01 主要技术特点描述

1.1国内外技术发展现状

城市轨道交通因其运能大、速度快、能耗低、污染少、安全准时、乘坐舒适等优点，近年来在我国得到了持续快速发展。截至2020年年底，全国（不含港澳台）共有44个城市开通运营城市轨道交通线路233条，运营里程7545.5公里，稳居世界首位。城市轨道交通已成为我国解决城市公共交通运输问题的根本途径。

城市轨道交通在提升居民出行质量、改善城市生态环境、促进城市经济发展和优化城市空间布局中起着关键的作用。但与此同时，随着各个城市轨道交通线网不断加密，列车速度不断提高，线路运营年限不断增长，由之诱发的振动与噪声负面问题愈发严重，越来越引起人们的注意，国际上振动和噪声已成为七大环境公害之一。其负面影响可能会体现在：第一，干扰人们正常生活。如北京四惠地铁车辆段，列车运行诱发的上盖建筑室内振动及二次噪声严重影响室内人员正常生活；第二，影响精密设备正常使用。如北京地铁4号线穿越北京大学校园时所诱发的环境振动，致价值4亿元的精密仪器受到振动影响；第三，影响建筑结构安全使用。如北京地铁5号线开通运行后，一些地段临近线路的民房受到地铁列车的振动影响而出现裂缝延展和门窗玻璃及天花板振裂等现象。由此可见，城市轨道交通带来的振动噪声负面影响亦不可忽视，严重影响其绿色、健康与可持续发展。

已有研究表明城市轨道交通诱发的环境振动以小于120Hz的低频振动为主。要有效控制城市轨道交通环境振动，需针对这些频段开展相关研究。城市轨道交通环境振动控制技术根据采取措施位置的不同可分为振动源控制措施、传播途径控制措施及受振对象振动防护措施三大类。对于振动源控制技术，可以从四个方面采取对策。

（1）控制轮轨不平顺。车辆运行时，轮轨表面粗糙度、轨道几何不平顺和车辆-轨道参数激励激发的轮轨耦合振动决定着传递到轨道结构上的动荷载值。因此控制车轮和钢轨表面粗糙度，如镟修车轮、打磨钢轨和整修轨道几何形位等均可以减小环境振动。

（2）优化车辆参数。研究发现降低一系弹簧刚度和降低簧下质量能较好地减小环境振动。采用弹性车轮，即在轮心和轮箍之间加上一圈刚度小且阻尼大的橡胶材料，以消耗车轮的振动能量，也可以起到一定减小环境振动的作用。

（3）改变轨下基础。硬化轨下基础是提高基础承载能力控制轨道沉降的重要措施，同时该措施可以有效控制主要由准静态荷载因素引起的环境振动。

（4）优化轨道结构参数。轨道结构具有典型的层状特性，基于隔振原理在轨道结构层状体系中插入低刚度弹性元素，降低轨道整体刚度，减少振动能量往轨下基础传递，进而起到减小环境振动的作用。如采用橡胶靴套的支承块式减振轨道、采用扣件弹性垫板的减振扣件式减振轨道、采用枕下橡胶条的梯形轨枕式减振轨道以及采用道床橡胶垫或螺旋钢弹簧的浮置板式减振轨道。与其他减振轨道相比，钢弹簧浮置板轨道以其具有三维支承刚度、易于更换、不易诱发钢轨波磨、使用寿命长和减振效果非常显著等优势而被广泛应用于城市轨道交通建设中。

