《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第一部分公铁水《城市轨道交通嵌入式连续支承无扣件轨道系统成套技术及应用示范》

1 项目名称: 城市轨道交通嵌入式连续支承无扣件轨道系统成套技术及应用示范

2 完成单位: 广州地铁设计研究院股份有限公司、 成都市新筑路桥机械股份有限公司、 广州地铁集团有限公司、 西南交通大学

3 主要完成人: 丁建隆、 史海欧、 杨刚、 谭文、 林志元、 尹华拓、 吴嘉、 罗信伟、 邹东、 贺利工、 曹明华、 夏玉龙、 党红玲、 王平、 胡怡东

　　1项目背景

　　目前城市轨道交通运营过程中普遍面临对沿线地表建筑的振动影响、对车内乘坐舒适性的影响、轮/轨异常磨耗(波磨)严重、日常运营维护工作量大等问题。针对以上问题,行业内提出过多种解决方案,在振动控制方面,提出了各种减振扣件和减振道床,但轨道结构均为离散支承,运营现状并无本质上改善,只是隔离了振动向周围的传播。

　　基于行业问题和轨道技术发展趋势,项目组系统开展了“连续支承、弹性锁固冶的嵌入式无扣件轨道相关基础技术研究、系统/关键材料及部件研发、应用技术研究等,从源头上系统性解决轮轨异常磨耗、振动噪声和日常养护维修量工作量大的问题。

　　2技术概况

　　针对轨道交通振动、噪声、波磨、日常维养量大等问题,开展了嵌入式连续支承轨道系统的技术研发和线路应用示范。主要包括新技术、新结构、新工艺、新材料的研发,通过列车-嵌入式轨道耦合动力学分析等理论研究,结合线路实施及线路性能测试与评估,形成了系统设计、生产制造、施工验收和养护维修成套技术,为城市轨道交通提供一种“减振+降噪+绝缘+日常维养量小冶的新型连续支承结构轨道。

　　3适用范围

　　本项目适用于城市轨道交通领域。

　　4获奖情况

　　本项目曾获得科技奖励如表1所示。

　　1形成了一种“连续支承、弹性锁固冶的新型轨道结构

　　采用高分子材料代替扣件,形成连续支承、连续锁固的弹性钢轨体,改善了轮轨接触动力学性能;属国内地铁领域首次成功运用。

　　2配套高分子材料的开发及应用

　　成功研制出满足系统要求的弹性约束阻尼材料,绝缘电阻达,连续整体弹性包裹敷设于线路,钢轨对地电阻值达。

　　3新施工、维养工艺及其配套工艺设备

　　形成了成套施工和维修技术及其配套工艺工装,系统日常养护少,针对换轨研制临时固定+跨天窗维修技术,并于正线线路行车验证。

　　4兼具减振降噪,性能保持稳定

　　从源头和传播路径上控制振动与噪声的产生和传播,兼具减振和降噪效果。经第三方测试达到高级减振,降低车内噪声5-7dB(A),降低轮轨噪声约7dB(A),线路运营3年综合减振降噪性能稳定。

　　5改善轮轨接触关系,抑制轮轨间异常磨耗,延长钢轨使用寿命

　　连续支承无扣件轨道动位移小,抑制钢轨高频振动,改善轮轨间接触关系,线路监测表明在小半径曲线上运营3年后轨道平顺度良好,未发现波磨。

　　6正向设计和车/轨耦合分析的运用

　　采用正向设计和车轨耦合动力学设计方法,轨道结构及关键零部件与车辆匹配设计,线路测试结果符合预测。

　　围绕项目总体思路和目标,技术路线如图1所示。项目组采用“系统设计+耦合仿真+试验研究冶相结合的方法,开展连续支承轨道结构及材料的初步设计,并建立车辆-连续支承轨道系统分析模型,开展车辆/新型轨道系统安全性、稳定性、耦合动力学、振动噪声特性和轮轨磨耗特性分析,并基于耦合分析和系统缩尺模型试验优化轨道系统设计参数。

　　根据系统设计和分析结果,结合边界条件、接口、限界、车辆和运营环境等实际情况进行研究,建立正线运营过程中维护和应急抢险技术,配置成套施工和维修机具,制定嵌入式连续支承无砟轨道系统设计、施工和养护维修技术标准,形成了嵌入式连续支承无扣件轨道系统技术及应用示范的成套科技成果。

嵌入式轨道与同类型产品对比如表 2 所示。

　　嵌入式轨道系统经过近几年应用,已在全国多地实现了推广应用,如广州地铁十四号线知识城支线、广州地铁十八号线、广州地铁二十二号线、深圳地铁3号线东延线,以及成都、云南、三亚、广州等有轨电车线路,应用总里程超50公里(见图2)。

　　1社会效益

　　相较于传统减振轨道,本项目能在减振的同时减少车内噪声,同时降低线路周围建筑物的振动及二次结构噪声,提升线路运营品质,减少对线路周围建筑物和人民群众生产、生活的影响,提升人民群众乘坐舒适性;另外,由于轨道绝缘性的提高,系统还能减少杂散电流对周围金属管线及建筑物的腐蚀影响。同时,对线路运营单位,日常少维护的特性大大降低了运营人员的劳动强度,适应目前城市轨道交通智慧化高质量发展的趋势,满足设施养护、设备维护、运营管理的安全、高效、绿色发展要求,具有良好的社会效益。

　　2经济效益

　　从轨道专业而言,考虑建设、运营、养护维修、残值等因素,系统进行全寿命周期成本考虑,本项目较同等减振级别的其他产品低20%以上。同时,由于车辆和轨道系统的耦合作用,本项目连续支承结构对车辆运营过程中车辆关键零部件疲劳寿命的提升,进一步降低整个轨道交通运营和维修成本。另外,高架线路或其他有降噪需求的线路位置,采用本项目产品可减少因线路运营噪声带来的工程治理费用;以及城区内穿越燃气管道等敏感区段、对构筑物减少腐蚀而降低安全风险带来的经济效益难以估量。综上所述,本项目应用的经济效益显著。