地铁铺轨施工中轮胎式铺轨设备创新应用

张兆钦

（中铁十四局集团第五工程有限公司，山东 兖州 272117）

1 国内地铁施工的大环境

（1）轨道交通是城市交通系统的重要组成部分。相对其他交通形式，轨道交通具有便捷、高效、安全、舒适和环保的特点。据计算，同等运能的轨道交通单位能耗只相当于小型汽车的11.1%、公交车的50%，可以大幅减少城市废气排放，深受各国青睐。自1863 年世界第一条地铁在英国伦敦开通以来，特别是进入21 世纪后，城市轨道交通发展迅速。截至2018 年年底，全世界共有57 个国家、200 个城市开通了地铁，运营里程超过10000 公里。

图1 世界上第一条地铁-伦敦地铁

（2）我国城市轨道交通发展进程及投资计划。我国城市轨道交通建设始于1969 年建成的北京地铁1 号线，截至2018 年年底，已有35 个城市开通地铁，50 余个城市正在修建地铁或已规划修建地铁，规划总线路达400 余条，总里程超过1000 公里。在当前地铁施工的大潮下，各大城市地铁建设项目纷纷提上日程。“十三五”期间，我国的目标是将建成、投运城市轨道交通2500 公里左右。按照地铁施工与工程投资额占比估算，地铁施工承包市场规模至少2500 亿元，是一个非常巨大的投资空间。

2 地铁铺轨施工方法及目前的主要瓶颈

2.1 地铁铺轨施工主要方法：

地铁轨道施工一般采用“轨排架轨法”，又可分为机铺法和散铺法。

（1）机铺法施工方案。基底内组装轨排、加工钢筋，轨道平板车将轨排和半成品钢筋运输至施工现场。铺轨作业面提前安装走行轨并调试好铺轨龙门，测设铺轨基标。利用洞内铺轨龙门将轨排铺设至施工部位，根据铺轨基标粗调轨排，使其接近设计位置。绑扎钢筋、防杂散电流焊接完成后，安装中心水沟模板。CPIII 控制网设站、轨检小车检测轨道几何尺寸，根据检测数据调整轨向、高低、轨距、水平等，几何尺寸达标后，轨道平板车运输混凝土（提前下放至料斗中），铺轨龙门浇筑。

适用范围：预留轨排井的车站及预留股道的停车场，场地面积150m×30m。管段范围：一般不超过6km。工效：工作面连续的情况下，75 ～100m/d。

（2）散铺法施工方案：利用汽车吊将轨料（钢轨、扣件、短枕、半成品钢筋等）垂直吊放至洞内，使用叉车将轨料倒运至铺轨工作面。铺轨作业面提前测设基标，根据侧设基标原地人工组装轨排并粗调，使其接近设计位置。绑扎钢筋、防杂散电流焊接完成后，安装中心水沟模板。CPIII 控制网设站、轨检小车检测轨道几何尺寸，根据检测数据调整轨向、高低、轨距、水平等，几何尺寸达标后，使用地泵和泵管，泵送混凝土。

适用范围：工期紧张或区段过长的情况下，使用预留盾构井（11.5m×7.5m）吊放轨料，场地面积60m×20m。管段范围：一般不超过500m。工效：工作面连续的情况下，30 ～50m/d。

2.2 地铁铺轨施工主要瓶颈

为提高施工效率，目前常用的铺轨施工方法为“机铺法”。机铺法施工需配置成套的机械设备，预先铺设铺轨龙门吊走行轨道，并在施工后及时拆除。施工过程易受到交叉作业影响，包括土建、供电单位施工进度影响及铺轨施工中工序影响，同时，因铺轨施工配置机械设备为专用设备，对设备稳定性及设备操作人员有一定要求，否则，易发生机械故障并造成安全事故，施工效率低。

3 传统地铁铺轨施工

3.1 铺轨专用设备及人员配置

每个工作面需配置地铁铺轨机、轨道车、轨道平板车、料斗等，具体配置情况如表1。

3.2 铺轨施工工序

铺设铺轨机走行轨道→铺轨机安装调试、运行至施工部位→轨道车牵引轨道平板运输轨排→铺轨机吊卸轨排、路料、轨排安装→线路调整→平板车运输混凝土料斗至施工部位→铺轨机吊运混凝土料斗浇筑道床→线路养护→设备转移至下一工作部位→拆除铺轨机走行轨道。

表1

3.3 传统地铁铺轨施工工效

在有足够工作面的情况下，传统轮轨式地铁铺轨设备每天最多可完成地铁铺轨100 米（不包含轨道安装、拆卸时间、不含基底施工）。因轨道车需待浇筑过的轨排混凝土凝固后才能运输，因此，不能连续施工。同时，因不能穿插作业，轮轨式地铁铺轨设备工效较低，无法组织抢工。

4 新型无轨化地铁铺轨施工

4.1 机械及操作人员配置：

配置轮胎式铺轨机、轮胎式罐车、轮胎式平板车等，具体配置如表2。

表2

4.2 铺轨施工工序

轮胎式地铁铺轨机、轮胎式罐车、轮胎式平板车安装调试→设备到达施工部位→轮胎式平板车运输轨排路料到达施工部位→轮胎式铺轨机卸轨排路料、轨排并安装→线路调试→轮胎式罐车运输混凝土到达施工部位并浇筑→线路养护→设备转移至下一工作部位（省略铺轨机走行轨道安装拆卸工序）。

