地铁铺轨施工中轮胎式铺轨设备创新应用

雒贵红

摘要：地铁铺轨施工作为地铁建造的关键环节，其施工质量和施工效率将直接影响地铁的的正常开通及运营。本文通过对传统地铁铺轨方法及主要特点进行系统阐述，对比分析了轮胎式铺轨设备主要工作原理，详细介绍了轮胎式无砟轨道运输车、轮胎式无砟轨道起吊机、轮胎式混凝土罐车3种典型轮胎式铺轨设备；轮胎式铺轨设备可自由调整高度、轮距和轮胎偏角，从而适应不同下部基础和不同尺寸的轨道结构；同时，可实现多种轮胎式铺轨设备的立体交叉作业，具有高施工性、高适应性、高可靠性、高稳定性、绿色、低碳、环保等显著特点，推进了地铁建造智能化、少人化发展进程。

关键词：地铁施工；轮胎式铺轨设备；工作性能；创新应用

0引言

地铁轨道基础设施具有稳定性高、刚度均匀性好、结构耐久性强、维修量少等显著优势，且具有可靠的强度与稳定性，对于列车运行的安全与乘客的舒适，均具有重要意义。但地铁轨下基础复杂多样，受限界影响，铺轨施工无法使用大型机械设备。目前传统地铁铺轨施工使用的轮轨式铺轨设备需预先铺设临时走行轨，且难以进行多种施工设备立体交叉作业[1]，大幅提高了地铁施工难度及工期时间。根据现场施工情况，针对传统轮轨式铺轨设备的不足，本文提出一系列新型轮胎式铺轨施工装备。

1传统地铁铺轨施工方法及主要特点

目前，地铁铺轨施工主要使用“轨排架轨法”，其具体可分为人工散铺施工方式和机械铺装施工方式[2]。

1.1 人工散铺施工

人工散铺施工方式是通过汽车吊将钢筋、钢轨、扣件等材料从地面吊至隧道内，再利用叉车将材料运输至铺轨作业处进行铺轨施工；在进行铺轨施工前应进行基准点的测设工作，铺轨施工过程中参照预设的基准点通过人工将钢轨、扣件等散装材料装配成轨排，并进行粗铺，使轨排基本位于预设基准点位；随后进行钢筋绑扎、防杂散电流焊接工作，并安装中心排水沟模板；利用CPⅢ控制网以及轨检小车对钢轨几何形位（轨距、轨向、高低、水平等）进行检测，根据检测数据对轨道进行精调后，通过地泵和泵管进行混凝土浇筑作业[3]。

1.2 机械铺装施工

目前机械铺装施工方式使用的机械设备（轨道平板车、龙门吊等）为轮轨式机械，需要在隧道内预先铺设临时走行轨，并完成轨排基准点的测设；通过汽车吊将钢轨、扣件、钢筋等材料以及混凝土料斗从地面吊至隧道内，并在洞口完成轨排的组装；轨道平板车通过临时走行轨将组装好的轨排运至铺轨作业点，龙门吊将轨排吊起，根据预设的基准点进行轨排粗铺，使其接近设计位置。随后进行钢筋绑扎、防杂散电流焊接、中心排水沟模板安装[4]；利用CPⅢ控制网以及轨检小车检测钢轨几何形位，并根据检测数据对轨距、轨向、高低、水平等指标进行调整[5]；将混凝土泵送至洞口料斗内，通过轨道平板车将装有混凝土的料斗运输至工作点，使用龙门吊吊起料斗，进行混凝土浇筑；浇筑完成后拆除临时走行轨[6]。

1.3 传统施工方法主要特点

人工散铺施工方式使用的施工设备体积较小，适用于较小作业场地面积作业。人工散铺施工方式依靠叉车运输散装材料，叉车一次运输能力有限，需要高频率往返于洞口和铺轨作业地点，且轨排组装在铺轨作业点进行，轨排组装与安装无法同时进行，施工时间长，对工人熟练度要求高。因此，目前地铁施工很少使用人工散铺施工方式。

机械铺装施工方式适用于较大作业场地面积作业，是目前地铁铺轨施工主要采用的方式。相较于人工散铺施工方式，机械铺装施工方式具有自动化程度高、施工效率高等显著优点。但其需要在施工前铺设临时走行轨并在铺轨完成后拆除，工作量较大；自洞口运输至作业点过程，混凝土无法进行搅拌，性能会有一定程度下降。

