铁轨道之间设有用于减振的弹性垫板。弹性垫板与减振垫板的材料和作用一致，用于减弱高频段振动波对周围环境的影响。
一种用于地铁隧道的减振屏障结构施工方法，包括以下步骤：
S1：建设始发竖井和到达竖井；
S2：使用大口径盾构法进行地铁隧道施工，横截面为圆形；
S3：确定弹性液压装置和减振装置与隧道相交的位置后进行开洞，利用爆桩法分别对轨道支撑机构、屏障开洞，在开洞位置进行桩孔钻取；
S4:在隧道内壁上间隔30-70m钻孔安装减振装置；
S5:在隧道内安装预制的屏障并在所述屏障外侧钻孔与所述减振装置连接；
S6:沿地铁隧道轴向方向每间隔30-70m,在所述轨道支撑机构的平板安装弹性液压装置连接所述屏障,在所述轨道支撑机构与所述屏障之间安装减振垫板；
S7:回填所述出发竖井和到达竖井；
S8:在所述轨道支撑机构铺设弹性垫板后安装轨道。
其中，在隧道内壁上沿地铁隧道轴向方向每间隔30-70m钻孔安装减振装置优选间距为50m；在所述轨道支撑机构的平板间隔30-70m安装弹性液压装置连接所述屏障优选间距为50m；在所述轨道支撑机构与所述屏障之间沿地铁隧道轴向方向每间隔30-70m安装减震垫板优选间距为50m。在隧道挖好后再安装预制好的轨道支撑机构、弹性液压装置、减振装置可以提高施工效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种用于地铁隧道的减振屏障结构，该减振屏障结构包括弹性液压装置、减振装置、屏障、减振垫板和弹性垫板，该结构设置于自然地层的轨道壁内部，用于主动传导并减弱地铁列车运行产生的振动波，切断噪音的传播途径，减少振动噪音对外部的影响，其中，减振装置具有足够的支撑强度与一定的缓振韧性，对于消减中频段的振动具有明显的效果；减振垫板和弹性垫板可以消减高频段的振动；弹性液压装置可以消减低频段的振动，同时，利用液压装置可以有效减缓弹簧的共振现象，延长弹性液压装置的使用寿命，通过多重机械结构与垫板组成的连续减振系统，逐步多次切针对不同频段的振动波进行连续减振，可以达到阻断列车振动波的效果。
附图说明
图1是本发明减振屏障使用状态示意图。
图2是本发明减振屏障使用状态主视图。
图3是本发明轨道支撑机构的结构示意图。
图4是本发明减振垫板结构示意图。
图5是本发明屏障的结构示意图。
图6是本发明弹性液压装置结构示意图。
图7是本发明减振装置结构示意图。
图8是本发明垫片结构示意图。
其中，1、屏障；11、消音孔；2、减振装置；21、安装块；22、刚性圆环； 3、轨道支撑机构；31、平板；32、支撑凸块；4、弹性液压装置；401、第一套筒；402、第二套筒；403、弹簧；404、垫片；4041、凹槽；5、弹性垫板；6、减振垫板；61、槽面；62、弧形面；7、隧道。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种用于地铁隧道的减振屏障结构，该减振屏障应用于地铁隧道，包括弹性液压装置4，屏障1，减振装置2和轨道支撑机构3；其中，屏障1置于隧道7内，通过减振装置2与轨道内壁连接；轨道支撑机构3置于屏障1中，通过弹性液压装置4连接屏障1。
进一步地，如图3所示，地铁轨道铺设在屏障1内，通过轨道支撑机构3 支撑地铁轨道，轨道支撑机构3设有用于铺设轨道的平板31，平板31底部设有用于支撑的中空支撑凸块32；轨道支撑机构3与轨道之间设有用于减振的弹性垫板5；其中，轨道与平板31之间铺设有弹性垫板5，弹性垫板5由橡胶材料制作而成，弹性模量为4-5MPa，可以有效阻断高频段振动波的传播，地铁列车运行产生的振动噪音通过钢轨传递到轨道板上，进而通过支撑轨道板的轨道支撑机构3扩散到周围底层中，因此设置弹性垫板5可以减弱振动噪音的扩散。同时，轨道支撑机构3与屏障1连接处设有减振垫板6；减振垫板6设有弧形面62与屏障1紧密配合。在轨道支撑机构3与环状屏障1连接处设置由橡胶制作而成的减振垫板6同样可以进一步减振，降低振动噪音的扩散。轨道支撑机构3的支撑凸块32设置成中空结构则可以将列车经过轨道时产生的噪音在空腔内进行能量转化以减少向外传递的噪音。