大量既有理论与试验研究表明，虽然钢弹簧浮置板轨道在所有减振轨道中性能最为优越，但在实际应用中也存在一些不足之处。城市轨道交通列车运行诱发的轮轨耦合振动，历经钢弹簧浮置板轨道结构、轨下基础和环境土体传递至沿线建筑物。在这一传递过程中，高频成份通过轨道结构、轨下基础结构及土体的能量转移和耗散等作用能够得到显著的衰减。而小于20Hz的低频振动成分衰减效果并不明显，尤其是对于医院、学校、实验室、博物馆等建筑物内的精密仪器和珍贵文物十分敏感的10Hz左右的振动成分，更是难以达到理想的衰减效果。由线性振动理论可知，对于线性单自由度弹簧-质量系统来说，只有当外激励频率大于根号2倍的系统固有频率时，才能产生隔振效果。由于种种现实条件限制，浮置板基频难以做到很低。由此可见，通过降低浮置板轨道基频来提高有效隔振频率范围的方法存在明显局限性。

此外，上述基于隔振原理的减振措施会改变轨道结构的振动特性，导致隔振元件上部结构振动响应加大，进而引发轮轨噪声辐射增加等不利影响。试验研究表明，当列车经过地下线路钢弹簧浮置板地段时，车内噪声连续等效A声级相比于同工况下普通无减振轨道地段增大约3-5dB，并在50-200Hz范围内出现显著峰值，影响乘车环境舒适性。且根据对应的振动测试，初步判断车内低频噪声增加与浮置板振动响应增大有关。基于轮轨耦合系统动力学的理论研究亦表明钢弹簧浮置板轨道辐射声功率级要大于普通轨道，其主要原因在于支承钢弹簧的加入降低了轨道整体垂向刚度，导致浮置板中低频振动增大，从而导致浮置板辐射声功率级增大。研究同时也表明支承钢弹簧的加入对钢轨辐射噪声的中心频率和辐射声功率级影响较小。以上研究表明，浮置板轨道辐射噪声大的主要原因在于浮置板辐射噪声大，然而目前国内外关于如何控制浮置板辐射噪声的研究几乎未见报道。

传播途径控制技术。传播途径中的减缓措施旨在阻隔弹性波通过土体传播到附近的建筑物。具体措施如设置隔振沟的地屏障及放置重物于轨旁。研究表明地屏障深度须大于传播波波长的四分之一时，地屏障方可取得一定的减振效果。对于以中低频振动特性为主的轨道交通环境振动，一般地屏障深度需大于15m才有一定的减振效果。由于隔振沟或地屏障深度要求较大，在铁路用地范围内设置该深度的隔振沟或地屏障，投资巨大且对铁路运输安全存在一定隐患。另外放置重物于轨旁的措施性价比不高。因此目前国内外关于采取该类措施控制铁路环境振动的实际案例甚少。

受振对象振动防护措施。受振对象防护措施多基于隔振原理，如采用钢弹簧或橡胶支座等隔离建筑基础与上部结构的振动传递。由于施工难度大且造价昂贵，该类措施实际实施中难度极大，通常只在前两种防护措施无法满足减振需求时才考虑采纳。

综上所述，国内外科研人员基于实践和理论创新开展了大量关于城市轨道交通环境振动与噪声控制的研究，历经多年发展，其基本理论与作用机理等取得了丰硕成果，其有效性已为大量的应用实践所证明，在城市轨道交通环境振动与噪声控制中取得了卓越成效。但是，在应用中也存在一些问题或遇到一定瓶颈。如有些地段尽管采用了浮置板轨道，其实际效果仍未能完全满足需求，因振动及噪声影响超标而遭投诉的事件仍屡有发生。可见，要全面有效地解决城市轨道交通环境振动与噪声负面问题，需要探索和研究新的振动与噪声控制方法。形成轨道结构振动并产生噪声辐射的本质原因可归结为轨道结构中弹性波的传播效应及其与轨道结构边界约束以及周围环境中声学介质的相互作用。因此，对轨道结构中的弹性波传播行为进行调控可能是实现轨道结构减振降噪的有效手段之一。声子晶体是具有弹性波带隙的周期性复合材料或结构。声子晶体其带隙思想，即声子晶体的布拉格带隙和局域共振带隙思想是调控工程结构弹性波传播的最有效方法之一，它可以通过结构定向设计达到人为精确调控弹性波传播的目的。基于此，项目组提出并研制了声子晶体隔振器浮置板轨道。