2轮胎式铺轨设备工作原理及典型设备

2.1 轮胎式铺轨设备工作原理

轮胎式铺轨设备在无砟轨道施工时无需铺设临时走行轨，走行轮可根据隧道类型改变走形轮的角度，以适应不同工况下的行走模式。具体来说，轮胎式铺轨设备采用聚氨酯轮胎作为走行部件，通过控制聚氨酯轮胎的角度和方向，使设备可以在铺设轨道的同时自由行走，同时搭载轮组智能纠偏系统，从而实现设备高效运行、作业。

本文以轮胎式无砟轨道起吊机为例，介绍轮胎式铺轨设备的主要构成。

轮胎式无砟轨道起吊机主要包括：变幅支腿、动力系统、吊运系统、主梁机架、管路拖链、水平支腿、变跨支腿、轮组及电控系统、液压系统等。其中，变幅支腿主要用于调整设备的工作宽度和高度；动力系统为设备设备提供走行和吊运所需的动力；吊运系统用于装卸轨排（轨道板）、模板等材料及工装；主梁机架用于支撑设备的整体结构；管路拖链用于管路的保护和支撑；水平支腿和变跨支腿用于支撑设备，保证设备稳定性；轮组及电控系统用于控制设备的行驶方向和速度；液压系统为设备提供的液压动力。

图 1 轮胎式无砟轨道起吊机

2.2 典型轮胎式施工设备

本文以对典型轮胎式施工设备进行介绍，具体包括轮胎式无砟轨道运输车、轮胎式无砟轨道起吊机、轮胎式混凝土罐车。

2.2.1 轮胎式无砟轨道运输车

轮胎式无砟轨道运输车采用新能源驱动，适用于路基、桥梁、隧道等不同下部基础的轨排、工装、模板等建材运输，单车载重可达30 t，作业行驶速度可达15 km/h；车型紧凑，可与轮胎式无砟轨道吊车等多种施工设备立体交叉作业（如图 2所示），前后均可卸料，不受隧道、涵洞等狭小空间的限制；同时，两车可通过尾部机构相连（如图 3所示），可实现双向驾驶、自动转向等功能。

图 2 轮胎式无砟轨道运输车立体交叉作业	图 3 轮胎式无砟轨道运输车两车连挂示意图

2.2.2 轮胎式无砟轨道起吊机

轮胎式无砟轨道起吊机搭载智能纠偏系统，可通过机械变形适应不同下部基础和不同尺寸的轨道结构；借助设计研发的轨排（轨道板）专用吊架与模板存储架，可完成轨排（轨道板）粗铺作业和模板等工装机械化转运；可实现有人/无人驾驶两用控制，作业行驶速度可达3 km/h，可单次运输16 t物料，配备超载报警仪，接近荷载时预警，具备超载保护功能。

图 4 轮胎式无砟轨道起吊机示意图	图 5 轮胎式无砟轨道起吊机现场作业

2.2.3 轮胎式混凝土罐车

轮胎式混凝土罐车主要进行混凝土的运输与浇筑工作，搭载轮组智能纠偏系统，轮组可根据路基、桥梁、隧道等不同下部基础实现自动调整，通过行走传感器自动纠偏报警功能，保证设备安全运行；单次可运输约8 m3混凝土，满载行驶速度可达7 km/h。

图 6 轮胎式混凝土罐车示意图	图 7 轮胎式混凝土罐车现场作业

3轮胎式铺轨设备主要特点

3.1 高施工性

与传统轮轨式铺轨设备相比，轮胎式铺轨设备采用轮胎作为作为走行部件主体，无需铺设临时走行轨进行辅助。传统的轮轨设备施工时，由于受其施工设备影响，需采用专业机械装备铺设临时走行轨，再进行无砟轨道施工作业，因此，铺设临时走行轨的工序造成现场人力、物力、财力的浪费。而轮胎式铺轨设备可直接行走于下部基础上，如图 8所示，节省了铺设临时轨等施工工序，有效减低施工成本，提高施工效率。

图 8 地铁隧道内典型轮胎式施工设备作业示意图

3.2 高适应性

考虑传统轮轨式铺轨设备需进行临时走行轨的铺设，且不具备施工环境自适应变形等功能，这对复杂地形和狭窄空间内设备的施工作业提出了更高的要求。轮胎式铺轨设备可针对路基、桥梁、隧道等多种下部基础和不同轨距条件，通过调整高度、轮距和轮胎偏角进行自适应变形，如图 9所示，同时，通过搭载的轮组智能纠偏系统，实现轮胎式铺轨设备的安全平稳运行。