如图6所示，弹性液压装置4、附带消音孔11的环状屏障1以及由安装块 21和刚性圆环22组成的减振装置2；其中，弹性液压装置4包括第一套筒401，第二套筒402，弹簧403，垫片404；第一套筒401的直径比第二套筒402的直径大；第二套筒402套进第一套筒401，弹簧403置于第一套筒401和第二套筒402形成的密闭空间内；第一套筒401和第二套筒402连接处设有垫片404，用于增加弹性液压装置4的密封性,同时,装置填充有用于消除弹簧403产生共振的液压油。垫片404设有用于连接第二套筒402开口端的凹槽4041，这样用凹槽4041包住第二套筒402使其与第一套筒401的配合更加紧密，有效防止液压油的泄漏。第一套筒401一端与环状屏障1连接，第二套筒402一端与支撑机构的平板31连接，弹性液压装置4可以有效阻断列车经过产生过的低频段振动波，而且液压装置内部填充的纯液压油具有避免弹簧403产生共振现象的作用。
在轨道支撑机构3的平板31两侧以平板31的水平面为基准向下偏移45°和90°分别安装一个弹性液压装置4，当列车经过时，会产生各种频段的振动波经由轨道、轨道支撑机构3传向弹簧403式液压装置，当振动波达到该弹性液压装置时，由于装置内部的垫片404距离第一套筒401底部3-5cm供弹簧403 自由调节，因此弹性液压装置4可以有效阻断大部分振动波向外传递；弹簧403 在使用过程中会产生共振进而导致该装置失效甚至导致装置损坏，因此在装置内部填充液压油可以降低弹簧403发生共振的可能。
具体地，如图5所示，在隧道7内部安装的屏障1用于吸收列车经过时产生的噪音，避免噪音影响地铁线路附近的居民；屏障1通过减振装置2与隧道 7底部内壁连接，在连接处设有减振装置2可以进一步消减向外传播的振动波。进一步地，屏障1为环状屏障，设有用于吸收隧道7内噪音的消音孔11。通过在屏障1内设置消音孔11可以消除列车经过时产生的噪音，避免噪音向外传播。
在屏障1内侧钻孔安装弹性液压装置4连接轨道支撑机构3和屏障1，用于减少振动的传递；如图2所示，具体地，在轨道支撑机构3的平板31两侧以平板31的水平面为基准向下偏移45°和90°的位置每隔50m钻孔安装一组弹性液压装置4，用于减少低频段振动波向外传递。具体地，减振装置2设于屏障1与轨道内壁之间，用于消除轨道产生的振动。减振装置2包括两个安装块21和刚性圆环22；安装块21设有用于安装刚性圆环22的槽；刚性圆环22连接两个安装块21，两个安装块21之间有间距。通过若干个刚性圆环22连接两个安装块21，两个安装块21非接触连接，安装块21之间留有空间，这样可以有效提高减振效果，通过若干个刚性圆环22进行连接可以达到阻尼器的效果，而且以这种方式制成的减振装置2使用寿命更长，对成本的控制起到了有效的帮助。
进一步地，如图7所示，减振装置2由两个安装块21和刚性圆环22组成，其中，安装块由两个一样的垫块拼接而成，垫块设有刚性圆环22的安装槽，将刚性圆环22置于槽内，通过拼接两个垫块对刚性圆环进行固定后，使用螺栓和螺母将两个垫块固定并焊接，以提高减振装置的强度，避免在使用过程中发生解体。具体地，两个安装块21之间留有间距，间距为300mm，安装块高与宽为 360mm；环间距范围为200～250mm，优选为225mm，环数量范围为18～24，优选为21，刚性圆环22半径范围为30～40mm，优选为35mm。其中，刚性圆环22 的直径、环间距和数量视地铁承重需求等比例变化。
本实施例具体的实现形式为，在轨道板下方与轨道支撑机构3之间的位置铺设弹性垫板5，在轨道支撑机构3与屏障1连接的地方设置减振垫板6，在屏障1与隧道7内壁连接的地方设置减振装置2，在轨道支撑机构3的平板31两侧设置弹性液压装置4，通过设置以上部件对列车经过轨道所产生的振动和噪音进行阻断，进而避免振动波和噪音向周围底层扩散，对线路附近的居民或者企业造成影响。
