既有鐵路線橋梁?“即換即通車”——世界首臺“換運(yùn)架”一體機(jī)“太行號”研發(fā)紀(jì)實(shí)

6月20日，朔黃鐵路黃驊南站，晨光熹微。

(相關(guān)資料圖)

一列“兩車夾一機(jī)”的特殊編組工裝，由機(jī)車牽引，沿著鐵路線前行，同時置換著線路上的混凝土橋T梁。全長87米、自帶4條“收折”支腿、宛如鋼鐵長龍的工裝，完成“換、運(yùn)、架”全部作業(yè)一氣呵成，整體換梁效率較傳統(tǒng)工法提升3倍以上。

這是世界首臺換、運(yùn)、架一體機(jī)“太行號”，由中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司（簡稱“鐵五院”）和國能集團(tuán)朔黃鐵路公司聯(lián)合研制。

對既有線老舊、病害箱梁的換梁作業(yè)，以往主要使用的臺架橫移換梁、龍門吊換梁等方式，均受限于特定的適用場景，需長時間斷線、改線進(jìn)行施工。“太行號”完成全部作業(yè)，僅用了4小時“天窗期”，在世界范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)既有鐵路線“即換即通車”。

從2019年開始，在中國鐵建《運(yùn)營條件下鐵路簡支T梁更換裝備研制及示范應(yīng)用》重大科研專項支撐下，技術(shù)團(tuán)隊歷經(jīng)4年，終于研制出“太行號”。

15.5萬公里既有鐵路線，40%橋梁使用30年以上

截至2022年底，全國鐵路營業(yè)里程已達(dá)到15.5 萬公里。

我國既有運(yùn)營鐵路線最早要追溯到清朝末年，很多普速鐵路運(yùn)營周期已超半個世紀(jì)。40%的鐵路橋梁使用年限達(dá)到30年以上，橋梁更換需求十分迫切。

“未來10年至20年內(nèi)，圍繞我國既有鐵路橋梁更新與快速迭代，未雨綢繆做好營業(yè)線的高質(zhì)量維養(yǎng)，是實(shí)現(xiàn)‘交通強(qiáng)國’戰(zhàn)略的重要市場一環(huán)?！辫F五院總工程師諶啟發(fā)說。

為應(yīng)對未來既有鐵路線改造和搶修，自2019年開始，鐵五院研發(fā)團(tuán)隊承擔(dān)了中國鐵建《運(yùn)營條件下鐵路簡支T梁更換裝備研制及示范應(yīng)用》重大科研專項。

研發(fā)快速更換鐵路橋梁裝備的構(gòu)想，最早誕生于2012年。

那時，新中國成立之初“老三線”——成昆、成渝、湘黔陸續(xù)出現(xiàn)老舊、病害等問題。

“這些既有鐵路都地處崇山峻嶺，按已有方法更換橋梁，作業(yè)牽動面廣，影響運(yùn)營，而且安全保障任務(wù)艱巨?！薄疤刑枴笨傇O(shè)計師梁志新說。

“傳統(tǒng)換梁施工方法，需要長時間斷線、改線，給鐵路運(yùn)營造成很大影響；同時，面對目前普遍存在的高墩、復(fù)雜地形，現(xiàn)有換梁設(shè)備及技術(shù)均無法滿足?！绷褐拘抡f。

盡快研發(fā)出全新工程裝備，提升既有鐵路橋梁“換、運(yùn)、架”技術(shù)，刻不容緩。

首創(chuàng)“收折式”設(shè)計，讓換梁機(jī)具備姿態(tài)轉(zhuǎn)換功能

產(chǎn)生研發(fā)換梁機(jī)構(gòu)想之初，技術(shù)人員就一直在思索，如何尋覓一種更好、更快、更高效、更安全的換梁技術(shù)。

“關(guān)鍵難題是如何縮短‘時間’。鐵路施工天窗期一次只有4小時，而現(xiàn)有鐵路換梁技術(shù)根本無法在4小時內(nèi)完成?！绷褐拘抡f。

沒有技術(shù)參照與案例依據(jù)，研發(fā)團(tuán)隊的思路一直囿于如何改進(jìn)以往架橋機(jī)架橋的工藝。

既然架橋是一片片梁架，換梁也應(yīng)該是一片片梁換。

但模擬中發(fā)現(xiàn)，一片片換梁效率太低，時間長、工序多、受限條件增大，而且運(yùn)營線上的安全性更難保障……

沒有好的經(jīng)驗和點(diǎn)子，研發(fā)團(tuán)隊不斷總結(jié)已完成的其他科研項目和鋪架技術(shù)?！懊客瓿善渌椖康目臻e時間，各專業(yè)都會重新討論，在實(shí)踐中摸索總結(jié)，探索新的換梁思路。”

單片換梁行不通，整孔換梁行不行？

2019年，在一次技術(shù)討論會中，“昆侖號”項目總設(shè)計師梁志新提出了這個設(shè)想?！袄鎏枴笔鞘澜缡着_千噸級高鐵橋梁運(yùn)架一體機(jī)。

