地鐵鋪軌施工中輪胎式鋪軌設備創新應用

張兆欽

（中鐵十四局集團第五工程有限公司，山東 兗州 272117）

1 國內地鐵施工的大環境

（1）軌道交通是城市交通系統的重要組成部分。相對其他交通形式，軌道交通具有便捷、高效、安全、舒適和環保的特點。據計算，同等運能的軌道交通單位能耗只相當于小型汽車的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，特別是進入21 世紀后，城市軌道交通發展迅速。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展進程及投資計劃。我國城市軌道交通建設始于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劃修建地鐵，規劃總線路達400 余條，總里程超過1000 公里。在當前地鐵施工的大潮下，各大城市地鐵建設項目紛紛提上日程。“十三五”期間，我國的目標是將建成、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”，又可分為機鋪法和散鋪法。

（1）機鋪法施工方案。基底內組裝軌排、加工鋼筋，軌道平板車將軌排和半成品鋼筋運輸至施工現場。鋪軌作業面提前安裝走行軌并調試好鋪軌龍門，測設鋪軌基標。利用洞內鋪軌龍門將軌排鋪設至施工部位，根據鋪軌基標粗調軌排，使其接近設計位置。綁扎鋼筋、防雜散電流焊接完成后，安裝中心水溝模板。CPIII 控制網設站、軌檢小車檢測軌道幾何尺寸，根據檢測數據調整軌向、高低、軌距、水平等，幾何尺寸達標后，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：預留軌排井的車站及預留股道的停車場，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，使用叉車將軌料倒運至鋪軌工作面。鋪軌作業面提前測設基標，根據側設基標原地人工組裝軌排并粗調，使其接近設計位置。綁扎鋼筋、防雜散電流焊接完成后，安裝中心水溝模板。CPIII 控制網設站、軌檢小車檢測軌道幾何尺寸，根據檢測數據調整軌向、高低、軌距、水平等，幾何尺寸達標后，使用地泵和泵管，泵送混凝土。

適用范圍：工期緊張或區段過長的情況下，使用預留盾構井（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“機鋪法”。機鋪法施工需配置成套的機械設備，預先鋪設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影響，包括土建、供電單位施工進度影響及鋪軌施工中工序影響，同時，因鋪軌施工配置機械設備為專用設備，對設備穩定性及設備操作人員有一定要求，否則，易發生機械故障并造成安全事故，施工效率低。

3 傳統地鐵鋪軌施工

3.1 鋪軌專用設備及人員配置

每個工作面需配置地鐵鋪軌機、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

鋪設鋪軌機走行軌道→鋪軌機安裝調試、運行至施工部位→軌道車牽引軌道平板運輸軌排→鋪軌機吊卸軌排、路料、軌排安裝→線路調整→平板車運輸混凝土料斗至施工部位→鋪軌機吊運混凝土料斗澆筑道床→線路養護→設備轉移至下一工作部位→拆除鋪軌機走行軌道。

表1

3.3 傳統地鐵鋪軌施工工效

在有足夠工作面的情況下，傳統輪軌式地鐵鋪軌設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，不能連續施工。同時，因不能穿插作業，輪軌式地鐵鋪軌設備工效較低，無法組織搶工。

4 新型無軌化地鐵鋪軌施工

4.1 機械及操作人員配置：

配置輪胎式鋪軌機、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、輪胎式罐車、輪胎式平板車安裝調試→設備到達施工部位→輪胎式平板車運輸軌排路料到達施工部位→輪胎式鋪軌機卸軌排路料、軌排并安裝→線路調試→輪胎式罐車運輸混凝土到達施工部位并澆筑→線路養護→設備轉移至下一工作部位（省略鋪軌機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）。

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

5 傳統與新型輪胎式鋪軌設備施工對比

5.1 設備配置對比（表3）

傳統有軌地鐵鋪軌施工每個工作面需配置機械設備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械設備4 臺，單班配置操作手5 人。

5.2 施工工序對比

5.2.1 傳統輪軌式地鐵鋪軌設備

只有常規施工工序，配置設備為輪軌式地鐵鋪軌機、軌道車、平板車、料斗、攪拌罐。工序為鋪軌機到達施工部位→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，澆筑排水溝時使用攪拌罐，需安裝鋪軌機走行軌道）。

表3

5.2.2 新型輪胎式地鐵鋪軌設備施工工序

（1）理想狀態：兩端各具備一個下料口，設備配置時中間放置輪胎式鋪軌機、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→輪胎式鋪軌機吊裝軌排進行安裝→另一端下料口輪胎式罐車發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→鋪軌機向前移動→輪胎式罐車澆筑混凝土（如此反復施工）。

（2）常規狀態。

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

②只有一個下料口，配置輪胎式鋪軌機、輪胎式罐車、軌道車、軌道平板。施工工序為輪胎式鋪軌機到達施工部位→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）。

③只有一個下料口，配置輪胎式鋪軌機、軌道車、平板車、料斗、攪拌罐。施工工序為：輪胎式鋪軌機到達施工部位→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，澆筑排水溝時使用攪拌罐，施工過程不用安裝鋪軌機走行軌道）。

相比傳統的輪軌式地鐵鋪軌設備施工，新型輪胎式地鐵鋪軌設備施工工序更靈活，工法更多樣，因不受空間限制，設備可穿插作業，具備較強的連續作業能力，施工全過程無須安裝鋪軌機走行軌道。

5.3 施工工效對比

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

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

（3）傳統輪軌式和新型輪胎式設備施工效率策算（表4）。

根據以上數據反應，新型輪胎式鋪軌設備比傳統輪軌式鋪軌設備：

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，新型設備每天完成（含基底施工）50m，傳統設備每天完成29.5m（含基底施工），提高工效41%。新型設備每天完成（不含基底施工）76.9m，傳統設備每天完成33.9m（不含基底施工），提高工效126%。

5.4 施工成本對比

5.4.1 機械、材料投入對比

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

5.4.2 人工投入對比

輪軌式地鐵鋪軌設備需安裝和拆卸軌道、可調鋼支墩等，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。傳統輪軌式地鐵鋪軌設備相對新型輪胎式地鐵鋪軌設備每公里多投入人工費約6.6 萬元。當鋪軌里程超過7 公里時，傳統輪軌式地鐵鋪軌設備施工總成本投入大于新型輪胎式設備。

6 結語

新型輪胎式地鐵鋪軌設備在地鐵鋪軌施工中工序工法多樣（4 種），較傳統輪軌式地鐵鋪軌設備施工效率提高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。設備克服了傳統輪軌式鋪軌設備走行固定的弊端，不需再安裝臨時用走行軌，減少了資源投入，保護了盾構管片，縮短了板式道床鋪軌工期。同時，新設備還自帶電瓶，在洞內緊急停電時，可以繼續工作5 小時，將外部環境制約降至最低。新型輪胎式地鐵鋪軌設備配合多樣化的施工工法，將引領中國地鐵建設新速度。