实施例2
本实施例提供了一种用于地铁隧道的减振屏障结构，该减振屏障结构周期性地分布在地铁隧道7内。其中，本实施例优选间隔30m安装一组减振屏障装置，具体地，在隧道7内确定第一组减振屏障结构的安装位置后，在隧道7内壁钻孔安装减振装置，然后安装预制好的环状屏障，在屏障内底部安装减振垫板6，之后在轨道支撑结构与屏障内壁对应的位置打孔安装弹性液压装置；安装完第一组减振屏障结构后，沿地铁隧道7轴向方向每隔30m重复以上安装步骤，通常应用于弯度大或转弯数量多的地铁隧道7，使减振屏障结构周期性地分布在轨道上，对于整条地铁隧道7都可以起到减振降噪的作用，避免地铁经过所产生的振动和噪音影响周围环境。
实施例3
本实施例提供了一种用于地铁隧道的减振屏障结构，该减振屏障结构周期性地分布在地铁隧道7内。其中，本实施例优选间隔70m安装一组减振屏障装置，具体地，在隧道7内确定第一组减振屏障结构的安装位置后，在隧道7内壁钻孔安装减振装置，然后安装预制好的环状屏障，在屏障内底部安装减振垫板6，之后在轨道支撑结构与屏障内壁对应的位置打孔安装弹性液压装置；安装完第一组减振屏障结构后，沿地铁隧道7轴向方向每隔70m重复以上安装步骤，通常应用于弯度较为平缓的地铁隧道7，使减振屏障结构周期性地分布在轨道上，对于整条地铁隧道7都可以起到减振降噪的作用，避免地铁经过所产生的振动和噪音影响周围环境。
实施例4
本实施例提供一种减振屏障施工方法。首先，在工厂预制6m宽的混凝土管环支撑机构，附带消音孔11的混凝土环状屏障管片，5m×6m×0.5m、4-5MPa 的弹性垫板5，厚度为1-2m的减振垫板6，长度为2-3m、弹性模量为1-1.5MPa 的弹性液压装置4以及长度为6m、弹性模量为1-3MPa的减振装置2。
其中，环状屏障的材料为C50钢筋混凝土；弹性垫板和减振橡胶所用材料为硅橡胶或者丁基橡胶。
第二步，在需要安装减振屏障1的地铁线路上测算地面上部区间，建立始发竖井和到达竖井。然后使用大口径盾构法进行地铁隧道施工，选择直径为10m 的盾构机，横断面选择圆形结构；施工采用的隧道管片结构为钢筋混凝土管片。其中，盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
地铁隧道施工完毕后，分别确定弹性液压装置、减振装置2与隧道7相交具体位置，对隧道管片进行开洞。开洞截面积尺寸为0.6m×0.6m，利用爆桩法在开洞位置进行桩孔钻取，钻取深度为4-6m。其中，爆桩法施工时一般采用简易的麻花钻，手工或机动在地基上钻出细而长的小孔，然后在孔内安放适量的炸药，利用爆炸的力量挤土成孔，也可用机钻成孔；接着在孔底安放炸药，利用爆炸的力量在底部形成扩大头。由于爆桩法为本领域技术人员所公知的技术，在此不详细展开叙述。
第三步，在隧道内壁以轨道支撑结构3的平板31的水平面为基准向下偏移 15°、30°与45°沿地铁隧道7轴向方向每隔50m周期性地左右两边均匀地钻孔安装6组减振装置2，再在隧道7内安装预制的附带消音孔11的屏障1管片，同时钻孔连接屏障1管片外侧与减振装置2内端。在混凝土管环支撑机构两侧以轨道支撑结构3的平板31的水平面为基准向下偏移45°与90°沿地铁隧道 7轴向方向每隔100m周期性地左右两边均匀钻孔布设2个弹性式液压装置，钻孔连接环状屏障1内侧；沿地铁隧道7轴向方向每隔100m周期性地布设减振垫板6在轨道支撑机构3与屏障1之间。
最后，回填出发竖井与到达竖井，安装弹性垫板5与轨道结构。
由于建立与回填始发竖井和到达竖井为本领域技术人员所公知的技术，在此不详细展开叙述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，包括屏障(1)、减振装置(2)和轨道支撑机构(3)；
所述屏障(1)设于隧道(7)内，并通过多个减振装置(2)与隧道(7)内壁底部连接；所述轨道支撑机构(3)设于所述屏障(1)中的底部，所述屏障(1)设有至少两组用于连接轨道支撑机构(3)实现减振的弹性液压装置(4)；