此外，大量运营实践表明，点支撑式浮置板地段易出现轨道地基下沉、隔振器断裂等病害，这些病害直接影响浮置板系统的减振效果，甚至会影响行车安全。针对这一问题，目前普遍在隔振器套筒上安装机械式断簧指示器或仪表式断簧指示器，然而这类措施存在标定值难以准确确定的难题，导致大量漏报事件发生。为此本项目针对声子晶体隔振器浮置板轨道开发了性能更为优异的浮置板道床姿态在线监测系统，以实时监控浮置板减振轨道系统的工作状态和服役性能。

1.2关键技术内容及技术路线

1.2.1基于带隙原理的低频带声子晶体隔振器动力参数设计研究

（1）研究声子晶体隔振器带隙结构基本特征

声子晶体结构的带隙特性使其在禁带频率范围内具有隔振性能。已有研究表明城市轨道交通诱发的环境振动以低频为主，且对于精密仪器、建筑物及人体等极为敏感的10Hz左右的低频振动既有措施难以控制，故将8-20Hz频段作为声子晶体隔振器带隙设计目标频段。同时声子晶体隔振器垂向刚度应取值较小，以保证声子晶体隔振器作为结构部件，为浮置板提供较小的垂向刚度，可形成固有频率较低的质量-弹簧系统，保留传统浮置板轨道的隔振效果。

由于浮置板与轨道基础之间的可用空间有限，且现有钢弹簧隔振器的高度也仅在300-400mm的数值范围内，高度尺寸限制使得隔振器难以产生8-20Hz的低频布拉格带隙。故需借助局域共振机理，并通过带隙展宽方法以形成8-20Hz低频带隙。同时借鉴申请人已有点支承浮置板轨道和周期性隔振器设计经验，声子晶体隔振器结构示意如下图1所示。其中，周期性连接件和内环橡胶串联形成承力部件，提供垂向支承刚度；环形振子串联外环橡胶构成局域振子，形成低频带隙，以阻隔低频振动波的传递。

对于声子晶体隔振器，建立如图2所示的主结构-子结构周期弹簧振子等效参数模型。其中元胞内连接件和内环橡胶分别简化为质量为ms的振子和刚度系数为ks、阻尼系数为cs的线性弹簧-阻尼单元，环形振子和外环橡胶则分别简化为质量为mj的振子和刚度系数为kj、阻尼系数为cj的线性弹簧-阻尼单元，建立元胞的运动方程。然后结合相邻元胞周期性边界条件及Bloch定理，根据传递矩阵法，即可得到声子晶体隔振器周期结构振动带隙计算模型。根据此模型可以计算声子晶体隔振器的弹性波能带结构，在此基础上分析研究声子晶体隔振器振动带隙基本特征。

（2）研究声子晶体隔振器带隙调制规律

根据《浮置板轨道技术规范》（CJJ/T 191-2012），在列车额定荷载作用下浮置板的最大垂向位移不应大于3mm，因此声子晶体隔振器结构垂向刚度不宜太小。声子晶体隔振器垂向刚度由若干个连接件和内环橡胶串联而成，且主要由后者决定，其垂向刚度可近似为单个内环橡胶剪切刚度ks与其元胞数目n之商。再者考虑到隔振器的结构高度限制，元胞数目不宜太多；同时考虑到周期隔振结构实际隔振效果与其元胞数目成正比，并结合前期研究经验，n取为4较为合适。在此基础上，结合地铁设计规范荷载取值和浮置板的最大垂向位移不大于3mm，可以确定单个内环橡胶剪切刚度ks的最小值，并取该最小值以保证声子晶体隔振器做为结构部件，与浮置板组合构成固有频率较低的质量-弹簧系统，保留传统浮置板道床的隔振效果。

