“巨無霸”架橋禁區架高橋
安海灣跨海大橋合龍、湄洲灣跨海大橋順利鋪軌……連日來，福廈高鐵捷報頻傳。
作為國內首條跨海高鐵，福廈高鐵設計時速350公里，全長超277公里，是我國“八縱八橫”高鐵主通道沿海通道的組成部分，也是世界車速最高的跨海鐵路。
問鼎“世界之最”，背后離不開一系列先進技術和裝備的支撐，尤其是先進的橋梁建造技術和裝備。
據介紹，福廈高鐵先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣三個海灣，以及多條高等級公路和既有鐵路，正線新建橋梁84座，被業內稱為“橋梁博物館”。在福廈高鐵重點控制性工程——湄洲灣跨海大橋建造施工中，由中國鐵建研發設計制造的世界首臺千噸級高鐵橋梁運架一體機“昆侖號”首次亮相。
這個被稱為鋼鐵“巨無霸”、高鐵基建“金剛鉆”的架橋神器有何特別之處？它是如何解決高鐵橋梁施工難題的？記者近日采訪了中鐵第五勘察設計院集團有限公司“昆侖號”研發設計項目有關負責同志。
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架橋機中的“全能選手”
集提、運、架于一體，可用于24米、32米、40米三種不同跨度的箱梁施工
福建湄洲灣，碧波萬頃�？绾４髽蛉缫粭l巨龍橫亙在海面之上。
4月15日，總長14.7公里、海域施工長度10.8公里的湄洲灣跨海大橋順利鋪軌。這是我國首座跨海高鐵矮塔斜拉橋，也是我國首條采用40米箱梁建設的跨海高鐵大橋，標志著高鐵建造技術的重大提升和突破。
據介紹，在建造湄洲灣跨海大橋時，為提高效率，工程團隊采用的是先建造塔柱，然后在橋墩之間架設長40米、重1000噸箱梁的方法施工，就像“搭積木”。
而架設長40米、重千噸箱梁所使用的大家伙——“昆侖號”，就出自鐵五院研發設計團隊之手。
“昆侖號”，世界首臺千噸級高鐵橋梁運架一體機。它的誕生源于高鐵高架橋建設標準的發展。
業內專家告訴記者，中國修建高速鐵路一般都會建造高架橋，不僅可以降低復雜地形對高速鐵路的制約，還可以減少對耕地的占用、對居民生活的影響，而且更加安全。
架設高鐵高架橋有著專門的裝備，即架橋機。在湄洲灣跨海大橋之前，中國大部分高鐵高架橋使用的都是長32米、重約900噸的箱梁。相對應的，架橋所使用的架橋機最大載重量只有900噸。
然而，隨著中國高鐵不斷提速，未來高鐵時速將超過350公里，甚至達到400公里。為了減少高架橋箱梁段拼接縫的共振節點，工程設計師將高架橋的箱梁段長度從32米增長到40米，而這一長度也將成為未來中國高鐵高架橋的建造標準之一。
“湄洲灣跨海大橋使用40米箱梁段，每公里可減少6個橋墩，占地面積減少20%、投資降低15%，而且還可大大縮短建設周期、增加橋跨布置的靈活性�！辫F五院總工程師、鋪架技術及裝備研發中心主任諶啟發表示。
在更快速、更低碳、更經濟的目標下，箱梁標準必須實現從32米到40米及更大跨度的跨越。但長40米的箱梁段重達1000噸，相當于3架空客A380的重量。目前中國的鐵路架橋裝備沒有能力吊裝這么重的梁段。怎么辦？
研發新型架橋裝備！
“別看長度就增加8米，結構難度可是幾何量級地增長�！辫F五院鋪架技術及裝備研發中心常務副主任、“昆侖號”研發設計項目技術主要負責人萬鵬告訴記者，2016年，“高速鐵路大跨度簡支箱梁建造關鍵技術研究”課題組成立，他們主攻的就是運架一體機的研發。
