地鐵鋪軌施工中輪胎式鋪軌設(shè)備創(chuàng)新應(yīng)用

張兆欽

（中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東 兗州 272117）

1 國內(nèi)地鐵施工的大環(huán)境

（1）軌道交通是城市交通系統(tǒng)的重要組成部分。相對其他交通形式，軌道交通具有便捷、高效、安全、舒適和環(huán)保的特點。據(jù)計算，同等運能的軌道交通單位能耗只相當(dāng)于小型汽車的11.1%、公交車的50%，可以大幅減少城市廢氣排放，深受各國青睞。自1863 年世界第一條地鐵在英國倫敦開通以來，特別是進(jìn)入21 世紀(jì)后，城市軌道交通發(fā)展迅速。截至2018 年年底，全世界共有57 個國家、200 個城市開通了地鐵，運營里程超過10000 公里。

圖1 世界上第一條地鐵-倫敦地鐵

（2）我國城市軌道交通發(fā)展進(jìn)程及投資計劃。我國城市軌道交通建設(shè)始于1969 年建成的北京地鐵1 號線，截至2018 年年底，已有35 個城市開通地鐵，50 余個城市正在修建地鐵或已規(guī)劃修建地鐵，規(guī)劃總線路達(dá)400 余條，總里程超過1000 公里。在當(dāng)前地鐵施工的大潮下，各大城市地鐵建設(shè)項目紛紛提上日程?！笆濉逼陂g，我國的目標(biāo)是將建成、投運城市軌道交通2500 公里左右。按照地鐵施工與工程投資額占比估算，地鐵施工承包市場規(guī)模至少2500 億元，是一個非常巨大的投資空間。

2 地鐵鋪軌施工方法及目前的主要瓶頸

2.1 地鐵鋪軌施工主要方法：

地鐵軌道施工一般采用“軌排架軌法”，又可分為機(jī)鋪法和散鋪法。

（1）機(jī)鋪法施工方案。基底內(nèi)組裝軌排、加工鋼筋，軌道平板車將軌排和半成品鋼筋運輸至施工現(xiàn)場。鋪軌作業(yè)面提前安裝走行軌并調(diào)試好鋪軌龍門，測設(shè)鋪軌基標(biāo)。利用洞內(nèi)鋪軌龍門將軌排鋪設(shè)至施工部位，根據(jù)鋪軌基標(biāo)粗調(diào)軌排，使其接近設(shè)計位置。綁扎鋼筋、防雜散電流焊接完成后，安裝中心水溝模板。CPIII 控制網(wǎng)設(shè)站、軌檢小車檢測軌道幾何尺寸，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調(diào)整軌向、高低、軌距、水平等，幾何尺寸達(dá)標(biāo)后，軌道平板車運輸混凝土（提前下放至料斗中），鋪軌龍門澆筑。

適用范圍：預(yù)留軌排井的車站及預(yù)留股道的停車場，場地面積150m×30m。管段范圍：一般不超過6km。工效：工作面連續(xù)的情況下，75 ～100m/d。

（2）散鋪法施工方案：利用汽車吊將軌料（鋼軌、扣件、短枕、半成品鋼筋等）垂直吊放至洞內(nèi)，使用叉車將軌料倒運至鋪軌工作面。鋪軌作業(yè)面提前測設(shè)基標(biāo)，根據(jù)側(cè)設(shè)基標(biāo)原地人工組裝軌排并粗調(diào)，使其接近設(shè)計位置。綁扎鋼筋、防雜散電流焊接完成后，安裝中心水溝模板。CPIII 控制網(wǎng)設(shè)站、軌檢小車檢測軌道幾何尺寸，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調(diào)整軌向、高低、軌距、水平等，幾何尺寸達(dá)標(biāo)后，使用地泵和泵管，泵送混凝土。

適用范圍：工期緊張或區(qū)段過長的情況下，使用預(yù)留盾構(gòu)井（11.5m×7.5m）吊放軌料，場地面積60m×20m。管段范圍：一般不超過500m。工效：工作面連續(xù)的情況下，30 ～50m/d。

