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“橫空出世，莽昆侖，閱盡人間春色?！笔⑾牧?，名字取自該詞作的世界首臺(tái)千噸級(jí)運(yùn)架一體架橋機(jī)“昆侖號(hào)”，正在崇山峻嶺間搬運(yùn)重梁，修筑大道。

“‘昆侖號(hào)’是我國(guó)目前科技含量最高、功能最多、應(yīng)用場(chǎng)景最廣泛的高鐵箱梁鋪架設(shè)備?！敝袊?guó)鐵建所屬中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院（以下簡(jiǎn)稱“鐵五院”）機(jī)械公司總工程師、“昆侖號(hào)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人萬(wàn)鵬告訴科技日?qǐng)?bào)記者，“昆侖號(hào)”填補(bǔ)了千噸級(jí)高鐵箱梁運(yùn)架設(shè)備的全球空白。

近日，第二十五屆中國(guó)專利獎(jiǎng)評(píng)審結(jié)果公示，“昆侖號(hào)”橋梁運(yùn)架機(jī)獲得中國(guó)專利金獎(jiǎng)。

研發(fā)千噸級(jí)高鐵箱梁運(yùn)架設(shè)備

多年來(lái)，我國(guó)高鐵橋梁建造普遍采用重900噸、長(zhǎng)32米的簡(jiǎn)支箱梁，這些箱梁推動(dòng)了我國(guó)350公里時(shí)速高鐵建設(shè)。然而，隨著400公里時(shí)速高鐵建設(shè)提上日程，箱梁需要實(shí)現(xiàn)從32米到40米的跨越。

“根據(jù)研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果在傳統(tǒng)24米或32米箱梁上運(yùn)行400公里以上時(shí)速高鐵，可能會(huì)產(chǎn)生‘共振區(qū)間’。”萬(wàn)鵬說(shuō)，振動(dòng)不僅會(huì)給乘客帶來(lái)不適，還會(huì)加速橋梁性能衰減。

40米箱梁不僅可避免“共振區(qū)間”，且更具經(jīng)濟(jì)性?！芭c32米箱梁相比，架設(shè)40米箱梁每公里可減少6個(gè)橋墩，大幅降低高鐵橋梁造價(jià)。”萬(wàn)鵬介紹，在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下，如跨越河流、溝谷的高墩橋梁以及軟基沉陷地區(qū)建設(shè)深基礎(chǔ)橋梁，也需要更大跨度、更大噸位的簡(jiǎn)支箱梁。

箱梁好造，架設(shè)卻難。鐵五院副總工程師梁志新告訴記者：“在‘昆侖號(hào)’研發(fā)成功前，我國(guó)橋梁運(yùn)架裝備極限只能達(dá)到32米，世界范圍內(nèi)也沒(méi)有匹配40米型新箱梁的架橋設(shè)備。那時(shí)，鄭濟(jì)鐵路和福廈鐵路已經(jīng)設(shè)計(jì)了千噸級(jí)、40米箱梁，配套架橋裝備必須在工程建設(shè)前研制出來(lái)。”

2016年，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院?jiǎn)?dòng)“高速鐵路大跨度簡(jiǎn)支箱梁建造關(guān)鍵技術(shù)研究”，鐵五院承擔(dān)其中“高速鐵路40米預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁運(yùn)架成套施工設(shè)備研制”課題。

瞄準(zhǔn)架設(shè)40米箱梁、服務(wù)400公里時(shí)速高鐵建設(shè)的目標(biāo)，鐵五院開始了千噸級(jí)高鐵箱梁運(yùn)架設(shè)備“昆侖號(hào)”的研發(fā)。

導(dǎo)梁方案由“下”變“上”

“在架橋機(jī)設(shè)計(jì)中，上導(dǎo)梁或下導(dǎo)梁方案都是可行的，我國(guó)設(shè)計(jì)架橋機(jī)以往多采用下導(dǎo)梁方案?！绷褐拘抡f(shuō)，從運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，下導(dǎo)梁方式更節(jié)約燃料；從工況適應(yīng)性、總體性價(jià)比和市場(chǎng)前景來(lái)看，上導(dǎo)梁方案更佳。

經(jīng)過(guò)激烈討論，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)決定“做面向市場(chǎng)的科研”。在距架橋機(jī)交付時(shí)間僅剩幾個(gè)月的緊張時(shí)刻，他們放棄了原本已順利通過(guò)評(píng)審的下導(dǎo)梁方案，啟動(dòng)了上導(dǎo)梁方案設(shè)計(jì)。

