“昆仑号”架桥机是如何诞生的？

福厦高铁湄洲湾跨海大桥

“昆仑号”架桥机

项目名片

2020年6月22日，我国自主研发的世界首台千吨级架桥一体机——“昆仑号”，在新建福（州）厦（门）高铁湄洲湾跨海大桥投用。相较于传统900吨架桥机，该设备不仅将运载箱梁最大长度由32米延伸到40米、吨位从900吨提升至1000吨，同时系统解决了特殊工况的桥梁架设和供电协调性等问题，具有智能化程度更高、应用场景更广等特点，对未来中国高铁建设具有划时代意义。      

讲述人

中铁第五勘察设计院集团有限公司（简称铁五院）铺架技术及装备研发中心常务副主任、“昆仑号”研发设计项目技术主要负责人   万鹏

4月9日，新建福厦高铁湄洲湾跨海大桥无砟轨道施工完成，为后续铺轨作业和通车运营创造了有利条件。湄洲湾跨海大桥全长14.7公里，其中海域施工长度10.8公里。该桥除连续梁外全部采用40.6米箱梁设计，是福厦高铁唯一一座40.6米箱梁桥。架梁施工过程中，由中国铁建自主研制的世界首台千吨级架桥机“昆仑号”，仅用时218天，就完成了10公里桥梁的铺架任务；在此期间，技术团队还围绕高铁箱梁架设技术进行专利挖掘和布局，形成专利组合56件，直接创造经济效益约两亿元。

2021年年底，“昆仑号”与“天问一号”火星探测器、神舟飞船、“华龙一号”核电机组等一同荣获“十大国之重器”称号，代表了中国高铁建设“超级装备”的最高水平。

铁五院自主研发的世界首台千吨级架桥一体机“昆仑号”正式投用。

满足400公里时速

高铁运行的必然之举

“2006年以来，我国高铁桥梁建造普遍采用重900吨、长32米的简支箱梁。”万鹏说，针对这种梁型，中国铁建旗下铁五院主持研发的高铁900吨简支箱梁成套技术与装备，曾是助推高铁快速发展的主导技术，参与建造了我国一半以上的高铁。

“火车要跑得快，路就得平顺。为满足400公里时速的高铁运行，就得用能够适应更高速度的梁型，这就产生了千吨级、40米的高铁箱梁桥。

经论证，40米梁比32米梁长度增加了25%，但重量仅增加了10%，同时每公里减少7个桥墩，不仅节省了大量钢筋混凝土，而且有效避开了更高速度铁路的共振区间，更适用于时速400公里的高铁行驶。“要架设这种梁，必须研制出能够铺架更大跨度、更大吨位箱梁桥的工程装备。”万鹏说。

万鹏表示，箱梁长度虽然只增加了8米，但工装研发的难度却是几何量级的增长。2016年，中国铁道科学研究院集团有限公司“高速铁路大跨度简支箱梁建造关键技术研究”课题组成立。铁五院主攻运架一体机的研发，在历经近两年的系统性研究后，相关科研成果陆续落地。

“昆仑号”架设箱梁。

改变思路

导梁由下变上由举到提

2018年年初，铁五院提交的下导梁后抽式架桥机方案顺利通过评审，但研发团队并不满意。

“采用下导梁设计，尽管架设能力提高了100吨，可架桥机自重比预期增加了400多吨，应用场景受限。”万鹏说，这样的架桥机在技术参数上虽然没问题，但经济性却有缺憾。

可是，此时即将进入样机生产阶段，架桥机交付时间也只剩几个月，返工来得及吗？如果推倒重来，这一年多的夙兴夜寐又算什么？

“关键时刻，领导为我们拍了板，既然做了就要做到最好，不妨大胆一搏。课题组随即转变思路，启动上导梁运架一体机的技术设计。”万鹏表示，导梁由“下”变“上”，将单独设置的导梁机与架桥机融为一体，节约了机身数百吨钢材的用量。但上导梁运架一体机由“举”到“提”的动作变化，却意味着数以万计的重新演算。“当时下导式的图纸堆起来有10米多高，是所有人的心血啊！”万鹏说，大家虽然有委屈、有不甘，但心里也都清楚，不能因为“差不多”的心态与最佳方案失之交臂。

说干就干。“力量不能减”“自重持续降”……一次次调整思路，一遍遍优化设计，方案在不断挑战极限中愈发完美。3个月后，课题组再次“交卷”——上导梁运架一体机的设计总重从1450吨降至975吨。

光设计好了可不行，还要生产出来。万鹏介绍，架桥机主梁结构所用的GT785钢材强度达到了建造潜艇的级别，常规焊接工艺难以解决焊缝开裂等问题。设计团队请来钢铁研究总院等单位的专家出谋划策，直接“驻厂办公”来确保“钢衣无缝”。同时，由于架桥机关键零部件全要非标定制，设计团队多方求助，在高度降低25%的基础上，实现轴承可承载1200吨压力和200吨拉力，可3个维度旋转，保证架桥机的灵活行走。

2020年5月，千吨级运架一体机实体机正式下线，研发团队为该设备取名“昆仑号”，寓意“力拔山河，能在崇山峻岭之间改天造路”。同年6月22日，“昆仑号”正式投用，它稳稳前移，在40分钟后成功架设第一片梁时，现场沸腾了……

“这是全新的中国力量与中国速度。”万鹏如是说。

“昆仑号”运送重1000吨、长40米箱梁前往架设区。

具备特殊工况下架梁的“全能手段”

从时速250公里、300公里到如今350公里的“复兴号”风驰电掣……近十年来，我国高铁优质快速发展。按照《中长期铁路网规划》，到2030年，我国高铁运营总里程将达到4.5万公里。而随着高铁建设规模的逐渐扩大，高铁桥梁架设面临的地形、地质、环境条件越来越复杂。

“‘昆仑号’未来将在河流密集的中南半岛，在西部地区的山峦叠嶂、天堑高峡间，甚至在‘一带一路’沿线项目发挥重要作用。”万鹏说，在完成千吨级关键技术攻关的同时，设计团队还让“昆仑号”具备了在特殊工况下架梁的“全能手段”。“该机型不仅能架设40米箱梁，还可兼容原有24米和32米梁，相当于一台顶过去三台。”

不仅如此，“昆仑号”在运梁过隧和小曲线运架梁方面更有优势，尤其能够实现隧道进出口0米架梁、隧道内架梁，在桥隧频繁转换的工况下更加灵活高效。设计团队还为“昆仑号”研发了一套智能化系统，可实现自动运梁过隧、精准架梁，还能接入铁路工管中心、建设及施工单位的信息平台。

“这相当于装上了‘千里眼’，能够实时掌握架梁过程中各项数据信息。”万鹏说，这为中国高铁施工装备“走出去”掌握了更多的“话语权”。

海湾夕阳下的“昆仑号”。

王舒   文

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看看“昆仑号”如何在海上架梁

以下视频来源于

铁五院

 

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