Настоящий стандарт устанавливает требования по обмену информацией для применения систем виброизоляции для железнодорожного транспорта.

Настоящий стандарт распространяется на виброизоляцию железнодорожных путей, как строящихся, так и находящихся в эксплуатации, например, в случае повышения вибрации из-за деградации железнодорожных путей, принятия новых норм природопользования или планирования землеустроительных работ, требующих снижения вибрации вблизи рельсового пути.

Настоящий стандарт распространяется на системы, снижающие воздействие вибрации железнодорожного транспорта на окружающую среду, и не распространяется на системы виброизоляции подвижного состава.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

ISO 2631-2, Mechanical vibration and shock - Evaluation of human exposure to whole-body vibration - Part 2: Vibration in buildings (1 Hz to 80 Hz) [Вибрация и удар. Оценка воздействия общей вибрации на человека. Часть 2. Вибрация в зданиях (в диапазоне от 1 до 80 Гц)]

ISO 4866, Mechanical vibration and shock - Vibration of buildings - Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on buildings (Вибрация и удар. Вибрация зданий. Руководство по измерению вибрации и оценке ее воздействия на здания)

ISO 7626-1, Vibration and shock - Experimental determination of mechanical mobility - Part 1: Basic definitions and transducers (Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 1. Основные определения и преобразователи)

ISO 8569, Mechanical vibration and shock - Measurement and evaluation of shock and vibration effects on sensitive equipment in buildings (Вибрация и удар. Измерения и оценка воздействия вибрации и ударов на чувствительное оборудование в зданиях)

ISO 9688, Mechanical vibration and shock - Analytical methods of assessing shock resistance of mechanical systems - Information exchange between suppliers and users of analyses (Вибрация и удар. Методы анализа ударной прочности механических систем. Информация, предоставляемая заказчиком и исполнителем)

ISO 10815, Mechanical vibration - Measurement of vibration generated internally in railway tunnels by the passage of trains (Вибрация. Измерения вибрации, создаваемой в железнодорожном туннеле при прохождении поездов)

ISO 10846 (all parts), Acoustics and vibration - Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements [Вибрация. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов конструкций в лабораторных условиях (все части)]

ISO 14837-1, Mechanical vibration - Ground-borne noise and vibration arising from rail systems - Part 1: General guidance (Вибрация. Шум и вибрация, создаваемые движением рельсового транспорта. Часть 1. Общее руководство)

ISO 14964, Mechanical vibration and shock - Vibration of stationary structures - Specific requirements for quality management in measurement and evaluation of vibration (Вибрация и удар. Вибрация стационарных сооружений. Специальные требования к управлению качеством при измерении и оценке вибрации)

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, ИСО 7626-1, ИСО 9688, ИСО 10846 и ИСО 14837-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 железнодорожный транспорт (railway system): Поезда, рельсовые пути и другие элементы железнодорожной сети, производящие и передающие вибрацию (как в открытом пространстве, так и в железнодорожных туннелях).

3.2 приемник (вибрации) (vibration receiver): Любые конструкции или их элементы, испытывающие воздействие вибрационной энергии, переданной от внутренних или сторонних источников.

3.3 заказчик (customer): Пользователь или покупатель продукции (машины, сооружения и т.п.).

3.4 изготовитель (producer): Лицо, изготавливающее продукцию, подлежащую изоляции от собственной вибрации или вибрации от внешних источников.

3.5 поставщик системы виброизоляции (isolation supplier): Лицо, ответственное за поставку и установку системы виброизоляции, позволяющей ослабить передаваемую вибрацию в соответствии с требованиями заказчика.

Примечание 1 - В некоторых случаях изготовителем и поставщиком системы виброизоляции может быть одно и то же лицо.

Примечание 2 - Заказчик, изготовитель и поставщик несут установленную законодательством ответственность за исполнение работ по договору между ними, даже если для выполнения работ (в целом или в части) ими привлечены субподрядные организации.

3.6 виброизоляция основания (base isolation): Устройство (совокупность устройств), обеспечивающее установку сооружения (оборудования) на его основании (опоре) и защиту сооружения (оборудования) от воздействия вибрации и/или ударов.

Существует несколько механизмов возникновения вибрации и передачи ее в окружающую среду при прохождении рельсовых транспортных средств, но все они связаны с взаимодействием транспортного средства и рельсового пути.

Транспортное средство создает перемещающуюся по рельсовому пути нагрузку. Если бы жесткость опоры рельсового пути была неизменной на всем его протяжении, то указанная нагрузка имела бы статический характер, и проблема (при условии движения транспортного средства со скоростью, не превышающей скорости распространения волн в рельсах и грунте) состояла бы только в обеспечении способности рельсового пути выдержать эту нагрузку.

