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”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。