Автор: Томас Лорен

Инновации в городской интеграции — снижение шума и вибрации от городских железных дорог

Томас Лорен, глава отдела транзитных перевозок в Pandrol, рассматривает проблему шума и вибрации на железнодорожном транспорте и то, как последние инновации в проектировании путей позволяют соседям жить в гармонии с железными дорогами.

Наши города все больше становятся местами, где люди хотят жить, а также работать, и их число растет наряду с железнодорожными направлениями. Согласно «Основным положениями урбанизации ООН 2018», в 2018 году 55% ​​населения мира живет в городских районах по сравнению с 1950 годом, когда этот показатель составлял только 30%. Ожидается, что к 2050 году 68% населения мира будет проживать в городах или поселках. Поэтому задача состоит в том, чтобы обеспечить устойчивую урбанизацию, поскольку к 2050 году эти 2,5 миллиарда новых жителей переедут в города.

Новые жилые комплексы возникают в городах и поселках по всему миру, привлекая людей ближе к транспортной сети. В то же время, правительства поощряют более широкое использование устойчивого транспорта в городах и вокруг них поезд, трамвае и метро, ​​как правило, рассматривается как более эффективный и экологичный, чем автотранспортные средства, поскольку он не создает пробок и не зависит от сжигания топлива для энергии, соответственно и производит меньше выбросов CO2. Все эти факторы сблизили жителей и железнодорожную транспортную сеть. Но увеличения плотности городского населения привело к росту жалоб на уровень шума и вибрации со стороны железнодорожной сети. Кроме того, в настоящее время многие железнодорожные службы работают круглосуточно, поэтому в некоторых городах также существует проблема, связанная с шумом ночью.

Что вызывает шум и вибрацию?

Основополагающим принципом железнодорожного транспорта является жесткий контакт сталь-сталь с низким коэффициентом трения между колесом и рельсом. Это и есть причина эффективности железнодорожного транспорта (низкие эксплуатационные расходы, большая нагрузка на ось…), но также и его бремя, поскольку это создает шум и вибрацию.

Прямой шум в городском транспорте в первую очередь связан с шумом качения, который создается колесами поезда и рельсами в результате их вибрации. Этот шум распространяется по воздуху, от железнодорожной линии до людей, находящихся поблизости.

Но это не единственный негатив. Вибрация, создаваемая жестким контактом между колес-рельс, передается в землю и проникает в близлежащие здания, где она «преобразуется» во вторичный шум, где стены и полы вибрируют и действуют как гигантские громкоговорители. Этот вторичный шум называется структурным шумом и является проблемой для соседей железнодорожного пути — даже при закрытых окнах!

С новым рельсом и новым подвижным составом шум, вероятно, будет минимальным, однако, как только появляются даже небольшие дефекты геометрии и поверхности колеса или рельса, возникают вибрации. Вскоре они становятся заметными местными жителями, что приводит к жалобам.

Как знают все операторы, водители, сильные торможения или оставляемые на линии составы делают рельсы скользкими, это может вызвать пробуксовку колес, приводящую к чрезмерному износу головки рельса. Эти дефекты и создают часто слышимый «стук», который слышат пассажиры железной дороги и местные жители так же как поврежденные колеса воздействуют на рельсы под ними.

Резкие повороты на пути могут вызвать серьезные проблемы у тех, кто живет поблизости из-за визга. Это может быть еще более проблематичным утром, когда каждое транспортное средство, выезжающее из депо, которое, как правило, полно острых изгибов, генерирует высокий визжащий шум при движении по кривой дороге.

Тем не менее, самый распространенный, и некоторые могут сказать, самый раздражающий шум, это «тактовый» звук от рельсов, который появляется в результате движения поезда через локальный дефект. Есть несколько потенциальных причин. Слишком сильное ускорение машиниста на участке пути может привести к проскальзыванию колеса, что, в свою очередь, создает небольшие углубления на пути. Плохо приваренный или шлифованный рельс, или рельс, закрепленный на пластинах, также приведет к дефекту головки рельса.

Зоны с большим количеством торможений или ускорений, а в некоторых случаях поворота поезда на изгибах может привести к смятию рельса, где дефект повторяется через короткие промежутки вдоль пути, вызывая еще больший шум.

Другая главная причина шума и вибрации — это то, что передается в конструкции моста или виадука. Это приводит к тому, что конструкция создает шум, который распространяется по воздуху людям внизу и помимо него. Если в геометрии рельса есть неточности, это также может привести к вибрации.