На практике, однако, рельсы крепят к опоре (обычно к шпалам, уложенным на слой балласта) через некоторые промежутки. В таком случае жесткость опоры вдоль рельсового пути не будет постоянной.

Во время прохождения поезда устройства крепления рельса испытывают кратковременные нагрузки, при этом период между приложениями нагрузки зависит от скорости движения транспортного средства, расстояния между его колесными осями и расстояний между устройствами крепления. По типу возбуждения вибрацию такого рода можно считать параметрической, поскольку она обусловлена изменением жесткости в области контакта колеса с рельсовой опорой.

Измерения вибрации на наземных устройствах рельсового пути показывают наличие в частотном спектре пиков на частотах прохождения шпал и частотах прохождения колесных осей.

Вибрация грунта, связанная с дискретностью установки устройств крепления, сосредоточена преимущественно в области ниже 80 Гц (зависит от скорости движения транспортного средства).

Другой механизм возникновения вибрации обусловлен неровностями поверхностей рельса и контактирующих с ним колес по причине либо производственных допусков, либо износа в процессе эксплуатации. На колесах могут быть выбоины, образующиеся в процессе торможения транспортного средства. На поверхности рельса может наблюдаться волнистость. Дефекты колеса или рельса в области их контакта вызывают ускоренное движение неподрессоренной массы (колесной пары), т.е. появление вибрационной силы.

Вибрация, обусловленная дефектами поверхности колеса и рельса, имеет случайную природу. Существуют устройства, измеряющие отклонение формы рельса от идеальной поверхности в диапазоне пространственных частот от 5 мм до 2,5 м. Такое отклонение является случайной функцией пространственной координаты.

Вибрация ударного типа возникает вследствие изломов или стыков в рельсовых соединениях, на стрелочных переводах, на пересечениях путей. Этот механизм возникновения вибрации определяет высокочастотную область спектра и переизлученный шум, играющий особо важную роль для подземных транспортных средств.

Вибрация появляется также при ускоренном (замедленном) движении транспортного средства, при его прохождении закругленного участка пути вследствие поперечных колебаний колесной тележки. Ударные воздействия вызывают динамический отклик транспортного средства, например, в виде изгибных колебаний вагонов.

Назначением системы виброизоляции является защита людей, сооружений и других механических систем от воздействия вибрации и ударов посредством изменений свойств пути распространения вибрации от источника к приемнику. В случае защиты от вибрации железнодорожного транспорта целью системы виброизоляции может быть обеспечение:

a) целости конструкции зданий, расположенных вблизи железнодорожных путей;

b) комфорта лиц, в местах постоянного или временного проживания которых наблюдается повышенный вибрационный фон;

c) надежности функционирования оборудования, установленного в зданиях вблизи железнодорожных путей и чувствительного к воздействию вибрации;

d) правильности функционирования изолируемого оборудования;

e) соблюдения требований законодательства.

6.1 Изоляция источника

В данном случае целью изоляции является снижение вибрации в ее источнике. К источникам вибрации относятся подвижной состав, рельсовый путь и опора рельсового пути. Распространяемая вибрация в основном обусловлена прохождением железнодорожного состава и контактом между колесом и рельсом.

Взаимодействие железнодорожного состава и рельсового пути приводит к появлению волнистости поверхности рельса и деформации колес состава.

Изоляция источника вибрации может быть сопряжена со значительными техническими и экономическими трудностями. Периодическое шлифование рельсов на значительном протяжении участка пути, так же как и восстановление поверхности катания колеса могут быть весьма дорогостоящими операциями. В этих условиях особую важность приобретает правильное техническое обслуживание, позволяющее замедлить деградацию контактирующих поверхностей.

Существует большое число технических решений по ослаблению передаваемой вибрации, значительно разнящихся по эффективности и стоимости. Применение подрельсовых прокладок и прокладок для рельсового скрепления позволяет, главным образом, обеспечить упругость опоры рельсового пути, что особенно важно при сплошном подрельсовом основании, но передаваемую вибрацию ослабляет незначительно. Более высокую эффективность можно ожидать от других систем виброизоляции.

6.2 Изоляция приемника

Если изоляция источника вибрации невозможна или если она признана неудовлетворительной, то изолируют приемники вибрации, которые могут включать в себя:

a) здания, критичные к воздействию вибрации (концертные залы, лаборатории с чувствительным оборудованием);

b) новые сооружения (мосты, башни и др.) или элементы сооружений вблизи железнодорожных путей или туннелей;

c) опоры оборудования, чувствительного к воздействию вибрации (стола лазерного станка, компьютерного диска, электронного микроскопа и т.п.).

Виброизоляция может быть использована в качестве дополнения к другим конструктивным решениям по ослаблению вибрации.