2.2 地鐵鋪軌施工主要瓶頸

為提高施工效率，目前常用的鋪軌施工方法為“機(jī)鋪法”。機(jī)鋪法施工需配置成套的機(jī)械設(shè)備，預(yù)先鋪設(shè)鋪軌龍門吊走行軌道，并在施工后及時拆除。施工過程易受到交叉作業(yè)影響，包括土建、供電單位施工進(jìn)度影響及鋪軌施工中工序影響，同時，因鋪軌施工配置機(jī)械設(shè)備為專用設(shè)備，對設(shè)備穩(wěn)定性及設(shè)備操作人員有一定要求，否則，易發(fā)生機(jī)械故障并造成安全事故，施工效率低。

3 傳統(tǒng)地鐵鋪軌施工

3.1 鋪軌專用設(shè)備及人員配置

每個工作面需配置地鐵鋪軌機(jī)、軌道車、軌道平板車、料斗等，具體配置情況如表1。

3.2 鋪軌施工工序

鋪設(shè)鋪軌機(jī)走行軌道→鋪軌機(jī)安裝調(diào)試、運行至施工部位→軌道車牽引軌道平板運輸軌排→鋪軌機(jī)吊卸軌排、路料、軌排安裝→線路調(diào)整→平板車運輸混凝土料斗至施工部位→鋪軌機(jī)吊運混凝土料斗澆筑道床→線路養(yǎng)護(hù)→設(shè)備轉(zhuǎn)移至下一工作部位→拆除鋪軌機(jī)走行軌道。

表1

3.3 傳統(tǒng)地鐵鋪軌施工工效

在有足夠工作面的情況下，傳統(tǒng)輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備每天最多可完成地鐵鋪軌100 米（不包含軌道安裝、拆卸時間、不含基底施工）。因軌道車需待澆筑過的軌排混凝土凝固后才能運輸，因此，不能連續(xù)施工。同時，因不能穿插作業(yè)，輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備工效較低，無法組織搶工。

4 新型無軌化地鐵鋪軌施工

4.1 機(jī)械及操作人員配置：

配置輪胎式鋪軌機(jī)、輪胎式罐車、輪胎式平板車等，具體配置如表2。

表2

4.2 鋪軌施工工序

輪胎式地鐵鋪軌機(jī)、輪胎式罐車、輪胎式平板車安裝調(diào)試→設(shè)備到達(dá)施工部位→輪胎式平板車運輸軌排路料到達(dá)施工部位→輪胎式鋪軌機(jī)卸軌排路料、軌排并安裝→線路調(diào)試→輪胎式罐車運輸混凝土到達(dá)施工部位并澆筑→線路養(yǎng)護(hù)→設(shè)備轉(zhuǎn)移至下一工作部位（省略鋪軌機(jī)走行軌道安裝拆卸工序）。

4.3 新型無軌化施工工效

在有足夠工作面的情況下，新型輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備每天最多可完成地鐵鋪軌120 米（不含基底施工）。

輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備因可穿插作業(yè)，不受工作面影響，可連續(xù)施工作業(yè)，因此具備較強(qiáng)的搶工能力、工效高。

5 傳統(tǒng)與新型輪胎式鋪軌設(shè)備施工對比

5.1 設(shè)備配置對比（表3）

傳統(tǒng)有軌地鐵鋪軌施工每個工作面需配置機(jī)械設(shè)備11臺，單班配置操作手10 人。新型無軌化施工每個工作面需配置機(jī)械設(shè)備4 臺，單班配置操作手5 人。

5.2 施工工序?qū)Ρ?/h3>

5.2.1 傳統(tǒng)輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備

只有常規(guī)施工工序，配置設(shè)備為輪軌式地鐵鋪軌機(jī)、軌道車、平板車、料斗、攪拌罐。工序為鋪軌機(jī)到達(dá)施工部位→軌道車牽引平板車運輸軌排→軌排安裝→軌道車、平板車返回運輸盛有混凝土的料斗→混凝土澆筑（如此反復(fù)，澆筑排水溝時使用攪拌罐，需安裝鋪軌機(jī)走行軌道）。

表3

5.2.2 新型輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備施工工序

（1）理想狀態(tài)：兩端各具備一個下料口，設(shè)備配置時中間放置輪胎式鋪軌機(jī)、一端放置輪胎式平板車、另一端放置輪胎式罐車。施工工序：一端下料口輪胎式平板車將鋼筋、軌排等運輸至施工部位→輪胎式鋪軌機(jī)吊裝軌排進(jìn)行安裝→另一端下料口輪胎式罐車發(fā)運混凝土至施工部位→軌排安裝完輪胎式平板車返回下料口運料→鋪軌機(jī)向前移動→輪胎式罐車澆筑混凝土（如此反復(fù)施工）。