基于上述（1）的计算模型，以工程上常用材料参数为依据，依次分析图3所示ms、cs、mj、kj和cj五项动力学参数单因素对声子晶体隔振器带隙的调节规律，以初步确定能调制出目标频段带隙的各动力学参数取值范围。在此基础上，在初步确定的参数范围内，进一步进行多因素优化分析，寻求能调制出目标频段宽频带隙的各动力学参数取值。

（3）研究声子晶体隔振器能量分布特征

为了进一步研究声子晶体隔振器的隔振行为，从能量角度出发，研究外界荷载作用下声子晶体隔振器结构之间的能量流动特性。即分别研究当外界激扰频率处于带隙频段范围之内时，振动输入能量的去向；当激扰频率处于带隙频段范围之外时，声子晶体隔振器结构中振动能量的传递与分布规律。

声子晶体隔振器结构中的能量流动特性计算示意图如图3。声子晶体隔振器结构元胞数目和元胞内的各项参数取上述（2）给出的最优结果。结构的下端为自由端，上端施加幅值为3mm简谐位移荷载。分别计算简谐荷载频率在带隙频段范围内和外情况下，外激励输入到声子晶体隔振器结构系统的总能量、系统中的能量分布、阻尼耗能及系统的能量输出，对比分析揭示声子晶体隔振器的隔振行为特征，揭示声子晶体隔振器减隔振的深层次原因。

1.2.2列车激扰作用下声子晶体隔振器减振效果评估研究

（1）建立车辆-浮置板轨道-隧道-地基系统空间耦合振动计算模型

基于轮轨系统耦合动力学理论，建立车辆-浮置板轨道-隧道-地基系统空间耦合振动时域分析模型。模型中车辆考虑为具有两个转向架的四轴客车，共31个自由度的多刚体模型。其中车体和转向架都考虑沉浮、横摆、侧滚、摇头和点头五个自由度，轮轨则考虑沉浮、横摆、侧滚、摇头四个自由度。轨道则为钢轨-浮置板两层结构，钢轨考虑为空间Timoshenko梁单元，扣件系统、隔振器考虑为线性弹簧-阻尼单元，浮置板考虑为薄板单元，相邻浮置板之间的剪力铰采用线性剪切弹簧单元模拟。隧道衬砌考虑为Flagge薄壁圆柱壳单元，浮置板与隧道衬砌通过弹簧-阻尼单元连接。地基简化为线性弹簧-阻尼单元。列车与轨道的相互作用通过轮轨接触实现。轮轨空间接触几何关系采用传统的迹线法和最小距离法求解，轮轨法向力采用非线性赫兹接触理论进行计算，轮轨蠕滑力的求解则基于沈氏理论，并采用新型显式积分方法求解大耦合振动方程。建立该车辆-浮置板轨道-隧道-地基系统空间耦合振动计算模型，为研究列车激扰作用下声子晶体隔振器减振效果研究提供理论基础。

（2）验证车辆-浮置板轨道-隧道-地基系统空间耦合振动计算模型

选取三个运行状态较好的钢弹簧浮置板轨道典型路段，调研其运行车辆、轨道和隧道设计参数、地质勘查资料及轨道状态如轨道几何不平顺等参数。基于上述建立的车辆-浮置板轨道-隧道-地基系统空间耦合振动计算模型，计算分析三个典型钢弹簧浮置板轨道路段在设计运营速度下，车辆、浮置板轨道和隧道结构各部分的振动响应。与此同时，组织现场试验测试相同工况下车辆、浮置板轨道和隧道结构各部分的实际时域振动响应。并通过在时域、频域和时频域对比分析实测值和理论计算值，以验证上述建立的理论计算模型，为评估列车激扰作用下声子晶体隔振器减振效果提供可靠支撑。