В пределах городской застройки подземные, наземные и надземные рельсовые пути создают вибрацию и обусловленный ею шум, существенно ухудшающие качество жизни жителей близлежащих домов. В этом отношении важными аспектами являются:

- воздействие колебаний грунта на конструкцию здания;

- восприятие колебаний грунта жителями здания;

- восприятие жителями переизлученного шума (в диапазоне частот от 25 до 500 Гц);

- воздействие вибрации на находящееся в здании чувствительное оборудование.

Вышеуказанные эффекты будут сильно ослаблены, если вибрацию удастся изолировать в ее источнике. Такое решение целесообразно применять в случае:

a) проектирования и строительства новых железнодорожных путей вблизи зданий и сооружений;

b) изменения условий движения по железнодорожному пути (нагрузки, скорости движения);

c) модернизации железнодорожного пути;

d) внесения конструктивных изменений на пути распространения вибрации от железнодорожных путей;

e) жалоб лиц, живущих или работающих поблизости от источников вибрации;

f) превышения законодательно установленных предельных значений вибрации;

g) трудности или невозможности изолировать приемник вибрации.

При возведении новых зданий и сооружений или при установке нового оборудования вблизи эксплуатируемого железнодорожного пути предпочтительным способом защиты является изолирование приемника вибрации.

Для правильного выбора системы виброизоляции необходимо предварительно провести анализ динамических свойств системы железнодорожного транспорта, выполнить измерения и оценить вибрационную обстановку на месте.

Измерения проводят в условиях, соответствующих реальным условиям применения источника или приемника вибрации. Результаты анализа динамики системы транспорта и проведенных измерений должны помочь установить источник проблем, связанных с повышенной вибрацией, и определить пути их решения. Кроме того, их можно использовать для оценки максимально допустимой вибрации в приемнике при проектировании новой железнодорожной сети. Измерения следует проводить согласно соответствующему стандарту (ИСО 2631-2, ИСО 4866, ИСО 8569 или ИСО 10815).

В соответствующем договоре указывают места проведения измерений. В протоколе измерений указывают точки установки датчиков вибрации и направления измерений.

Процедура измерений должна включать наблюдение временной реализации в течение достаточно длительного периода времени, включающего полное прохождение железнодорожного состава, который рассматривается как источник вибрации.

При измерениях в источнике вибрации важно провести анализ частотной характеристики конструкций, передающих и воспринимающих вибрацию, чтобы избежать совпадения преобладающих частот источника с резонансными частотами этих конструкций.

При измерениях в приемнике вибрации следует определить уровень его собственной вибрации, ниже которого ослаблять вибрацию приемника обычно нет необходимости.

Изоляторы, используемые для виброизоляции основания в системе железнодорожного транспорта, обычно изготавливают из натуральной резины или синтетических эластомеров. Применяют в этих целях также стальные цилиндрические пружины, что, однако, не исключает возможность других технических решений.

Резиновые или резиноподобные опоры обычно имеют вид отдельных блоков и устанавливаются таким образом, чтобы не допустить работу изоляторов на растяжение.

В качестве изоляторов могут быть использованы эластичные маты, однако они обладают обычно большей жесткостью по сравнению со стальными пружинами. Последние позволяют обеспечить более низкую основную частоту собственных колебаний жесткого груза, а их комплектация нагружающими массами позволяет при необходимости легко заменять элементы системы виброизоляции или выполнять регулировку для обеспечения необходимых свойств этой системы. При сравнении разных изоляторов следует учитывать, что их динамическое поведение определяется частотной характеристикой (динамической жесткостью) и частотами среза этой характеристики, которые должны лежать в диапазоне от 5 до 15 Гц, и не зависит от конструктивных решений, обеспечивающих указанные характеристики.

Выбор мест установки изоляторов зависит от многих факторов, в числе которых: области, подлежащие виброизоляции; пути распространения вибрации; динамические характеристики сооружений; легкость доступа для проверки состояния изоляторов и их возможной замены.

Администрация железной дороги должна, по возможности, предоставить следующую информацию:

a) отчет об инженерных изысканиях на местности с указанием состояния и свойств грунта, уровня грунтовых вод;

b) подробные сведения о железнодорожных сооружениях (туннелях и т.п.) для вновь строящегося железнодорожного пути, включая предполагаемую конструкцию его основания и строения;

c) характер квазистатического возбуждения движущейся нагрузкой (прогиб рельсового пути вследствие движения по нему железнодорожного состава);

d) характер случайного возбуждения системы «колесо - рельсовый путь» с указанием диапазона частот возбуждения вследствие дефектов контактирующих поверхностей рельса и колеса, а также:

- регулярного изменения жесткости вдоль пути на шпальном основании (служащей причиной параметрического возбуждения системы «путь - транспортное средство»),

