新型地铁轨排吊具研究

新型地铁轨排吊具研究
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。

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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。