（3）评估列车激扰作用下声子晶体隔振器减振效果

将声子晶体隔振器考虑为如图3所示的四个串联的线性弹簧-阻尼单元，同时取上述研究内容1.2.1第（2）节得到的声子晶体隔振器最优动力参数，并基于上述经验证的计算模型，计算在轨道不平顺、轮轨粗糙度、结构不平顺等因素的激励下，车辆、浮置板轨道和隧道结构的动态响应。同时计算相同工况下普通道床无减振时，即道床直接与隧道相连时，隧道结构的动态响应。依据《浮置板轨道技术规范》（CJJ/T 191-2012）规定的浮置板轨道减振效果的评价方法，计算推演列车激扰作用下声子晶体隔振器减振效果。同时评估声子晶体隔振器8-20Hz带隙频段内的减振特性及浮置板的最大垂向位移是否满足不大于3mm的要求。

1.2.3声子晶体隔振器结构设计及综合减振降噪性能研究

（1）定量设计声子晶体隔振器结构

借鉴已有点支承浮置板轨道和周期性隔振器设计经验并考虑更换维修方便，声子晶体隔振器结构尺寸应与既有钢套筒相匹配，其结构示意图如上图1所示。对于每个元胞而言，结构垂向刚度和阻尼由内环橡胶提供，因而尽可能选用低频阻尼系数大、高频阻尼系数小的橡胶材料。声子晶体隔振器主要由外环橡胶低剪切刚度实现。因此需选用弹性模量小的橡胶材料。然后，根据上述研究得到的声子晶体隔振器最优动力学参数，建立声子晶体隔振器有限元模型。采用多目标优化法，根据满足构造要求和制作施工简便等原则，求解声子晶体隔振器结构材料属性和细部几何参数的最优解集。然后对最优声子晶体隔振器结构进行强度检算，以检验其结构自身的安全性和可靠性。

（2）定量设计声子晶体隔振器附属负刚度调节机构

考虑到要实现8-20Hz的低频带隙，外环橡胶剪切刚度会较小，以至于在环形振子自重作用下发生很大的变形。为此，引入负刚度调节机构，即通过与外环橡胶并联负刚度调节机构，以组成高静剪切刚度低动剪切刚度组合结构。其工作原理如图4所示：在OA段，由于负刚度机构的剪切刚度远大于外环橡胶弹剪切刚度，因此该区段剪切刚度由负刚度机构提供。A点为临界点，即负刚度机构的屈曲点，A点对应的荷载F0为环形振子的重量，位移L0为环形振子在自重作用下的位移。过了该点，负刚度机构发生屈曲，剪切刚度急剧降低，在AB段，由于负刚度机构已几乎丧失承受剪切荷载能力，因此组合结构剪切刚度由外环橡胶提供，此时组合结构可获得较低的动态剪切刚度。

能提供负刚度的机构选择较多，如屈曲结构、磁负刚度结构等。考虑到使用环境和工程造价，本研究选择屈曲结构，其结构如下图5所示。屈曲结构有两部分组成，一部分与与连接件和环形振子连接，另一部分与套筒壁和环形振子连接，均选用弹性模量较大的橡胶材料制作。并基于有限元方法，结合多目标优化法，根据满足构造要求和制作施工简便等原则，求解屈曲结构材料属性和细部几何参数的最优解集。

图5带有屈曲结构负刚度调节机构的声子晶体隔振器元胞1/2截面示意图:（a）环形振子受竖向力F0，屈曲结构不受力状态；和（b）撤去力F0，屈曲结构受环形振子自重状态。

（3）开展声子晶体隔振器结构室内足尺试验

建立1:1室内足尺浮置板和轨道基础模型，制作并安装上述得到声子晶体隔振器结构及附属负刚度调节结构试样。开展落轴试验以模拟车辆运行过程中轮对对钢轨的冲击作用，测试在安装声子晶体隔振器结构前后系统结构各部件振动响应和浮置板噪声辐射，评价声子晶体隔振器对振动噪声的控制效果。并依据规范开展500万次疲劳试验，检验声子晶体隔振器及附属负刚度调节结构的可靠性。然后再次开展落轴试验测试疲劳试验后轨道结构部件振动情况和浮置板噪声辐射，以评定控制措施的长期减振降噪效果。