(a)小半径圆形隧道	(b)大半径圆形隧道	(c)矩形隧道

图 9 不同类型、不同尺寸地铁隧道轮胎式无砟轨道起吊机作业示意图

3.3 高可靠性

轮胎式铺轨设备采用了先进的液压控制系统和电子控制系统，可对设备运行状态的精确监测和控制，从而保证了设备的安全可靠运行；轮胎常采用聚氨酯材料，该材料具有硬度高、耐老化、耐磨损且富有弹性等特点，可降低设备走行时产生的震动，同时减小对地铁基础设施的损伤风险，有效提高施工质量。同时，轮胎式铺轨设备还具有自动化程度高、操作简便、维护量小等显著特点，进而提高施工的安全性和可靠性。

3.4 高稳定性

传统轮轨式铺轨设备走行部件常采用电缆供电模式，每台设备配备100米电缆线，电源接头需在多个二级电箱间转换，考虑地铁施工环境复杂多样，需安排专人负责用电安全，谨防电缆损坏、漏电。而轮胎式铺轨设备取消了传统铺轨设备电缆供电模式，采用电池供电模式，电池平稳供电可有效减小设备故障率，保障设备安全稳定作业。此外，轮胎式铺轨设备各机构均采用电力驱动，避免传统设备起重机构等部件采用内燃机驱动产生震动，从而对施工作业造成影响，保证了施工设备各机构稳定工作。

3.5 绿色、低碳、环保

轮胎式铺轨设备均采用新能源电力驱动，减少了内燃机工作造成隧道内环境污染，实现施工作业零排放；轮胎式铺轨设备的走行轮采用聚氨酯轮胎，可以有效减小设备在施工中产生的震动和噪音；同时，传统轮轨式铺轨设备在路基段、桥梁段施工作业时，不可避免会对现场周边环境造成影响，如挖掘土方、破坏植被等，这不仅影响了生态环境，而且增加了后期的修复成本，而轮胎式铺轨设备可行走于狭小空间内，减小对环境影响。因此，轮胎式铺轨设备满足绿色、低碳、环保的施工要求。

4结论

本文针对传统地铁铺轨方法及主要特点进行系统阐述，分析了轮胎式铺轨设备主要工作原理，进一步详细介绍了轮胎式无砟轨道运输车、轮胎式无砟轨道起吊机、轮胎式混凝土罐车3种典型轮胎式铺轨设备，总结分析了轮胎式铺轨设备主要特点。主要结论如下：

（1）目前地铁铺轨施工主要使用“轨排架轨法”施工。其中人工散铺施工方式使用的施工设备体积较小，但运能不足严重制约了施工进度；机械铺装施工方式适用于较大作业场地面积作业，具有自动化程度高、施工效率高等优点，但需铺设临时走行轨，增加了施工工序，混凝土转运过程无法搅拌导致性能无法得到保证。

（2）针对传统地铁施工设备存在的不足，研发的轮胎式铺轨设备可自由调整高度、轮距和轮胎偏角，从而适应不同下部基础和不同尺寸的轨道结构；同时，可实现隧道、涵洞等狭小空间内多种轮胎式铺轨设备的立体交叉作业。

（3）通过对比传统轮轨式铺轨设备，轮胎式铺轨设备具有高施工性、高适应性、高可靠性、高稳定性、绿色、低碳、环保等显著特点，同时也推进了地铁建造智能化、少人化发展进程。

参考文献

[1].肖新幸.轮胎式地铁铺轨起重机及其施工方法[J].中国设备工程,2020(17):10-11.

[2].段启楠,熊晴.轮胎式地铁铺轨车吊重能力与隧道直径关系的分析与应用[J].现代机械,2019(06):65-67.

[3].丁文长.轮胎式设备在地铁铺轨施工中的创新应用[J].时代汽车,2020(09):34-37.

[4].生尉鑫.轮胎式铺轨设备在地铁施工中的应用探析[J].工程机械与维修,2023(02):33-35.

[5].陈瑞阳.浅谈地铁轨道施工中CPⅢ测量技术的应用[J]. 测绘通报,2013(S1):121-123.

[6].万俊义,周健.地铁轨道整体道床施工技术[J].四川水力发电,2021,40(06):79-82.