四小时换梁 即换即通车

    通讯员  王  舒  王诗萌

    在你的印象中，给铁路换桥梁，需要多长时间？数月？数周？数天？

    中国铁建的工程师给出答案：4小时。今年，在我国西煤东运第二条大通道——朔黄铁路上，铁路桥梁换运架一体机“太行号”从拆旧换新到完成铺轨，作业时间稳定在4小时，在世界范围内首次实现既有铁路线“即换即通车”。9月份，完成6孔换梁任务的“太行号”结束今年任务，11月份，已进入维护保养阶段。明年，它将继续在朔黄铁路开展新一轮换梁作业。

    “太行号”来头不小。它的姊妹“昆仑号”负责架桥，曾创下216天完成14.7公里桥梁铺架任务的新纪录。它，则负责换梁，是世界上首台铁路桥梁换运架一体机，铁五院和国能集团朔黄铁路公司历经4年联合研制而成。

    是什么让“太行号”做到即换即通车？原来，“太行号”采用了全球首创的“收折式”设计理念。整个装备采用“两车夹一机”的编组方式，两侧为内燃机车，中间为换梁装备。天窗开启，内燃机车驮上新梁，带着换梁机来到换梁桥位，自动对位、调平设备。然后，“太行号”又化身“变形金刚”，伸出门架支腿、平转90度展开；缓慢顶升主梁、放下起重小车。再由起重小车夹住旧梁，吊起放至驮梁小车。随后，起重小车移动至另一侧，吊来新梁，平稳落放至换梁桥位，全流程丝滑、顺畅。

    “是不是看起来觉得挺简单的？” 铁五院机械公司总经理、“太行号”制造及技术服务负责人周光忠说，所谓细节里有大乾坤，“太行号”每个部件长啥样、取啥材、有多重都是经过精心设计的。

    15.5万公铁路线，40%桥梁使用30年以上

    截至2022年底，全国铁路营业里程已达到15.5万公里。

    我国既有运营铁路线最早要追溯到清朝末年，很多普速铁路运营周期已超半个世纪。40%的铁路桥梁使用年限达到30年以上，换梁需求十分迫切。

    “未来10年至20年内，围绕我国既有铁路桥梁更新与快速迭代，未雨绸缪做好营业线的高质量维养，是实现‘交通强国’战略的重要一环。”铁五院副院长、总工程师谌启发说。为应对未来既有铁路线改造和抢修，自2019年开始，铁五院研发团队承担了中国铁建《运营条件下铁路简支T梁更换装备研制及示范应用》重大科研专项。

    其实，研发快速换梁装备的构想，最早诞生于2012年。那时，新中国成立之初“老三线”——成昆、成渝、湘黔陆续出现老旧、病害等问题。

    “这些既有铁路都地处崇山峻岭，按已有方法更换桥梁，作业牵动面广，影响运营，而且安全保障任务艰巨。”“太行号”总设计师梁志新说，现有铁路换梁技术分为横移换梁、龙门吊换梁等方式，但都局限于特定适用场景。

    “传统换梁施工，需要长时间断线、改线，给铁路运营造成很大影响；同时，面对目前普遍存在的高墩、复杂地形，现有换梁设备及技术均无法满足。”梁志新说，尽快研发出全新工程装备，提升既有铁路桥梁“换、运、架”技术水平，刻不容缓。

    把数日维修压缩至4小时天窗期内

    产生研发换梁机构想之初，中国铁建技术人员就一直在思索，如何寻觅一种更好、更快、更高效、更安全的换梁技术。

    “关键难题是缩短时间。铁路施工天窗期一次只有4小时，而现有铁路换梁技术根本无法在4小时内完成。”梁志新说，没有技术参照与案例依据，研发团队的思路一直囿于如何改进以往架桥机架桥的工艺。