（4）评估声子晶体浮置板轨道结构综合减振降噪效果

考虑到定量设计声子晶体隔振器结构动力参数与前面得到的最优动力参数可能会有一定的偏差，根据上述制作的声子晶体隔振器样品，再通过室内试验确定其各项动力参数。基于上述经验证的车辆-浮置板轨道-隧道-地基系统空间耦合振动计算模型，计算对比分析在轨道不平顺、轮轨粗糙度、结构不平顺等因素的激励下，普通整体道床与声子晶体浮置板轨道两种工况，隧道的振动响应和浮置板的声压级。并从时域、频域及时频域研究两种工况下的差异，定量检验声子晶体隔振器综合控制措施的减振降噪效果。与此同时，根据相关规范，检验安装理论最优控制结构后行车平稳性、安全性和舒适性指标，检验钢轨位移、浮置板最大垂向位移等轨道结构动态响应指标。

（5）声子晶体浮置板减振轨道及其在线监测系统现场验证

通过现场试验进一步检验声子晶体隔振器浮置板减振轨道的结构参数设置，根据结果予以修正优化，以得到最终定型的声子晶体隔振器浮置板减振轨道。

1.2.4声子晶体隔振器浮置板减振轨道在线监测系统研究

（1）计算获取道床板变形与地基沉降、隔振器断裂等病害映射关系

根据前述经验证的安装了声子晶体隔振器的车辆-轨道-隧道-地基大耦合模型，通过数值仿真计算各种荷载激励下，地基沉降和隔振器断裂等病害条件下，道床板的静态和动态变形，通过回归分析建立相应的映射关系，为后面在线监测系统识别提供依据。

（2）姿态监测模块、云平台搭建及数据分析

根据道床板振动变形频域和时域特征，选择耐久性好的姿态传感器，同时通过5G通信技术将姿态传感器实时采集的数据传递到云平台，通过基于大数据的智能算法和前述的道床板变形与地基沉降、隔振器断裂等病害映射关系，对振动数据进行实时、智能分析，通过可视化平台对分析结果和报告进行实时展示。

（3）监测系统试验验证

在声子晶体隔振器浮置板减振轨道上安装在线监控系统，开展长期跟踪测试研究。

1.3在环保、节能、创新方面的指标

在环保方面，由于本技术减振降噪效果相比目前减振效果最好的钢弹簧浮置板还要高5dB左右，因此更为环保。另外传统钢弹簧浮置板轨道普遍采用了阻尼液，运营过程中阻尼液容易泄露，进而脏污了道床和其他附属部件，本技术利用固体阻尼和摩擦阻尼，因此从源头上杜绝了这一问题，更为环保。

在节能方面，本技术核心产品声子晶体隔振器制造不需要高温锻造、高温捏合成型等高耗能工艺，因此更为节能。

在创新方面，本技术中的声子晶体隔振器是国内外轨道交通领域首次采用带隙机理来控制振动传递。本技术中的在线监测系统也是城市轨道交通轨道专业首次采用大数据+5G技术来监测轨道结构服役性能。因此本技术创新性很强。

1.4主要技术特点和创新点

现有传统浮置板轨道通过较低的板下支承刚度，使其具有较小的系统固有频率，对固有频率以上的中、高频振动有较好的减振效果。本报告设计的声子晶体隔振器要求在静垂向刚度与现有隔振器相近的条件下，能产生低频宽带的垂向振动带隙。使用时将声子晶体隔振器替代现有钢弹簧隔振器，故浮置板的设计几乎没有改变。

这样设计的目的主要有两点：

（1）声子晶体是具有介质相互区隔排列的周期性结构。由于弹性波与周期结构的相互作用，只有一部分频率范围的弹性波可以在其中顺利传播，而其他频率范围的弹性波无法透过不能继续传播，及存在所谓的弹性波带隙。声子晶体隔振器作为功能部件，能产生低频、较大宽度的带隙，阻碍弹性波通过声子晶体隔振器的传播。