各组弹性液压装置(4)对称设于所述轨道支撑机构(3)的水平两侧。
2.根据权利要求1所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述轨道支撑机构(3)与所述屏障(1)之间设有用于减振的减振垫板(6)。
3.根据权利要求1所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述弹性液压装置(4)包括第一套筒(401)、第二套筒(402)和弹簧(403)；所述第一套筒(401)、第二套筒(402)为一端开放、一端封闭的桶形结构；
所述第一套筒(401)与所述第二套筒(402)开口相向并进行套接，两者之间形成密闭空间；所述弹簧(403)置于密闭空间内，弹簧(403)两端分别抵接所述第一套筒(401)和所述第二套筒(402)的底面，所述密闭空间内填有用于避免弹簧(403)共振的液压油。
4.根据权利要求3所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述第一套筒(401)与所述第二套筒(402)之间还设有用于增加密封性的垫片(404)，所述垫片(404)设有用于连接第二套筒(402)开放端边缘的凹槽(4041)。
5.根据权利要求1所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述减振装置(2)包括两个安装块(21)和若干个刚性圆环(22)，两个所述安装块(21)并排设置且相互间留有间距；
各刚性圆环的圆心位于同一轴线，并依该轴线顺序均匀排列；各刚性圆环均并连接两个所述安装块(21)。
6.根据权利要求1所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述屏障(1)为环状屏障，屏障(1)设有用于吸收隧道(7)内噪音的消音孔(11)。
7.根据权利要求2所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述轨道支撑机构(3)为T字形结构，顶部为用于铺设地铁轨道的平板(31)，底部为用于支撑的中空的支撑凸块(32)；所述减振垫板(6)顶部设有与所述支撑凸块(32)配合的槽面(61)，底部设有与所述屏障(1)紧密配合的弧形底面(62)。
8.根据权利要求7所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述平板(31)与地铁轨道之间设有用于减振的弹性垫板(5)。
9.根据权利要求2所述用于地铁隧道的减振屏障结构，其特征在于，所述弹性液压装置(4)、所述减振装置(2)和所述减振垫板(6)沿地铁隧道(7)方向间隔30-70m周期性分布。
10.一种用于地铁隧道的减振屏障结构施工方法，基于权利要求2-9任一项所述的减振屏障结构，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建设始发竖井和到达竖井；
S2：使用大口径盾构法进行地铁隧道施工，横截面为圆形；
S3：确定弹性液压装置(4)和减振装置(2)与隧道(7)相交的位置后进行开洞，利用爆桩法分别对轨道支撑机构(3)、屏障(1)开洞，在开洞位置进行桩孔钻取；
S4:在隧道(7)内壁上间隔30-70m钻孔安装减振装置(2)；
S5:在隧道(7)内安装预制的屏障(1)并在所述屏障(1)外侧钻孔与所述减振装置(2)连接；
S6:沿地铁隧道轴向方向每间隔30-70m,在所述轨道支撑机构(3)的平板(31)安装弹性液压装置(4)连接所述屏障(1),在所述轨道支撑机构(3)与所述屏障(1)之间安装减振垫板(6)；
S7:回填所述出发竖井和到达竖井；
S8:在所述轨道支撑机构(3)铺设弹性垫板(5)后安装地铁轨道。
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