Наконец, несмотря на заметные улучшения в их конструкции, переезды и стрелочные переводы на пути являются источником значительного шума и вибрации, поскольку они предполагают наличие зазоров и изменений выравнивания для направления колес.

Какой бы ни была причина шума, общая характеристика состоит в том, что, как только жители становятся чувствительны к уровням вибрации и шума, влияющим на их самочувствие, необходимо внести существенные изменения, чтобы снизить их уровень.

Контроль шума и вибрации

Есть четыре способа, чтобы оградить жителей от шумов и вибраций.

Вот они:

  • Установить новую современную железнодорожную систему
  • Проводить мониторинг и обслуживание железнодорожной системы
  • Увеличить износоустойчивость рельса
  • Уменьшить шумы и вибрации

В целом, лучший способ смягчить воздействие шума и вибрации — это интегрировать контрмеры в проект нового или модернизированного пути. Предотвратить шум и вибрацию намного легче, чем исправлять. Необходимо тщательно продумать меры по смягчению последствий и включить их во все современные трамвайные пути, железные дороги и системы метро.

Интеграция шумовых и вибрационных решений в проектирование путей

Конструкция должна тщательно проектироваться, чтобы избежать всех локальных дефектов, создающих шум и вибрацию (гладкая геометрия пути, правильная конструкция колеса и взаимодействие рельса, правильная сварка и шлифование рельсов, базовая устойчивость в пути). Некоторый уровень упругости обычно включен в современную конструкцию пути, чтобы снизить передачу динамических сил от колеса / рельса к основанию пути. Это обеспечивает исходное качество пути, чтобы избежать вибрации.

Мониторинг трека и качества колес

Обеспечение качества и геометрии пути имеет важное значение для снижения шума и вибрации. Для этого необходимо постоянно следить за его состоянием, а также эффективно проводить техническое обслуживание и ремонт, чтобы снизить вибрацию и предотвратить ее ухудшение и возникновение вторичных проблем. Сварочный комплект Pandrol Head Wash Repair (HWR) является популярным решением, поскольку он обеспечивает быстрое и экономически эффективное решение для устранения дефектов головки рельса и значительно снижает затраты на обслуживание современных железнодорожных сетей. Процесс HWR открывает новые возможности для технического обслуживания железных дорог, позволяя устранять дефекты до 1 дюйма (25.4мм), в зависимости от профиля рельса. Например, ремонт стыковых сварных швов, которые часто страдают от приседаний.

Необходимо проводить активный контроль колес, чтобы убедиться, что колесные пары поездов находятся в исправном состоянии и не повреждают колею. Эта проблема привела к разработке WheelChex®, которая позволяет лучше понять рабочие характеристики колес поезда или метро и позволяет разработать надлежащие планы проектирования и технического обслуживания. WheelChex® — это единое измерительное устройство, которое объединяет три измерительные технологии и измеряет ускорение рельса как по вертикали и по горизонтали, так и температуру внутри рельса.

Отслеживание контроля качества по устойчивости

Помимо обслуживания пути и колес, введение упругой среды с особыми характеристиками пружины, то есть упругостью пути, поможет поддерживать качество путей на более высоком уровне в течение срока службы.

Например, на балластном основании подшпальная прокладка (USP) компании Pandrol — это специально разработанные упругие системы, предназначенные для снижения технического обслуживания ж.д. пути, повышения его качества, а также для снижения вибрации путем прикрепления упругих элементов к подошве шпал.

Наличие постоянной жесткости и/или непрерывного удерживания рельса также уменьшит волнистость рельса и последующее увеличение вибрации, а также необходимость технического обслуживания и шлифования. Это может быть достигнуто благодаря постоянно поддерживаемым системам Pandrol QTrack® или системам с базовыми пластинами высокой устойчивости, таким как Pandrol Vanguard и Pandrol Bonded DFF ADH.

Принципы изоляции пути

Если этих первых трех мер недостаточно, вибрацию, создаваемую рельсовыми системами, необходимо дополнительно уменьшить. Основная идея состоит в том, чтобы создать систему пружин с включенной в путь упругой среды с определенными характеристиками пружин и демпферов, которая отвязывает путь. В результате энергия вибрации остается на пути и не передается далее.

Для моделирования условий и контроля эффективности наших решений компания Pandrol разработала программное обеспечение Track Elastic Model (TEM). Эго также можно использовать для моделирования условий при переходе между различными типами путей, чтобы избежать локальных дефектов и увеличения вибрации.