（2）声子晶体隔振器作为结构部件，为浮置板提供垂向刚度。当声子晶体隔振器静垂向刚度与现有隔振器相近时，安装有声子晶体隔振器的浮置板同样对固有频率根号2倍以上的中、高频振动有较好的减振效果。

声子晶体隔振器浮置板最终减振效果应是以上两种减振效果的叠加。本项目设计的声子晶体隔振器如上图1所示。声子晶体隔振器为一维周期声子晶体结构。声子晶体隔振器样品由四层单胞，单胞与单胞之间设计为可拆卸的。如前所述，隔振器提供的减振效果主要体现在三个方面：

（1）声子晶体隔振器作为功能部件，通过引入局域振子，产生低频、较大宽度的带隙；

（2）声子晶体隔振器作为结构部件，为浮置板提供较小的垂向刚度，对浮置板固有频率根号2倍以上的中、高频振动有较好的减振效果；

（3）外层环形橡胶与内层杯型橡胶产生较大剪切变形，通过添加阻尼可实现阻尼耗能。

隔振器的带隙主要由环形振子和外层环形橡胶决定，而垂向刚度主要由内层杯型橡胶决定，因而可同时实现低频宽带带隙的产生和低刚度的保持。

此外，基于轮轨耦合动力学方法如下图6所示，对比了声子晶体隔振器与普通钢弹簧隔振器两者减振效果，部分结算结果如图7所示。

对比钢弹簧隔振器的工况，仿真结果表明采用声子晶体隔振器对轮轨相互作用和车体横向加速度的影响很小，对车体垂向加速度有一定影响，整体不影响行车安全性和平稳性。使用声子晶体隔振器后，轨道各结构钢轨、浮置板、基底在低频范围的振动峰值有所减小，振动衰减速度加快，即声子晶体隔振器减振效果优于相同垂向静刚度下的钢弹簧隔振器。

此外，本技术中的在线监测系统能够实时查看并报警异常情况，同时可以根据存储的数据进行溯源，及时解决问题，如图8所示。深圳地铁某线路：通过道床垂向固有频率识别及道床动态变形判断支撑状态损伤（隔振器吊空），后经现场确认并恢复支撑。

1.5技术成果评价、取得专利、是否编制技术规范标准等情况说明

02 成果应用情况说明

2.1使用效果评价

本技术目前在成都地铁、南京地铁，青岛地铁等线路进行了应用，使用评价效果良好。

2.2市场需求分析

我国目前正处在城市轨道交通大发展时期，每年有近500-1000公里的线路要修建，城市轨道交通对高等级及以上的浮置板轨道需求量较大，一般平均每条线路在25%左右，因此有接近100-250公里的浮置板需求。此外已有运营实践表明每年既有线存在一定量的隔振器更换维修和浮置板状态在线监测需求。因此，本技术市场需求量十分可观。

与国内外同类产品或技术的竞争力分析，成果产业化前景分析。

目前城市轨道交通中采用了种类形式丰富的减振降噪措施，但既有各类减振降噪措施在实际使用过程中存在诸多弊端与不足之处。因此研发更好、更长、更少、综合性能更优秀的减振降噪产品，是本领域技术人员关注的重点。

（1）减振降噪效果：其他技术平均降低15-18dB，本技术平均降低18-21dB；

（2）使用寿命：其他技术平均寿命50年，本技术平均寿命50年；

（3）维修工作量：由于该浮置板轨道隔振器由多个隔振单元组成，可对单个隔振单元分别更换，安装维修工作量少，使得浮置板轨道隔振器整体性能更加优越。

此外，在列车荷载作用下有阻尼声子晶体隔振器的减振频段拓宽，表明声子晶体隔振器的减振机理不仅有周期结构的带隙特性，还起到动力吸振器的作用，这也是本技术特有的优势。如图9所示，为垂向简谐力作用下声子晶体隔振器各阶模态参与系数。可以看到在垂向简谐力作用下，激励了隔振器垂向有关的振动模态，其中第24阶和31阶模态为声子晶体带隙的起始频率与终止频率，这两阶模态在波矢空间的频散曲线在频域上的间距即为带隙范围。在该频段内弹性波沿垂向没有对应的振动模态来传播。