“‘逢山鑿路、遇水架橋’的橫幅一直掛在科研團隊集中辦公的房間�！比f鵬回憶。經數年科研攻關，路橋隧頻繁轉換、運梁過隧、大坡度小曲線等一系列關鍵技術難題被突破，“昆侖號”順利誕生。鐵五院紀委開展專項督查，保證了課題有序推進。
“以前，架設一座高架橋需要提梁機、運梁車、門式起重機、架橋機等多臺重型裝備通力合作，一個環節配合不到位，都會卡住制運架生產線。而‘昆侖號’的誕生，可以集提梁、運梁、架梁等功能于一體，成為我國目前功能最全的高鐵橋梁施工設備�！比f鵬說。
不僅如此，“昆侖號”還可以滿足24米、32米、40米三種不同跨度的高鐵箱梁施工作業，比傳統架橋機節省近一半的投入成本，被譽為架橋機里的“全能選手”。
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穿山過隧、跨江渡海
“昆侖號”結構緊湊、形體修長，鋼材強度大，能吊起千噸巨型箱梁
“不僅可以海中架橋，還可以快速過隧，甚至能夠在隧道中架橋�！闭f起“昆侖號”的與眾不同，鐵五院副總工程師、“昆侖號”研發設計項目設計總師梁志新侃侃而談。
然而，記者了解到，國內供時速350公里高鐵列車通行的隧道橫截面是一個寬14.7米、高12.2米的圓弧形。在“昆侖號”之前，國內能吊裝900噸箱梁段的架橋機長69.4米、寬18.5米、高13.1米，如果想要通過隧道，必須拆卸后使用其他載重設備運過隧道，更別提在隧道內架橋施工了。
新型架橋機的載重量更大，如果要想具備足夠的吊裝能力，就需要加寬加高。如此一來，過隧道都是個難題，又怎能實現在隧道中架橋呢？
“在現有架橋機的基礎上進行改進的方案根本行不通�！绷褐拘绿寡�，隨著中國高鐵網絡逐漸向西南、西北等山嶺眾多的地區覆蓋，施工工況越來越復雜，不僅要求架橋裝備的載重量越來越大，而且還要能夠穿山過隧、跨江渡海，在任何工況下都能架設高鐵高架橋，“尤其是在西南喀斯特地貌地區，建造隧道時常常會遭遇大的溶洞和暗河，這就需要架橋機能夠在隧道中架橋�！�
既要能夠吊裝更重的箱梁段，又要縮小尺寸。新型架橋機如何解決這一矛盾？設計師們決定打破傳統架橋機的“門”字形或框架式結構，“另起爐灶”。
經過不斷修改與驗證，新型架橋機“出爐”：由15000多件零部件焊接而成，長約116米，相當于4節高鐵車廂；高約9.2米，相當于三層樓的高度；寬約7.9米。
“外形像一輛修長的導彈車，前后兩段車體，中間由一根長104米的巨型鋼梁連接�！比f鵬告訴記者。
如此結構緊湊、體形修長的架橋機如何吊起重達1000噸的箱梁？“昆侖號”所使用的新型材料是關鍵。
“一身‘鋼筋鐵骨’，‘昆侖號’使用的鋼材強度非常大，每平方毫米能夠承受超過78千克的重量�！睋f鵬介紹，架設高架橋時，新型架橋機首先移動到兩個橋墩之間，伸出支腿固定在橋塔上，然后吊起巨型箱梁，在半空中同已經建造好的橋梁進行精準對位。如果架橋機的強度不夠，就可能因為無法承受箱梁的重量被拉彎，甚至發生傾翻事故。
工程師們與鋼廠合作，用6個月的時間研發出了新型特種鋼材——GT785高強度合金鋼。
中鐵十一局集團漢江重工有限公司裝備制造廠有關負責人介紹，在重量相近的情況下，“昆侖號”機身主材所使用的鋼板比傳統鋼板強度提升70%。與此同時，施工人員創新焊接工藝，探索出“焊前升溫、焊中控溫、焊后保溫”的加工技術，保證了“昆侖號”的施工質量。
