新型地铁轨排吊具研究

新型地铁轨排吊具研究

王斌

单位：中铁一局集团新运工程有限公司

摘要：在城市轨道交通建设中，轨道施工作业受制于土建单位移交滞后因素，普遍存在单铺轨基地多作业面施工交叉作业，龙门吊的利用率决定施工的进度，轨排的拼装、运输受限于龙门吊的作业时间，造成施工进度缓慢，影响铺轨施工进度。

关键词：铺轨基地双层轨排吊架施工交叉作业

1、前言

铺轨基地作业在轨道施工中占据很重要的作用，铺轨基地拼装及运送轨排的效率直接决定铺轨的进度。由于拼装轨排长度25m，所以需要两台龙门吊分别在两端进行吊装，才能实现轨排运输。铺轨基地一旦形成生产能力，如果按照4个机铺作业面同时开展的情况下，平均每个作业面要保证每天进度75米，需要至少4片轨排，4个作业面一共需要16片轨排，按照正常作业的数据统计，平均每运送一片轨排，从吊装到放置在距离地面30米以下的轨道平车上，按照目前20t龙门吊的起升速度与走行速度统计，每片轨排的运输时间至少需要30分钟。16片轨排一共需要8个小时  的作业时间，铺轨基地除运送轨排工作外，还需要卸材料，拼装轨排等工作，一旦工作起来，在运送轨排的时候，就存在其它作业在等待，造成劳动力浪费，成本增加，所以按照当前龙门吊的作业速度，无法满足单铺轨基地多作业面的施工要求。

针对铺轨基地龙门吊利用率的问题，需要设计一种结构简单、操作便捷，同时能吊装多组轨排的吊具，来节省龙门吊的作业时间，给其它工作提供充足的作业时间，来满足单铺轨基地正常的施工生产任务，提高施工工效，节约劳动力，降低成本，在铺轨基地作业中能得到广泛的应用于推广。

我公司在福州轨道交通2号线铺轨Ⅰ标施工过程中，依据现场实际情况及各工序的施工工序间联络配合关系，在满足现行工况的情况下，大胆自主尝试和创新使用新型双层轨排吊架。针对六种轨排的类型进行分析调查，确定吊具的尺寸与作业标准，经过了反复的试验与应用，成功的提升了龙门吊单次轨排吊装运输的工效。

2、轨排吊架的特性

1、双式轨排吊架能节省轨排运送的作业时间，缓解龙门吊使用频率，提高了利用率。

2、双式轨排吊架具备了较高的强度与韧性，提升了双式轨排吊架的吊装安全性。

3、操作简便，单人可完成轨排吊架的操作。

3、适用范围

该新型轨排吊架适用于单铺轨基地多作业面轨排的拼装与运输。

4、工作原理

新型轨排吊架BIM模型

新型轨排吊架采用全新的吊具结构，在吊装的过程中，通过两个U型卡槽，插入第二层轨排的钢轨底部，然后用两个矩形穿销插入U型卡槽预设传销孔内进行吊装。

双式轨排吊架能够一次吊装两层轨排的吊具，是一种组合结构吊具，包括上部吊板、横担、支撑杆焊接与螺栓连接加固与吊具竖板与横担螺栓连接，吊具竖板与吊具传销、固定销轴螺栓连接。双式轨排吊架包括：（1）、上部吊板（2）、支撑杆（3）、筋板（4）、横担（5）、吊具竖板（6）、吊具穿销（7）固定销。

上部吊板和支撑杆之间采用的气体保护焊接，与焊接筋板之间采用气体保护焊接与底部横担之间采用气体保护焊接，和筋板的连接构件之间采用销轴连接与吊具竖板之间连接采用销轴连接，与吊具穿销之间连接采用销轴连接与固定销之间连接采用销轴连接。

吊具竖板与吊具穿销均采用合金弹簧钢，保证了吊具的安全性。

5、理论论证

5.1、受力分析论证

如表所示，为组成轨排的部件的重量表：

一片轨排由2根钢轨、42根长枕、84块铁垫板、168套弹条及168套大螺栓组成，由此可以算出单片轨排重量为13.62t，两片轨排的总重量为27.24t，短轨枕轨排的重量要小于长轨枕轨排，所以为双式轨排吊架取极限吊装吨位20t，两个双式轨排吊架共同可吊起40t的重量，满足铺轨基地作业吊装重量要求。