    他们认为既然架桥是一片片梁架，换梁也应该是一片片梁换。但在模拟中发现，一片片换梁效率太低，时间长、工序多、受限条件增多，而且运营线上的安全性更难保障。由于没有好的经验和点子，研发团队就在完成其他科研项目和铺架技术的过程中不断总结，“这些年核心成员一直在心里想着如何突破，每次完成其他项目的工余时间，各个专业都会重新讨论，在实践中摸索、在摸索中总结，看看能否碰撞出新的换梁思路。”

    既然单片换梁行不通，那么整孔换梁行不行？2019年，在一次技术讨论会上，研发团队提出了这个设想。他们在研发“昆仑号”过程中，积累了更多实践经验，也有了敢于突破、敢于尝试的底气。研发团队大胆提出方案设想，决定使用整孔换梁方式来简化工序，打破时间限制，只有这样才能实现4小时天窗期内快速换梁。

    新思路也引出了新问题：整孔换梁过大，需要4个转轴来保证换梁机稳定运行，还要考虑升降和界限来躲避接触网，这些难度加起来，是单片换梁难度的10倍不止。在整整两个月的方案探讨与头脑风暴中，研发团队中桥梁、机械、结构、电力各个专业人员不舍昼夜进行关键技术、稳定测算和模型分解等研究，光是大方案就推翻过3次，大家在“建立”与“推翻”之间不断反复，终于找到成功的切入点——采用“两车夹一机”编组运行方式，在世界范围内首创“收折式”设计理念，让换梁机具备“整机换、运”的姿态转换功能。

    该方案成功实现了换梁装备在铁路运行过程中整体不超限界。“既能在既有铁路线上行驶运输，又不需要对运输沿线接触网等附属设备进行迁改。”梁志新说。“太行号”至此具备了一体化施工能力，可适用于各种复杂工况，换梁工序及施工人员大幅减少，较传统工法换梁效率提升近3倍，实现“即换即通车”。

    为铁路换梁施工提供全产业链服务

    在既有铁路线上施工，就不只是一个研发问题，同时还是一整套施工组织与管理问题。“太行号”课题组负责人万鹏表示，课题组同时完成了一套线上运输、施工的应急响应方案。“大规模铁路换梁面临的挑战，看似只是简单的断线施工，却涉及整个物资和人员运输，一旦过程中出现差池，将造成难以估量的损失。”万鹏如是说。

    为此，铁五院与国家能源集团朔黄铁路公司针对“太行号”的研发及投用提出一致要求：作为重载铁路有换梁需求，既往换梁技术难以满足正线施工需求，研发团队需要对样机进行系统试验测试，确保上线施工后万无一失。

    为了确保“太行号”成功实现天窗期内整孔换梁作业，朔黄铁路公司专门提供了试验场地，用于“太行号”的整体换梁试验，并从生产组织、运营管理、安全管理等方面同步创新管理模式，针对装备首次“上线作业”采取多项有效措施，最终形成了换梁机全套换梁作业技术与安全管理体系，为我国既有铁路维修养护实现机械化、智能化形成一套可复制、可推广的工程化应用经验。

    “研发出来只是第一步，作为稳增长、促转型的原动力，把核心技术牢牢掌握在自己手中，最终实现成套技术服务，才是‘产学研一体’的最佳注解。”周光忠说，现在技术团队有着更明确的目标：为既有铁路换梁施工提供全产业链服务。

    “‘太行号’投用后，上下游全产业链中的每一名技术人员都坚定了信心，正在组成一支高素质、高能力、高技术的‘专精特新’特战队，向着技术咨询、桥梁检测、特殊设计、换梁施工全过程技术服务的方向坚定迈进。”周光忠说，面对未来既有线上的换梁难题，团队成员都摩拳擦掌、志气满满。

    目前，研发团队已投入“太行号”升级的研发、设计之中，使之能满足24米、32米全工况、全梁型换架梁需要，继续为我国铁路既有线快速安全维养与高质量迭代发展，提供补链延链的产业布局和可靠的工装保障。