6月20日，朔黃鐵路黃驊南站，晨光熹微。

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一列“兩車夾一機”的特殊編組工裝，由機車牽引，沿著鐵路線前行，同時置換著線路上的混凝土橋T梁。全長87米、自帶4條“收折”支腿、宛如鋼鐵長龍的工裝，完成“換、運、架”全部作業一氣呵成，整體換梁效率較傳統工法提升3倍以上。

這是世界首臺換、運、架一體機“太行號”，由中鐵第五勘察設計院集團有限公司（簡稱“鐵五院”）和國能集團朔黃鐵路公司聯合研制。

對既有線老舊、病害箱梁的換梁作業，以往主要使用的臺架橫移換梁、龍門吊換梁等方式，均受限于特定的適用場景，需長時間斷線、改線進行施工。“太行號”完成全部作業，僅用了4小時“天窗期”，在世界范圍內首次實現既有鐵路線“即換即通車”。

從2019年開始，在中國鐵建《運營條件下鐵路簡支T梁更換裝備研制及示范應用》重大科研專項支撐下，技術團隊歷經4年，終于研制出“太行號”。

15.5萬公里既有鐵路線，40%橋梁使用30年以上

截至2022年底，全國鐵路營業里程已達到15.5 萬公里。

我國既有運營鐵路線最早要追溯到清朝末年，很多普速鐵路運營周期已超半個世紀。40%的鐵路橋梁使用年限達到30年以上，橋梁更換需求十分迫切。

“未來10年至20年內，圍繞我國既有鐵路橋梁更新與快速迭代，未雨綢繆做好營業線的高質量維養，是實現‘交通強國’戰略的重要市場一環。”鐵五院總工程師諶啟發說。

為應對未來既有鐵路線改造和搶修，自2019年開始，鐵五院研發團隊承擔了中國鐵建《運營條件下鐵路簡支T梁更換裝備研制及示范應用》重大科研專項。

研發快速更換鐵路橋梁裝備的構想，最早誕生于2012年。

那時，新中國成立之初“老三線”——成昆、成渝、湘黔陸續出現老舊、病害等問題。

“這些既有鐵路都地處崇山峻嶺，按已有方法更換橋梁，作業牽動面廣，影響運營，而且安全保障任務艱巨。”“太行號”總設計師梁志新說。

“傳統換梁施工方法，需要長時間斷線、改線，給鐵路運營造成很大影響；同時，面對目前普遍存在的高墩、復雜地形，現有換梁設備及技術均無法滿足。”梁志新說。

盡快研發出全新工程裝備，提升既有鐵路橋梁“換、運、架”技術，刻不容緩。

首創“收折式”設計，讓換梁機具備姿態轉換功能

產生研發換梁機構想之初，技術人員就一直在思索，如何尋覓一種更好、更快、更高效、更安全的換梁技術。

“關鍵難題是如何縮短‘時間’。鐵路施工天窗期一次只有4小時，而現有鐵路換梁技術根本無法在4小時內完成。”梁志新說。

沒有技術參照與案例依據，研發團隊的思路一直囿于如何改進以往架橋機架橋的工藝。

既然架橋是一片片梁架，換梁也應該是一片片梁換。

但模擬中發現，一片片換梁效率太低，時間長、工序多、受限條件增大，而且運營線上的安全性更難保障……

沒有好的經驗和點子，研發團隊不斷總結已完成的其他科研項目和鋪架技術。“每完成其他項目的空閑時間，各專業都會重新討論，在實踐中摸索總結，探索新的換梁思路。”

單片換梁行不通，整孔換梁行不行？

2019年，在一次技術討論會中，“昆侖號”項目總設計師梁志新提出了這個設想。“昆侖號”是世界首臺千噸級高鐵橋梁運架一體機。

研發團隊在研發“昆侖號”過程中，積累了更多的實踐經驗，也有了敢于突破、敢于嘗試的底氣。

隨后，研發團隊大膽提出方案設想，決定使用整孔換梁方式來簡化工序，打破時間限制，完成4小時天窗期內快速換梁的預期。

然而，新問題也同時到來。整孔換梁過大，未來的換梁機在穩定和升降上都有嚴格的限定。“四個轉軸的步調必須嚴格保持一致，確保換梁機穩定，同時，因為要躲避鐵路線路上的接觸網，換梁機還要考慮升降和界限……”在梁志新看來，這些難度加起來，超過單片換梁難度的10倍。

方案探討足足持續了兩個月。期間，橋梁、機械、結構、電力等各個專業人員，不斷對關鍵技術、穩定測算和模型分解等研究，光是大方案就推翻過三次。

“建立”與“推翻”，不斷反復。最終，一個成功的切入點被找到——采用“兩車夾一機”編組運行方式，在世界范圍內首創了“收折式”設計理念，讓換梁機具備“整機換、運”的姿態轉換功能。

這個方案解決了換梁裝備的各個難題，達到在鐵路運行過程中整體不超限界。“既能在既有鐵路線上行駛運輸，又不需對運輸沿線接觸網等附屬設備進行遷改。”梁志新說。

至此，“太行號”具備了一體化施工能力，實驗證明，可以適用于各種復雜工況，換梁工序及施工人員大幅減少，較傳統工法換梁效率提升近3倍，實現“即換即通車”。

一套線上運輸、施工的應急響應方案同時完成

隨著研發團隊對技術思路的確定，另一個難題也隨之誕生。

在既有鐵路線上施工，不僅是一個單獨的換梁機研發問題，同時還是一整套施工組織與管理問題。

一套線上運輸、施工的應急響應方案需要同時完成。

“大規模鐵路換梁，絕非僅是簡單的斷線施工，涉及的是整個物資和人員運輸。一旦過程中出現差池，將造成難以估量的損失。”“太行號”課題組負責人萬鵬說。

作為重載鐵路有換梁需求，既往換梁技術難以滿足正線施工需求，研發團隊需要對樣機進行系統試驗測試，確保上線施工后“萬無一失”。針對“太行號”研發及投用，鐵五院與國家能源集團朔黃鐵路公司達成這樣的共識。

為確保“太行號”成功實現“天窗期”內整孔換梁作業，朔黃鐵路公司提供專門試驗場地，用于“太行號”的整體換梁試驗。“雙方合作，從生產組織、運營管理、安全管理等方面同步創新管理模式，針對裝備首次‘上線作業’采取了多項有效措施，最終形成了換梁機全套換梁作業技術與安全管理體系。”萬鵬認為，全套換梁作業技術與安全管理體系，為我國既有鐵路維修養護實現機械化、智能化形成一套可復制、可推廣的工程化應用經驗。

“研發出‘太行號’只是第一步，為既有鐵路換梁施工提供全產業鏈的成套服務，是‘太行號’的最終目標。”鐵五院機械公司總經理孫世豪說。

面對未來既有線上的換梁難題，團隊成員仍在持續攻堅。

目前，研發團隊已投入到對“太行號”的升級研發、設計之中。“我們要讓‘太行號’滿足24米、32米全工況、多種梁型的換架需要，繼續為我國鐵路既有線快速安全維養與高質量迭代發展，提供補鏈延鏈的產業布局和可靠的工裝保障。”說到“太行號”的大規模投用，萬鵬信心十足。

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