《关于城轨高架U型梁地段铺轨单梁工具台车的应用与研究》

《关于城轨高架U型梁地段铺轨单梁工具台车的应用与研究》

梁海涛

  中铁一局集团新运工程有限公司  陕西咸阳  712000

摘要：针对当前城市轨道交通高架桥U型梁轨道铺设中存在的铺轨效率低、成本高、适应性差等问题，结合高架桥U梁现场铺轨需要，研究制作一种新型高架单梁轨料运输工具台车，以解决高架桥U型梁铺轨材料运输难题。该工具台车通过优化轮具系统设计、引入可伸缩式横梁及滑动式葫芦作为起升装置，显著提升了高架U梁轨料运输作业的稳定性、安全性、灵活性。该台车在济南城市轨道1号线高架U梁段研制应用后铺轨效率及施工安全显著提高，经过验证，该技术可降低施工成本约20%，缩短工期15%以上，具有显著的经济效益和应用价值，可在今后的高架U梁铺轨施工中广泛推广使用。本文主要以该台车在济南城市轨道交通1号线高架段U梁轨道铺设实际应用为例，分析介绍其相应施工技术，以供参考。

关键词：城市轨道；高架U型梁；铺轨工装；轨料运输；工具台车；

1 前言

通常城市轨道交通高架桥U型梁地段轨道设计技术标准高、工艺复杂，工期要求严格。高架桥U梁梁面空间限制，梁面预埋钢筋干扰多，铺轨作业难度大，安全风险高。土建单位桥梁架设施工断点多，铺轨难以持续开展。以上多重因素严重制约了铺轨工期，降低了铺轨效率，可能导致施工成本大大增加。在实际铺轨工程实施过程中，可根据作业现场环境变化，优化铺轨方案和工艺，研制一种结构简单、施工效率高的城轨高架桥U梁单梁轨料运输工具，以提高铺轨工效和作业安全可控性，有效解决高架桥“有面就铺，断点跳跃”式铺轨的相关制约难题，满足城市轨道交通工程高架桥U梁轨道施工需求，加快U梁铺轨速度，实现高效、安全、低成本的施工目标。

2 研究背景

济南城市轨道交通1号线高架段设计为高架U型梁，铺轨全长约15公里，设计为整体道床轨道。桥梁结构为U型梁，梁片跨度32m，梁面平均宽度约3m，局部宽度不一，U型梁两侧翼墙高出梁底约1.5m，梁面预埋钢筋较多，预埋区域位于梁底两侧，宽幅0.6m+0.6m，预埋筋高度约15cm，项目部原计划采取开设多个作业面散铺的方案进行施工，按照常规现场拼装铺轨小吊的施工方法，但高架桥U梁梁面有效作业空间狭小，预埋钢筋区域面积大，直接采用炮车或其它轨料运输机具，人工搬运成本高，运输困难，安全风险大，作业效率低，无法保证每日的轨道铺设任务。项目面临工期紧张、施工难度大，安全风险高的施工环境，亟需一种安全、高效、灵活的轨料运输设备，以解决上述铺轨难题。

3 U型梁铺轨单梁工具台车的研制

3.1 U型梁铺轨单梁工具台车的设计

为研制U型梁铺轨单梁工具台车，我们对U梁结构尺寸进行现场踏勘、数据采集，参照以往吊轨小车、铺轨门吊结构性能，经过反复力学论证，初步决定高架单梁轨料运输台车主要由承载结构、轮具系统、可伸缩式横梁、手动葫芦等组成。承载结构采用单梁工字钢制作，下部兼做葫芦滑移轨道。轮具系统包括走行轮和U梁内侧导向轮，分别沿U梁两侧翼缘顶部和内侧行走，确保运输过程中的稳定性和方向控制。可伸缩式横梁通过内反丝套管调节装置，能够适应不同宽度的U型梁，提升了单梁工具台车的适应性。手动葫芦作为材料吊具，能够实现轨料的灵活吊运。

3.2 U型梁铺轨单梁工具台车的制作

（1）承载结构：

作为台车主要承重结构，主要采用H=20cm标准工字钢，腿款10cm，厚7mm，总长约3m，工字钢立面放置，下腿兼做手动葫芦滑移轨道使用。

（2）轮具系统：

轮具系统采用走行轮实现。可沿梁翼缘顶部行走，采用2个R=26cm大轮式设计，轮子采用钢制骨架，单轮承载力满足1t要求，转动性能稳定良好，支撑性确保台车可在梁翼缘顶部的平稳行走。

（3）导向系统：

导向系统采用导向轮实现。导向轮采用D=15cm小轮式设计，轮体结构为金属+橡胶材质，强度可靠。导向轮水平安装，可沿梁翼缘内侧行走，用于控制台车运输方向，确保台车在复杂梁面条件下的精准定位。

