让既有铁路线桥梁“即换即通车”

6月20日，朔黄铁路黄骅南站，晨光熹微。

一列全长87米、自带4条“收折”支腿、宛如钢铁长龙的工程装备，由机车牵引，沿着铁路线前行，同时置换着线路上的混凝土桥T梁，“换、运、架”全部作业一气呵成，整体换梁效率较传统工法提升3倍以上。

这是世界首台换、运、架一体机——“太行号”，由中铁第五勘察设计院集团有限公司（以下简称铁五院）和国能朔黄铁路发展有限责任公司（以下简称朔黄铁路公司）联合研制。

对既有铁路线老旧、病害箱梁进行换梁作业，以往主要使用的台架横移换梁、龙门吊换梁等方式，需长时间断线、改线进行施工。“太行号”仅用4小时“天窗期”（指列车运行图中不铺画列车运行线或调整、抽减列车运行线，为施工和维修作业预留的时间）便完成了全部作业，在世界范围内首次实现既有铁路线“即换即通车”。

从2019年开始，在中国铁建《运营条件下铁路简支T梁更换装备研制及示范应用》重大科研专项支撑下，研发团队历经4年，终于研制出“太行号”。

我国铁路桥梁更换需求迫切

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在30年以上，桥梁更换需求十分迫切。

“未来10年至20年内，围绕我国既有铁路线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。

研发快速更换铁路桥梁装备的构想，最早诞生于2012年。

那时，新中国成立之初的“老三线”——成昆、成渝、湘黔陆续出现老旧、病害等问题。

“这些既有铁路线都地处崇山峻岭，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。

“传统换梁施工方法，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需求。”梁志新说。

尽快研发出全新工程装备，提升既有铁路线桥梁“换、运、架”技术，刻不容缓。

实现4小时“天窗期”内快速换梁

产生研发换梁机构想之初，技术人员就一直在思索，希望找到一种更好、更快、更高效、更安全的换梁技术。

“关键难题是如何缩短施工时间。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小时内完成换梁。”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。

既然架梁是一片片架，换梁也应该是一片片换。

但模拟中技术人员发现，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……

没有好的经验和点子，研发团队不断总结已完成的其他科研项目和铺架技术经验。彼时，研发团队一边研制其他装备，一边构思换梁方案。“完成其他项目的空闲时间里，各专业的技术人员都会一起讨论，在实践中摸索总结，探索新的换梁思路。”梁志新说。

单片换梁行不通，整孔换梁行不行？

2019年，在一次技术讨论会中，“昆仑号”项目总设计师梁志新提出了这个设想。“昆仑号”是世界首台千吨级高铁桥梁运架一体机。

研发团队在研发“昆仑号”的过程中，积累了更多的实践经验，也有了敢于突破、敢于尝试的底气。

随后，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，完成4小时“天窗期”内快速换梁。

然而，新问题也随之而来。整孔换梁所需空间过大，未来的换梁机在稳定和升降上都有严格的限定。“四个转轴的步调必须严格保持一致，确保换梁机稳定，同时因为要躲避铁路线路上的接触网，换梁机还要考虑机械升降作业的空间界限……”在梁志新看来，这些难度加起来，比单片换梁难10倍。

方案探讨足足持续了两个月。其间，桥梁、机械、结构、电力等各个专业的技术人员，不断对关键技术、稳定测算和模型分解等进行研究，光是大方案就推翻过三次。

“建立”与“推翻”，不断反复。最终，一个成功的切入点被找到——采用“两车夹一机”编组运行方式，并且在世界范围内首创了“收折式”设计理念，让换梁机具备“整机换、运”的姿态转换功能。

这个方案解决了换梁装备的各个难题，达到在铁路运行过程中运、换两不误。“既能在既有铁路线上行驶运输，又不需对运输沿线接触网等附属设备进行迁改。”梁志新说。

至此，“太行号”具备了一体化施工能力，试验证明，其适用于各种复杂工况，使换梁工序及施工人员大幅减少，可实现“即换即通车”。

配套完成线上运输、施工应急响应方案

随着研发团队对技术思路的确定，另一个难题也随之诞生。

在既有铁路线上施工，不仅是一个单独的换梁机研发问题，同时还是一整套施工组织与管理问题。

研发团队需要完成一套兼顾线上运输与施工的应急响应方案。

“大规模铁路换梁，绝非仅是简单的断线施工，涉及的是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。”“太行号”课题组负责人万鹏说。

为此，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。针对“太行号”研发及投用，铁五院与朔黄铁路公司达成这样的共识。

为确保“太行号”成功实现“天窗期”内整孔换梁作业，朔黄铁路公司提供专门试验场地，用于“太行号”的整体换梁试验。“双方合作，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’采取了多项有效措施，最终形成了换梁机全套换梁作业技术与安全管理体系。”万鹏认为，全套换梁作业技术与安全管理体系，形成了一套我国既有铁路线维修养护机械化、智能化可复制、可推广的工程化应用经验。

“研发出‘太行号’只是第一步，为既有铁路线换梁施工提供全产业链的成套服务，是‘太行号’的最终目标。”北京铁五院工程机械有限公司总经理孙世豪说。

目前，研发团队已投入到对“太行号”的升级研发、设计之中。“我们要让‘太行号’满足24米、32米全工况、多种梁型的换架需要，继续为我国铁路既有线路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。”说到“太行号”的大规模投用，万鹏信心十足。

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