孫 瑜

鐵五院自主研發的世界首臺千噸級運架一體機“昆侖號”正式投用。受訪單位供圖

“橫空出世，莽昆侖，閱盡人間春色。”盛夏六月，名字取自該詞作的世界首臺千噸級運架一體架橋機“昆侖號”，正在崇山峻嶺間搬運重梁，修筑大道。

“‘昆侖號’是我國目前科技含量最高、功能最多、應用場景最廣泛的高鐵箱梁鋪架設備。”中國鐵建所屬中鐵第五勘察設計院(以下簡稱“鐵五院”)機械公司總工程師、“昆侖號”研發團隊技術負責人萬鵬告訴科技日報記者，“昆侖號”填補了千噸級高鐵箱梁運架設備的全球空白。

近日，第二十五屆中國專利獎評審結果公示，“昆侖號”橋梁運架機獲得中國專利金獎。

研發千噸級高鐵箱梁運架設備

多年來，我國高鐵橋梁建造普遍采用重900噸、長32米的簡支箱梁，這些箱梁推動了我國350公里時速高鐵建設。然而，隨著400公里時速高鐵建設提上日程，箱梁需要實現從32米到40米的跨越。

“根據研究試驗數據，如果在傳統24米或32米箱梁上運行400公里以上時速高鐵，可能會產生‘共振區間’。”萬鵬說，振動不僅會給乘客帶來不適，還會加速橋梁性能衰減。

40米箱梁不僅可避免“共振區間”，且更具經濟性。“與32米箱梁相比，架設40米箱梁每公里可減少6個橋墩，大幅降低高鐵橋梁造價。”萬鵬介紹，在復雜地形地質條件下，如跨越河流、溝谷的高墩橋梁以及軟基沉陷地區建設深基礎橋梁，也需要更大跨度、更大噸位的簡支箱梁。

箱梁好造，架設卻難。鐵五院副總工程師梁志新告訴記者：“在‘昆侖號’研發成功前，我國橋梁運架裝備極限只能達到32米，世界范圍內也沒有匹配40米型新箱梁的架橋設備。那時，鄭濟鐵路和福廈鐵路已經設計了千噸級、40米箱梁，配套架橋裝備必須在工程建設前研制出來。”

2016年，中國鐵道科學研究院啟動“高速鐵路大跨度簡支箱梁建造關鍵技術研究”，鐵五院承擔其中“高速鐵路40米預應力簡支箱梁運架成套施工設備研制”課題。

瞄準架設40米箱梁、服務400公里時速高鐵建設的目標，鐵五院開始了千噸級高鐵箱梁運架設備“昆侖號”的研發。

導梁方案由“下”變“上”

“在架橋機設計中，上導梁或下導梁方案都是可行的，我國設計架橋機以往多采用下導梁方案。”梁志新說，從運輸經濟性來看，下導梁方式更節約燃料；從工況適應性、總體性價比和市場前景來看，上導梁方案更佳。

經過激烈討論，設計團隊決定“做面向市場的科研”。在距架橋機交付時間僅剩幾個月的緊張時刻，他們放棄了原本已順利通過評審的下導梁方案，啟動了上導梁方案設計。

導梁由“下”變“上”，看似是由“舉”到“提”的動作變化，卻意味著要進行無數次重新演算。“上導梁架橋機的研發對于我們來說是顛覆性的、‘從0到1’的過程。”萬鵬說，團隊聚集在會議室徹夜討論技術方案，反復打磨技術細節。

整體技術路線改變，困難重重。萬鵬舉例：“換成上導梁方案后，主梁承重要求變高，原有鋼材的承載能力和抗疲勞能力無法滿足需要。”

設計團隊決定聯合寶武鋼鐵研發新型鋼材。經過集智攻關，他們共同研發出GT785鋼材，將主要結構受力件板材厚度保持在50毫米，強度和沖擊功率提高至785兆帕、120焦耳。“GT785鋼材強度達到了適用于建造潛艇的級別，保障了主梁強度與韌性。”萬鵬說。

面對常規焊接工藝難以解決的焊縫開裂等問題，團隊邀請鋼鐵研究總院等業內專家出謀劃策，并派設計員“駐廠辦公”，以確保工藝“鋼衣無縫”。

通過廣泛合作和技術創新，架橋機關鍵零部件實現全定制，有效滿足了2000米小曲線、30‰大坡道、橋隧通用等技術要求。

2020年5月，長116米、高9.2米、重約千噸的“昆侖號”誕生。

可滿足多種工程建設需求

2020年6月，“昆侖號”在我國首條跨海高鐵——新建福廈鐵路湄洲灣跨海特大橋建設現場首次亮相。僅用218天，這個“大力士”就順利完成湄洲灣跨海大橋架設任務，與傳統設備相比，其安全性和工效大幅提高。

“相較于以往的分體式架橋機，‘昆侖號’集提梁、運梁、架梁三道工序于一體，施工速度提升25%左右。”萬鵬說。

在萬鵬眼中，“昆侖號”不僅是能適應各種艱苦條件的“鋼鐵俠”，還是一專多能的“全才”。他介紹，普通架橋機進隧道前需要先進行拆解，通過后再重新組裝，而安裝了先進雷達探測傳感器系統的“昆侖號”不僅無需拆分，還能在全黑的隧道內自動糾偏，實現自動過隧。同時，“昆侖號”能在隧道進出口實現“出隧道即架橋”。在隧道中遇到巨大溶洞時，它也能就地架橋，極大提高了山區高鐵線路的施工效率。

“‘昆侖號’施工作業還可兼容原有24米、32米梁以及非標梁，一機多用。”萬鵬介紹，“昆侖號”未來還將擴展應用場景，在起重運輸、大型水利工程等建設工程中發揮作用。

值得一提的是，圍繞“昆侖號”，鐵五院還開發了千噸級分體式架橋機、過隧運梁車、搬梁機、輪軌式提梁機等，組成千噸級高鐵橋梁運架施工裝備完整產業鏈。

目前，“昆侖號”系列架橋機已在杭衢高鐵、黃黃鐵路、新建滬寧合高鐵等20多條線路中應用，架設箱梁數量超萬片，在鐵路40米梁架設領域市場占有率達75%。

“鐵五院十分重視知識產權布局。我們的每一個專項都設有知識產權專員，開展專利導航分析、布局規劃、轉化運用等工作，持續加強成果轉化過程中的知識產權保護。”鐵五院副總工程師王合希表示，目前，“昆侖號”已形成專利組合56件，直接創造經濟效益約2億元。

“昆侖號”目前正在進行新一輪智能化改裝，通過提高智能化駕駛水平、實現多種傳感器的數據融合處理等，使其自動化控制、落梁精準度更高，滿足更多樣的場景需求。