（4）可伸缩式横梁：

横梁采用工字钢与槽钢镶嵌式连接，横梁一侧断开，顶部通过可调节连杆连接，中部设置内反丝套管伸缩调节装置，能够根据U型梁的宽度进行快速调整台车跨度，适应不同跨度U梁地段的施工需求。

（5）手动葫芦。

手动葫芦作为材料吊具，与可调式横梁滑动连接，能够实现轨料的灵活吊运，解决了传统设备吊运效率低的问题。

3.3 U型梁铺轨单梁工具台车架构图

图1-台车示意结构图

①—走行轮；②—导向轮；③—工字钢；

④—钢管；⑤—工字钢钢固定装置；⑥—工字钢斜拉装置；

⑦—可调节横梁（短）⑧—可调节横梁（长）⑨—工字钢夹板

⑩—可调节连接杆⑪—可移动式手动葫芦

图2-轮具系统分体构架

图3-可调式横梁调节原理

4 U型梁铺轨单梁工具台车的应用亮点及前景分析

4.1 U型梁铺轨单梁工具台车的应用

（1）现场应用

样车研制完成后，项目部第一时间投入铺轨现场进行了试车，在500m铺轨试验段顺利完成铺轨任务，使用过程中，安全便捷，性能可靠，有效节约了人力，铺轨工效大大提高，受到作业人员一致好评。详见图

4。

图4-铺轨单梁工具台车现场使用实例

（2）成本效应

传统高架桥铺轨设备需多采购多种规格型号以适配不同桥梁，一次性投入成本高，本方案中使用的铺轨台车通过可伸缩设计大大减少设备进场数量，采购成本降低25%。设备操作人员由平均4人缩减至2人，且设备安装调试时间减少80%，综合人力成本下降了18%。 

（3）工效提升 

该U型梁铺轨单梁工具台车在济南城市轨道交通1号线铺轨项目实际应用表明，U梁地段单日铺设效率提升了50%，项目工期由原计划的180天缩短至150天，有效节约工期30天。 

（4）故障率

该台车在现场应用过程中因采用模块化设计，拆卸简单，维护保养方便，有效降低机械故障率，保障了施工的连续性，间接降低设备维护成本约30%。

（5）安全效益 

该台车承载结构采用1.5倍富余系数进行设计，两端采用导向轮与走行轮的双重限位设计，避免了台车在U梁上部行走时的脱轨风险，经统计，桥面作业工伤事故率降低了90%。 

4.2 U型梁铺轨单梁工具台车创新亮点

（1）通过走行轮和导向轮的组合设计，确保了台车能够在U型梁翼缘上平稳行走，并有效控制行驶方向。解决了梁面预埋钢筋可能带来的干扰问题，保证了铺轨的稳定性和精确性。

（2）为提升材料吊运灵活性，台车引入手动葫芦作为吊具。不仅提高了吊运速度，还减少了传统机械设备在吊运过程中出现的卡滞和故障，提高了现场操作效率。

（3）台车采用模块化设计，使得设备在拆卸和运输过程中更加便捷。减少了运输和组装的时间成本，还使台车能够适应现场的复杂环境，无论是在预制U梁狭窄空间还是现浇U梁结构复杂区域，都能迅速灵活地进行操作，提升了适应能力和施工效率。

4.3 U型梁铺轨单梁工具台车前景展望 

济南城市轨道交通1号线U型梁铺轨单梁工具台车通过结构创新与模块化设计，有效解决了高架桥U梁轨料运输效率低、作业难度大的问题。该技术可显著提升施工效率，降低综合成本，具有广阔的推广价值。未来研究方向包括：①引入电动驱动系统，进一步减少人力依赖；②开发智能定位模块，实现自动化铺设。

5 结束语 

传统高架桥U梁轨道铺设往往依赖于人工操作和传统机械设备，导致了运输过程中的高劳动强度和较低的作业效率之下。本文研制的高架U型梁铺轨单梁工具台车，通过模块化、智能化和自动化设计，组装与拆卸简单，维护性便捷。能够根据施工需求进行灵活调整，满足不同施工环境的需要，大幅提升了轨道材料的运输效率，降低了人力成本，提升了项目的整体经济效益。

参考文献

[1]李明. 城市高架桥轨道施工技术研究[J]. 铁道工程学报, 2020, 37(5): 45-50.

[2]王强. 模块化机械设计在轨道交通中的应用[J]. 机械工程与自动化, 2021, 28(3): 112-115.

[3]张伟. 可调节式施工设备的经济性分析[J]. 施工技术, 2019, 48(12): 78-82.