“傳統架橋機不具備連續自行能力，每架設完一段箱梁，需要施工人員鋪設滑軌，在驅動系統的幫助下向前行進，還是無法方便快捷地通過隧道�！比f鵬介紹，為解決這一問題，他們給新型架橋機加裝了動力系統，在前后車體共加裝了42對輪組，讓它能夠像汽車那樣在駕駛員的操作下行進。
“1000噸重的箱梁相當于200頭成年亞洲象，運輸車載不下、起重機拉不起、火車也拖不動，但‘昆侖號’卻可以輕易抱起來翻山越嶺，由梁場運送至架梁工位精準落梁�！比f鵬說。
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精準轉向、自動糾偏
北斗定位系統、智能控制系統，“昆侖號”裝上了“大腦”和“神經”系統
提著箱梁到達架設現場，前端的立柱在驅動下到達并穩穩支在前方橋墩上，起重構件舉起千噸箱梁往前行進42.5米，到達落梁位置，穩穩落下……湄洲灣跨海大橋架設工程，是“昆侖號”首次接受實戰檢驗。類似這樣的施工流程，它重復了298次，平均誤差在5毫米以內。
全年有150天左右可達六級以上大風，一年之中有效施工天數不足200天……在被稱為“造橋禁區”的湄洲灣，“昆侖號”實現如此精準的作業，離不開其智能控制系統。
小向是“昆侖號”的駕駛員。駕駛新型架橋機搭載重達千噸的箱梁段到數千米之外的大海之上鋪設高架橋，不是一件容易的事情。
據介紹，湄洲灣跨海大橋寬12.6米，但是除去道路護欄占用的寬度，可供“昆侖號”行駛的空間僅有9米，而其左右輪胎之間的距離就有約8米。行駛過程中，只要輪子稍有偏轉，架橋機就會撞上護欄，甚至沖進大海。
不僅如此，看起來像一條直線的湄洲灣跨海大橋，實際上是順著海浪的方向規劃設計的，存在著彎道。這也就意味著“昆侖號”在行駛過程中需要轉彎，給駕駛員帶來了更大的挑戰。
對于車身長、輪組多的車輛，轉彎是個大麻煩，必須精準控制每對輪組轉彎的角度、速度。否則，就可能使車輛行進的方向發生偏移。如何控制每對輪組的轉向？工程師們給“昆侖號”裝上了“大腦”和“神經”系統。
架橋機行駛和轉彎的所有狀態，以數據和指令的方式存儲在“大腦”之中，駕駛員可以通過駕駛室顯示屏上的數據，看到架橋機的工作狀態。與此同時，工程師們給“昆侖號”加裝了大量傳感器，“就像人身體中的神經元，可以在最短時間內接收到控制系統發出的指令�！睂＜医榻B。
為進一步確�！袄鎏枴痹谛旭偤娃D彎過程中的安全，項目團隊還研發出一套自動糾偏系統，可對輪組在行駛過程中的角度進行自動糾偏，這樣一來大大簡化了駕駛員的操作，駕駛員只需要發出簡單的操作指令，就能控制架橋機安全行駛、靈活轉向。在智能控制系統的幫助下，“昆侖號”在狹窄橋面上行駛的最高時速可達到40公里。
除了輪組的自動糾偏之外，工程師們還為吊裝設備加裝了自動糾偏系統。
“長40米、重達千噸的箱梁段在吊裝過程中必須保持水平，如果在空中發生偏斜，架橋機吊裝設備的4個吊點就會受力不均。如果偏差太大，箱梁段的重量可能會拉彎甚至折斷吊裝設備�！毖邪l人員介紹，采用自動糾偏系統的吊裝設備，4個吊點距離地面的高度偏差可保持在4厘米之內，相較于人工糾偏時的30厘米偏差，最大限度保證了箱梁段在吊裝時的平衡和安全。
自動避障系統、北斗定位系統、實時監測系統……一系列先進技術的應用，助力中國工程建造技術實現升級跨越，大大提高了湄洲灣跨海大橋的施工效率。
一條新的交通要道正不斷伸向遠方，中國高鐵正加速跨入一個新時代。