下面对双式轨排吊架进行应力分析：

按照极限吊装重量，双式轨排吊架每个吊具穿销应承受5t的力，方可满足要求。如图所示，为双式轨排吊架的受力分析数值模拟图：

由应力分析图可知，在极限受力的情况下，最大变形量0.7683mm，根据材料的屈服极限表可知，远远低于材料的屈服极限，满足要求。

根据安全系统分析可知，最小安全系数1.02，最大安全系数15，满足现场的安全使用。

受力分析图

安全系统分析图

有限元分析结果：

材料抗拉强度标准表

通过有限元分析，得到单个横板可承载重量5T，支架可承载重量20T。

5.2、结构论证

如图2-8所示，分别为轨道施工中六种不同道床类型的轨排，分别在双式轨排吊架中的吊装效果图。

普通短轨枕GB型扣件轨排<一>

普通短轨枕中等减振扣件轨排<二>

薄短轨枕GB型扣件轨排<三>

薄短轨枕中等减振扣件轨排<四>

长轨枕GB型扣件轨排<五>

长轨枕中等减振扣件轨排<六>

论证结论：通过对以上六种不同形式结构的轨排类型进行吊装模拟，确定了轨排吊架的通用性，适用于各种轨排的吊装与运输。

6、应用实例

如图所示，本项发明包括架置在轨排上的吊架、吊具竖板及吊具穿销。所述吊架包括上部吊板（1）、支撑杆（2）、横担（4）筋板（3）。

如图所示，所述吊架与吊具竖板连接采用销轴连接，销轴直径采用50的，材质为Q345钢材加工，销轴采用定位销固定，保证其安全性。所述吊具穿销与吊具竖板之间也是销轴连接，吊具竖板内的传销孔大小，根据吊具穿销尺寸确定，预留间隙4mm，保证作业方便。

如图所示，为吊具的具体实施方式，首先将拼装完好的双式轨排吊架用门式起重机吊运至要吊装轨排的上方，通过所述吊具竖板200的间距，将两片轨排的钢轨放置在吊具竖板之间，直至所述横担旦在第一片轨排上。如图9所示，为具体实施的操作示意图。

图1                                  图2

吊具担在钢轨上后，分别将所述的4根吊具穿销穿进所述吊具竖板内，并用定位销固定，如图10所示，为具体的操作示意图。

图3   图4  

安装完毕之后，在司索的指挥下，进行双轨排的吊装作业，工人在现场按照4个图的操作步骤进行吊装，顺利完成了2层轨排的吊装及运输，双轨排吊架满足了现场的施工需求，提高了龙门吊的利用率，如图为现场实际操作应用图。

新型轨排吊架                        双轨排吊装示意图

7、效益分析

在单铺轨基地多作业面施工中，两台龙门吊单次只能吊装一片轨排，龙门吊利用率较低，通过轨排吊架的改变，提升16t以上龙门吊设备利用率，达到单次提升两片轨排的目的。新型轨排吊架的应用可以提高单铺轨基地多作业面的施工工效，降低了轨排拼装运输的时间，加快了施工进度，节约了项目人工成本。

双式轨排吊架主要是通过吊架结构与强度的改变，来实现双轨排同时吊装的目的。其主要结构包括上部吊板、斜支撑杆、竖向吊具、加强筋板、横向吊具等。双式轨排吊架部件连接采用气体保护焊接进行焊接加固，吊具采用穿销形式进行插接拖住钢轨底部，吊具穿销采用特殊工艺处理的材料，既保证了强度，又具备了韧性，不存在断裂的安全隐患。诸多优点具体表现在：

1、双式轨排吊架的使用节省作业队轨排运送的作业时间，有效的缓解了龙门吊频繁使用的问题，提高了设备的利用率。

例：16片轨排吊装运输用旧的轨排吊架需要8h完成，新式轨排吊架只需要3.5h就可以完成，节约作业时间4.5h。

2、双式轨排吊架通过增加材料的强度，使横向吊具与竖向吊具备了较高的强度与韧性，提升了双式轨排吊架的吊装安全性。

3、工人操作更加简便，只要将两个双式轨排吊架横担在拼装完成的轨排上，便可进行吊装作业,节约了人工成本。

旧的轨排吊架操作需要3个人来完成，新的轨排吊架需要1个人就可以完成，节约一个人工。按照日节约成本来算，共计节约成本=160+8*160/8=320,按照工期，共计节约人工成本=320*30*13=124800元。

8、标准化

该成果目前已经申请了实用新型专利，编制了使用说明书及双轨排吊装工艺工法，并应用到了具体的施工生产中，目前已经在福州地铁2号线、福州地铁1号线二期、宁句城际、南京地铁5号线等多个项目得到了推广应用。

【参考文献】

[1]《机械设计手册》

[2]《有限元原理与ANSYS实践》9787302281405.商跃进/王红