研發(fā)團(tuán)隊在研發(fā)“昆侖號”過程中，積累了更多的實(shí)踐經(jīng)驗，也有了敢于突破、敢于嘗試的底氣。

隨后，研發(fā)團(tuán)隊大膽提出方案設(shè)想，決定使用整孔換梁方式來簡化工序，打破時間限制，完成4小時天窗期內(nèi)快速換梁的預(yù)期。

然而，新問題也同時到來。整孔換梁過大，未來的換梁機(jī)在穩(wěn)定和升降上都有嚴(yán)格的限定?！八膫€轉(zhuǎn)軸的步調(diào)必須嚴(yán)格保持一致，確保換梁機(jī)穩(wěn)定，同時，因為要躲避鐵路線路上的接觸網(wǎng)，換梁機(jī)還要考慮升降和界限……”在梁志新看來，這些難度加起來，超過單片換梁難度的10倍。

方案探討足足持續(xù)了兩個月。期間，橋梁、機(jī)械、結(jié)構(gòu)、電力等各個專業(yè)人員，不斷對關(guān)鍵技術(shù)、穩(wěn)定測算和模型分解等研究，光是大方案就推翻過三次。

“建立”與“推翻”，不斷反復(fù)。最終，一個成功的切入點(diǎn)被找到——采用“兩車夾一機(jī)”編組運(yùn)行方式，在世界范圍內(nèi)首創(chuàng)了“收折式”設(shè)計理念，讓換梁機(jī)具備“整機(jī)換、運(yùn)”的姿態(tài)轉(zhuǎn)換功能。

這個方案解決了換梁裝備的各個難題，達(dá)到在鐵路運(yùn)行過程中整體不超限界?！凹饶茉诩扔需F路線上行駛運(yùn)輸，又不需對運(yùn)輸沿線接觸網(wǎng)等附屬設(shè)備進(jìn)行遷改?！绷褐拘抡f。

至此，“太行號”具備了一體化施工能力，實(shí)驗證明，可以適用于各種復(fù)雜工況，換梁工序及施工人員大幅減少，較傳統(tǒng)工法換梁效率提升近3倍，實(shí)現(xiàn)“即換即通車”。

一套線上運(yùn)輸、施工的應(yīng)急響應(yīng)方案同時完成

隨著研發(fā)團(tuán)隊對技術(shù)思路的確定，另一個難題也隨之誕生。

在既有鐵路線上施工，不僅是一個單獨(dú)的換梁機(jī)研發(fā)問題，同時還是一整套施工組織與管理問題。

一套線上運(yùn)輸、施工的應(yīng)急響應(yīng)方案需要同時完成。

“大規(guī)模鐵路換梁，絕非僅是簡單的斷線施工，涉及的是整個物資和人員運(yùn)輸。一旦過程中出現(xiàn)差池，將造成難以估量的損失?！薄疤刑枴闭n題組負(fù)責(zé)人萬鵬說。

作為重載鐵路有換梁需求，既往換梁技術(shù)難以滿足正線施工需求，研發(fā)團(tuán)隊需要對樣機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)試驗測試，確保上線施工后“萬無一失”。針對“太行號”研發(fā)及投用，鐵五院與國家能源集團(tuán)朔黃鐵路公司達(dá)成這樣的共識。

為確保“太行號”成功實(shí)現(xiàn)“天窗期”內(nèi)整孔換梁作業(yè)，朔黃鐵路公司提供專門試驗場地，用于“太行號”的整體換梁試驗?！半p方合作，從生產(chǎn)組織、運(yùn)營管理、安全管理等方面同步創(chuàng)新管理模式，針對裝備首次‘上線作業(yè)’采取了多項有效措施，最終形成了換梁機(jī)全套換梁作業(yè)技術(shù)與安全管理體系?！比f鵬認(rèn)為，全套換梁作業(yè)技術(shù)與安全管理體系，為我國既有鐵路維修養(yǎng)護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、智能化形成一套可復(fù)制、可推廣的工程化應(yīng)用經(jīng)驗。

“研發(fā)出‘太行號’只是第一步，為既有鐵路換梁施工提供全產(chǎn)業(yè)鏈的成套服務(wù)，是‘太行號’的最終目標(biāo)。”鐵五院機(jī)械公司總經(jīng)理孫世豪說。

面對未來既有線上的換梁難題，團(tuán)隊成員仍在持續(xù)攻堅。

目前，研發(fā)團(tuán)隊已投入到對“太行號”的升級研發(fā)、設(shè)計之中?！拔覀円尅刑枴瘽M足24米、32米全工況、多種梁型的換架需要，繼續(xù)為我國鐵路既有線快速安全維養(yǎng)與高質(zhì)量迭代發(fā)展，提供補(bǔ)鏈延鏈的產(chǎn)業(yè)布局和可靠的工裝保障?！闭f到“太行號”的大規(guī)模投用，萬鵬信心十足。

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