導(dǎo)梁由“下”變“上”，看似是由“舉”到“提”的動(dòng)作變化，卻意味著要進(jìn)行無(wú)數(shù)次重新演算。“上導(dǎo)梁架橋機(jī)的研發(fā)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是顛覆性的、‘從0到1’的過(guò)程?！比f(wàn)鵬說(shuō)，團(tuán)隊(duì)聚集在會(huì)議室徹夜討論技術(shù)方案，反復(fù)打磨技術(shù)細(xì)節(jié)。

整體技術(shù)路線改變，困難重重。萬(wàn)鵬舉例：“換成上導(dǎo)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(wú)法滿足需要?！?/p>

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)決定聯(lián)合寶武鋼鐵研發(fā)新型鋼材。經(jīng)過(guò)集智攻關(guān)，他們共同研發(fā)出GT785鋼材，將主要結(jié)構(gòu)受力件板材厚度保持在50毫米，強(qiáng)度和沖擊功率提高至785兆帕、120焦耳。“GT785鋼材強(qiáng)度達(dá)到了適用于建造潛艇的級(jí)別，保障了主梁強(qiáng)度與韌性?！比f(wàn)鵬說(shuō)。

面對(duì)常規(guī)焊接工藝難以解決的焊縫開裂等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)鋼鐵研究總院等業(yè)內(nèi)專家出謀劃策，并派設(shè)計(jì)員“駐廠辦公”，以確保工藝“鋼衣無(wú)縫”。

通過(guò)廣泛合作和技術(shù)創(chuàng)新，架橋機(jī)關(guān)鍵零部件實(shí)現(xiàn)全定制，有效滿足了2000米小曲線、30‰大坡道、橋隧通用等技術(shù)要求。

2020年5月，長(zhǎng)116米、高9.2米、重約千噸的“昆侖號(hào)”誕生。

可滿足多種工程建設(shè)需求

2020年6月，“昆侖號(hào)”在我國(guó)首條跨海高鐵——新建福廈鐵路湄洲灣跨海特大橋建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)首次亮相。僅用218天，這個(gè)“大力士”就順利完成湄洲灣跨海大橋架設(shè)任務(wù)，與傳統(tǒng)設(shè)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(jī)，‘昆侖號(hào)’集提梁、運(yùn)梁、架梁三道工序于一體，施工速度提升25%左右?！比f(wàn)鵬說(shuō)。

在萬(wàn)鵬眼中，“昆侖號(hào)”不僅是能適應(yīng)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(jī)進(jìn)隧道前需要先進(jìn)行拆解，通過(guò)后再重新組裝，而安裝了先進(jìn)雷達(dá)探測(cè)傳感器系統(tǒng)的“昆侖號(hào)”不僅無(wú)需拆分，還能在全黑的隧道內(nèi)自動(dòng)糾偏，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)隧。同時(shí)，“昆侖號(hào)”能在隧道進(jìn)出口實(shí)現(xiàn)“出隧道即架橋”。在隧道中遇到巨大溶洞時(shí)，它也能就地架橋，極大提高了山區(qū)高鐵線路的施工效率。

“‘昆侖號(hào)’施工作業(yè)還可兼容原有24米、32米梁以及非標(biāo)梁，一機(jī)多用?！比f(wàn)鵬介紹，“昆侖號(hào)”未來(lái)還將擴(kuò)展應(yīng)用場(chǎng)景，在起重運(yùn)輸、大型水利工程等建設(shè)工程中發(fā)揮作用。

值得一提的是，圍繞“昆侖號(hào)”，鐵五院還開發(fā)了千噸級(jí)分體式架橋機(jī)、過(guò)隧運(yùn)梁車、搬梁機(jī)、輪軌式提梁機(jī)等，組成千噸級(jí)高鐵橋梁運(yùn)架施工裝備完整產(chǎn)業(yè)鏈。

目前，“昆侖號(hào)”系列架橋機(jī)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(yīng)用，架設(shè)箱梁數(shù)量超萬(wàn)片，在鐵路40米梁架設(shè)領(lǐng)域市場(chǎng)占有率達(dá)75%。

“鐵五院十分重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局。我們的每一個(gè)專項(xiàng)都設(shè)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)專員，開展專利導(dǎo)航分析、布局規(guī)劃、轉(zhuǎn)化運(yùn)用等工作，持續(xù)加強(qiáng)成果轉(zhuǎn)化過(guò)程中的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)?！辫F五院副總工程師王合希表示，目前，“昆侖號(hào)”已形成專利組合56件，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約2億元。

“昆侖號(hào)”目前正在進(jìn)行新一輪智能化改裝，通過(guò)提高智能化駕駛水平、實(shí)現(xiàn)多種傳感器的數(shù)據(jù)融合處理等，使其自動(dòng)化控制、落梁精準(zhǔn)度更高，滿足更多樣的場(chǎng)景需求。