4.3 新型无轨化施工工效

在有足够工作面的情况下，新型轮胎式地铁铺轨设备每天最多可完成地铁铺轨120 米（不含基底施工）。

轮胎式地铁铺轨设备因可穿插作业，不受工作面影响，可连续施工作业，因此具备较强的抢工能力、工效高。

5 传统与新型轮胎式铺轨设备施工对比

5.1 设备配置对比（表3）

传统有轨地铁铺轨施工每个工作面需配置机械设备11台，单班配置操作手10 人。新型无轨化施工每个工作面需配置机械设备4 台，单班配置操作手5 人。

5.2 施工工序对比

5.2.1 传统轮轨式地铁铺轨设备

只有常规施工工序，配置设备为轮轨式地铁铺轨机、轨道车、平板车、料斗、搅拌罐。工序为铺轨机到达施工部位→轨道车牵引平板车运输轨排→轨排安装→轨道车、平板车返回运输盛有混凝土的料斗→混凝土浇筑（如此反复，浇筑排水沟时使用搅拌罐，需安装铺轨机走行轨道）。

表3

5.2.2 新型轮胎式地铁铺轨设备施工工序

（1）理想状态：两端各具备一个下料口，设备配置时中间放置轮胎式铺轨机、一端放置轮胎式平板车、另一端放置轮胎式罐车。施工工序：一端下料口轮胎式平板车将钢筋、轨排等运输至施工部位→轮胎式铺轨机吊装轨排进行安装→另一端下料口轮胎式罐车发运混凝土至施工部位→轨排安装完轮胎式平板车返回下料口运料→铺轨机向前移动→轮胎式罐车浇筑混凝土（如此反复施工）。

（2）常规状态。

①只有一个下料口，全部配置轮胎式设备。施工工序为：轮胎式铺轨机到达施工部位→轮胎式平板车发运轨排等材料→轨排安装→轮胎式罐车运输混凝土到达施工部位→轮胎式罐车、轮胎式平板车错车→混凝土浇筑（如此反复施工）。

②只有一个下料口，配置轮胎式铺轨机、轮胎式罐车、轨道车、轨道平板。施工工序为轮胎式铺轨机到达施工部位→轨道车牵引平板车运输轨排等材料→轨排安装→轨道车牵引平板车返回运料→轮胎式罐车运输混凝土至施工部位→混凝土浇筑→错车、轮胎式罐车返回运输混凝土（如此反复）。

③只有一个下料口，配置轮胎式铺轨机、轨道车、平板车、料斗、搅拌罐。施工工序为：轮胎式铺轨机到达施工部位→轨道车牵引平板车运输铺轨等→轨排吊装→轨道车、平板车返回运输盛有混凝土的料斗→混凝土浇筑（如此反复，浇筑排水沟时使用搅拌罐，施工过程不用安装铺轨机走行轨道）。

相比传统的轮轨式地铁铺轨设备施工，新型轮胎式地铁铺轨设备施工工序更灵活，工法更多样，因不受空间限制，设备可穿插作业，具备较强的连续作业能力，施工全过程无须安装铺轨机走行轨道。

5.3 施工工效对比

（1）轮轨式铺轨小吊满载混凝土时三次统计平均速度为0.892km/h，仅吊运料斗时三次统计平均速度为0.965km/h；

（2）轮胎式铺轨小吊满载混凝土时三次统计平均速度为1.077km/h，仅吊运料斗时三次统计平均速度为1.239km/h；

（3）传统轮轨式和新型轮胎式设备施工效率策算（表4）。

根据以上数据反应，新型轮胎式铺轨设备比传统轮轨式铺轨设备：

表4

（1）单项工作效率提高28.4%；

（2）总施工效率提高47.5%；

（3）相对人员减少50%。

同等条件下，新型设备每天完成（含基底施工）50m，传统设备每天完成29.5m（含基底施工），提高工效41%。新型设备每天完成（不含基底施工）76.9m，传统设备每天完成33.9m（不含基底施工），提高工效126%。

5.4 施工成本对比

5.4.1 机械、材料投入对比

传统轮轨式设备一次性成本投入约321 万元、新型轮胎式地铁铺轨设备一次性成本投入约363 万元。

5.4.2 人工投入对比

轮轨式地铁铺轨设备需安装和拆卸轨道、可调钢支墩等，同时，混凝土浇筑、轨道车燃油等，每公里约多投入成本6.6 万元。传统轮轨式地铁铺轨设备相对新型轮胎式地铁铺轨设备每公里多投入人工费约6.6 万元。当铺轨里程超过7 公里时，传统轮轨式地铁铺轨设备施工总成本投入大于新型轮胎式设备。

6 结语

新型轮胎式地铁铺轨设备在地铁铺轨施工中工序工法多样（4 种），较传统轮轨式地铁铺轨设备施工效率提高41%（含基底）和126%（不含基底），每公里减少人工成本投入约6.6 万元。设备克服了传统轮轨式铺轨设备走行固定的弊端，不需再安装临时用走行轨，减少了资源投入，保护了盾构管片，缩短了板式道床铺轨工期。同时，新设备还自带电瓶，在洞内紧急停电时，可以继续工作5 小时，将外部环境制约降至最低。新型轮胎式地铁铺轨设备配合多样化的施工工法，将引领中国地铁建设新速度。