如图10所示，为列车荷载作用下声子晶体隔振器各阶模态参与系数。可以看到相比图9，列车荷载作用下能够激励起声子晶体隔振器更加丰富的模态。这个动力过程实际上就是声子晶体隔振器的多阶振动模态吸收了主结构的振动能量，通过阻尼耗散动能，即形成有阻尼多动力特性吸振器MTMD。

对比基底的加速度振级，发现声子晶体隔振器不仅起到带隙隔振作用，还有动力吸振作用，可以将振动能量转化为内能消耗，最高可在带隙范围内减少振动加速度级9dB以上。

此外本技术的减振优势频段由带隙频率决定，带隙频率的设计可根据减振目标频段而设定。轨道交通减振目标频段往往较低，如何保证在规范规定的钢轨垂向位移不大于4mm的前提条件下，设计如此低的带隙频率是一件较为困难的事情，目前暂未发现国内外有能力复制该项技术。此外本技术还有在线监测系统技术绑定，更加稳固了技术的不可替代性。本成果已经实现初具规模的产业化应用。

03 经济效益和社会效益评价

（1）经济效益

该项目聚焦于城市轨道交通环境振动控制，研制了新型声子晶体浮置板减振轨道结构及其在线监测系统，相关成果已在多个城市地铁线路中实现了初具规模的产业化应用。主要使用该项目成果的地铁线路包括：成都地铁4、7、9号线、青岛地铁2、11号线、南京地铁1、3、4、10号线和深圳地铁9号线。—近两年应用该项目成果产生的直接经济效益情况如表2所示。

该项目成果大量应用于我国城市轨道交通工程中，除了项目研制产品的直接销售产生效益外。该项目还指导了一系列浮置板减振轨道的改进和设计。此外，与项目成果的直接销售额相比，其保护对象价值巨大，因此间接经济效益规模更甚。以中铁二院地下铁道设计研究院所设计的深圳13号线为例，采用该项目技术成果避免了线路拆迁改线费用十三亿元，在未来其余线路的设计与建设中，经济效益更加难以估量。

（2）社会效益

我国拥有世界上运营线路里程最长的城市轨道交通系统，为了避免列车运行对沿线居民及建筑产生振动和噪声干扰，减振轨道结构成为城市轨道交通穿越环境敏感区的主要技术措施而得到大量应用。

项目成果已经成功应用于国内十余个城市的多条城市轨道交通线路中，促进了绿色交通建设，实现了城市土地集约化利用，在避免征地、拆迁、改线造成的巨额经济损失中起到了不可替代的作用，在已投入运营。保护对象涵盖了居民区、医院、科研院所等多种环境敏感场所，实现了经济建设与环境协调发展。

该项目实施过程中完成了1项国家自然科学基金资助项目、1项四川省重点研发项目。形成了一支高水平的产学研联合创新团队，培养了各类技术人才50余人，发表学术论文10余篇。将在2021-2022年度申请并完成本智能系统山东省标准（国内首个），并持续推动并行成行业标准、国家标准。在线监测系统主要应用情况如表3所示。

完成单位：

西南交通大学

广州地铁设计研究院股份有限公司

青岛零一动测数据科技有限公司

成都地铁运营有限公司

主要完成人：

赵才友、王平、史海欧、王建、万壮、张琳山、邓沛、周兴龙、王刘翀、高鑫、郑钧元、赵炎南、刘文武、刘堂辉、钟瑞

（来源：中国土木工程学会轨道交通分会、城市轨道交通网CCRM）