- скорости движения железнодорожного состава и межшпальных расстояний (для расчета частоты прохождения шпал),

- собственных частот колебаний транспортного средства и системы «путь - транспортное средство»;

e) предполагаемые меры по ограничению создаваемых при движении железнодорожного состава шума и вибрации на близлежащей территории;

f) число рельсовых путей и характер рельсового соединения (стыковое или сварное);

g) свойства подстилающего грунта основания пути;

h) существующие условия эксплуатации железнодорожного пути (перевозимые грузы, максимальная скорость движения и т.п.) и ожидаемые или планируемые изменения в характере и интенсивности движения;

i) статические и динамические характеристики рельсового пути, включая его профиль, уклоны в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Поскольку вопросы, связанные с вибрацией и виброизоляцией железнодорожного транспорта, относятся к весьма специализированной области знаний и требуют большого опыта работ, то при внесении каких-либо изменений в существующую железнодорожную сеть следует получить консультации по техническим вопросам, перечисленным в настоящем разделе, у специалистов в этой области.

11.1 Здания

Возведенные здания являются основными приемниками вибрации от железнодорожного транспорта. Поскольку изолировать каждое здание технически сложно, то решением проблемы является виброизоляция железнодорожного пути.

Если железнодорожный путь не изолирован, то возможность виброизоляции рассматривают для вновь строящихся зданий и чувствительного оборудования. Система изоляции проектируется лицом, ведущим строительные работы (изготовителем), или поставщиком системы виброизоляции в соответствии с требованиями пользователя.

Для более полного понимания технических вопросов, возникающих при проектировании системы виброизоляции, ее поставщику должна быть предоставлена следующая информация:

a) чертеж конструкции здания с детализацией (местоположение, размеры) опорных элементов (стальных, бетонных, железобетонных и прочих конструкций);

b) глубина заложения фундамента;

c) положение фундамента зданий относительно туннелей, дорожных магистралей;

d) уровень грунтовых вод;

e) назначение возводимого здания (офисное учреждение, производство, лаборатория, жилое здание);

f) максимально допустимый уровень вибрации, воздействующей на людей и оборудование в здании, конструкционные элементы здания;

g) план участка застройки с указанием возводимых сооружений, зданий;

h) характеристики предполагаемой системы виброизоляции;

i) данные измерений вибрации с указанием положения точек измерений, используемых средств измерений, условий измерений (сведения о проходящих железнодорожных составах).

11.2 Оборудование, чувствительное к вибрации

Если в здании предполагается устанавливать оборудование, чувствительное к воздействию вибрации, то должна быть предоставлена следующая информация:

a) тип изолируемого оборудования;

b) тип конструкции, на которую устанавливают оборудование;

c) места установки оборудования внутри здания;

d) характеристики опоры (собственные частоты и т.д.);

e) критерии приемки системы виброизоляции;

f) параметры вибрации здания по трем взаимно перпендикулярным осям (амплитуды, частоты, продолжительность);

g) условия окружающей среды (температура, относительная влажность и т.д.).

Чтобы помочь пользователю в выборе оптимального месторасположения оборудования, изготовитель оборудования указывает следующую информацию:

- габаритные размеры;

- общую массу и положение центра тяжести;

- доступные точки конструкции (эти точки часто определяют конструкцию системы виброизоляции);

- допустимый уровень вибрации основания;

- частоты собственных колебаний оборудования и его элементов (которые не должны присутствовать в вибрации основания).

12.1 Исполнение системы виброизоляции

Как правило, поставщик системы виброизоляции несет определенные договорными отношениями обязательства в отношении доказывания эффективности работы системы на месте действия источника вибрации или на месте изолируемого приемника вибрации. Эффективность работы оценивают после установки системы виброизоляции экспериментальным путем, включая:

a) прогнозирование эффективности работы системы перед ее установкой по измерениям и оценке вибрации, выполненными независимой компетентной организацией по ИСО 14964;

b) задание точек и направлений измерений и условий измерений;

c) определение предельно допустимых уровней вибрации согласно договорным обязательствам поставщика;

d) мониторинг вибрации в заданных точках и направлениях в заданных условиях измерений после установки системы виброизоляции;

e) измерение параметров вибрации, которые должны быть сопоставлены с предельно допустимыми значениями согласно договорным обязательствам поставщика.

Таблица ДА.1

[1] DIN 4150 (all parts), Vibrations in buildings

[2] VDI 2716, Luft- und Kӧrperschall bei Schienenbahnen des ӧffentlichen Personennahverkehrs (Airborne and structureborne noise of local public transport railways) Bilingual

[3] VDI 3837, Erschütterungen durch oberirdische Schienenbahnen - Spektrales Prognoseverfahren (Groundbore vibration arising from rail systems at-grade - Spectral prediction method) Bilingual