（2）常規(guī)狀態(tài)。

①只有一個下料口，全部配置輪胎式設(shè)備。施工工序為：輪胎式鋪軌機(jī)到達(dá)施工部位→輪胎式平板車發(fā)運軌排等材料→軌排安裝→輪胎式罐車運輸混凝土到達(dá)施工部位→輪胎式罐車、輪胎式平板車錯車→混凝土澆筑（如此反復(fù)施工）。

②只有一個下料口，配置輪胎式鋪軌機(jī)、輪胎式罐車、軌道車、軌道平板。施工工序為輪胎式鋪軌機(jī)到達(dá)施工部位→軌道車牽引平板車運輸軌排等材料→軌排安裝→軌道車牽引平板車返回運料→輪胎式罐車運輸混凝土至施工部位→混凝土澆筑→錯車、輪胎式罐車返回運輸混凝土（如此反復(fù)）。

③只有一個下料口，配置輪胎式鋪軌機(jī)、軌道車、平板車、料斗、攪拌罐。施工工序為：輪胎式鋪軌機(jī)到達(dá)施工部位→軌道車牽引平板車運輸鋪軌等→軌排吊裝→軌道車、平板車返回運輸盛有混凝土的料斗→混凝土澆筑（如此反復(fù)，澆筑排水溝時使用攪拌罐，施工過程不用安裝鋪軌機(jī)走行軌道）。

相比傳統(tǒng)的輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備施工，新型輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備施工工序更靈活，工法更多樣，因不受空間限制，設(shè)備可穿插作業(yè)，具備較強(qiáng)的連續(xù)作業(yè)能力，施工全過程無須安裝鋪軌機(jī)走行軌道。

5.3 施工工效對比

（1）輪軌式鋪軌小吊滿載混凝土?xí)r三次統(tǒng)計平均速度為0.892km/h，僅吊運料斗時三次統(tǒng)計平均速度為0.965km/h；

（2）輪胎式鋪軌小吊滿載混凝土?xí)r三次統(tǒng)計平均速度為1.077km/h，僅吊運料斗時三次統(tǒng)計平均速度為1.239km/h；

（3）傳統(tǒng)輪軌式和新型輪胎式設(shè)備施工效率策算（表4）。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)反應(yīng)，新型輪胎式鋪軌設(shè)備比傳統(tǒng)輪軌式鋪軌設(shè)備：

表4

（1）單項工作效率提高28.4%；

（2）總施工效率提高47.5%；

（3）相對人員減少50%。

同等條件下，新型設(shè)備每天完成（含基底施工）50m，傳統(tǒng)設(shè)備每天完成29.5m（含基底施工），提高工效41%。新型設(shè)備每天完成（不含基底施工）76.9m，傳統(tǒng)設(shè)備每天完成33.9m（不含基底施工），提高工效126%。

5.4 施工成本對比

5.4.1 機(jī)械、材料投入對比

傳統(tǒng)輪軌式設(shè)備一次性成本投入約321 萬元、新型輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備一次性成本投入約363 萬元。

5.4.2 人工投入對比

輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備需安裝和拆卸軌道、可調(diào)鋼支墩等，同時，混凝土澆筑、軌道車燃油等，每公里約多投入成本6.6 萬元。傳統(tǒng)輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備相對新型輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備每公里多投入人工費約6.6 萬元。當(dāng)鋪軌里程超過7 公里時，傳統(tǒng)輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備施工總成本投入大于新型輪胎式設(shè)備。

6 結(jié)語

新型輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備在地鐵鋪軌施工中工序工法多樣（4 種），較傳統(tǒng)輪軌式地鐵鋪軌設(shè)備施工效率提高41%（含基底）和126%（不含基底），每公里減少人工成本投入約6.6 萬元。設(shè)備克服了傳統(tǒng)輪軌式鋪軌設(shè)備走行固定的弊端，不需再安裝臨時用走行軌，減少了資源投入，保護(hù)了盾構(gòu)管片，縮短了板式道床鋪軌工期。同時，新設(shè)備還自帶電瓶，在洞內(nèi)緊急停電時，可以繼續(xù)工作5 小時，將外部環(huán)境制約降至最低。新型輪胎式地鐵鋪軌設(shè)備配合多樣化的施工工法，將引領(lǐng)中國地鐵建設(shè)新速度。