Существуют различные уровни снижения вибрации, которые могут быть достигнуты различными методами. Они варьируются от введения эластичных крепежных элементов до интеграции очень мягкого плавающего пути в зависимости от конкретных требований и условий конструкции.

Решения Pandrol включают в себя опорные плиты VIPA, Bonded DFF ADH и DEE, а также подкладки для шпал и блоков. Эти решения помогают снизить воздействие и вибрацию в городских районах, где требования являются низкими и средними. Подбалластные маты Soft Under Ballast Mats — это еще один вариант, который следует учитывать в случае с балластным основанием.

Предпочтительным решением многих станций метро является система Pandrol VIPA DRS, которая подходит для установки на безбалластных путях и участках, где требуется снижение вибрации и вторичного шума. Она включает опорную плиту PANDROL е-Clip, которая установлена ​​на прокладках из натурального каучука, что обеспечивает устойчивость системы. В определенных пределах конфигурация может быть настроена в соответствии с требованиями к нагрузкам на ось и необходимой жесткости. Система VIPA DRS была установлена ​​в таких крупных городах, как Бангкок, Ченнаи, Дели, Дубай, Гонконг, Стамбул, Калькутта, Куала-Лумпур, Сан-Паулу, Сеул и Сингапур.

Для более высоких требований к снижению шума и вибраций рекомендуются решения Pandrol VANGUARD и подбалластные маты Floating Slab Mat (FSM).

Vanguard

Pandrol Vanguard — это система рельсового скрепления с очень низкой вертикальной динамической жесткостью, которая обеспечивает высокий уровень виброизоляции. Подходит для использования на бетонных или деревянных шпалах, путевых плитах на мостах, туннелях и виадуках. Его преимущество в том, что она представляет собой систему с очень низким профилем, который может быть легко модернизирован, в зависимости от посадочного места. Скрепление предлагает высокий уровень боковой и вертикальной регулировки. В ряде городов, в том числе в Барселоне, Мадриде, Милане, Лондоне, Стокгольме, Сиднее, Сан-Паулу, Филадельфии и Бостоне, были внедрены модифицированные установки на железных дорогах с использованием этой системы. В нескольких случаях было показано, что было достигнуто снижение уровня шума в зданиях порядка от 10 до 12 дБА. Этого было достаточно, чтобы снизить уровень шума до уровня, при котором он едва заметен, и полностью устранить жалобы.

Подбалластные маты FSM

Маты FSM с плавающей плитой устанавливаются под направляющей плиты, чтобы обеспечить превосходное подавление вибраций, поскольку это создает очень эффективную систему массовых пружин, прекрасно работающую как в дневных условиях (автомобили с полной нагрузкой), так и в ночных условиях (пустые автомобили с очень высокими требованиями к уровню шума).

В качестве примера, брюссельская трамвайная линия STIB-MIVB решила установить мат с плавающей плитой (FSM) от Pandrol для снижения шума и вибрации. Более 150 000 м2 FSM было установлено на загруженных городских участках с ограниченным временем на работы. Требования были чрезвычайно высоки, поскольку местные жители регулярно жаловались на шум и вибрацию трамвая на узких оживленных улицах. С момента внедрения решения FSM уровень жалоб жителей на шум и вибрацию был минимальным. Ряд других городов внедрили эти решения по всему миру, включая Ченнай, Сидней, Портленд, Лос-Анджелес, Торонто, Афины, Лиссабон, Мадрид, Рим, Милан, Флоренция, Берген, Будапешт, Сегед, Софию, Алжир, Касабланка, Рио, и Сантьяго.

В наиболее требовательных областях, еще более эффективная система массовых пружин — это плавающая прокладка FSP, где упругие маты заменяют более мягкие дискретные прокладки. Это подразумевает использование дорожки из сборного железобетона, что делает решение более дорогим, но обеспечивает превосходный уровень гашения вибраций и систему, которую легко монтировать и обновлять. Эта система идеально подходит для любого очень требовательного туннельного проекта. Город Барселона использует эту систему с конца 1990-х годов для полного удовлетворения своих граждан.

Заключение

Поскольку железнодорожный транспорт является важной частью экологической транспортной системы, он помогает снизить заторы на дорогах в мире. В настоящее время в городах проживает более 4 миллиардов человеки поэтому необходимо свести к минимуму шум и вибрацию, которые вызывает железнодорожный транспорт.

Правильное проектирование и техническое обслуживание являются ключом к этому, а эффективные шумовые и вибрационные решения интегрируются в новые и существующие железнодорожные сети во многих городах и поселках, что позволяет жителям мирно жить рядом с ними.