全球首臺!大國重器崑崙號,讓西方真正明白:這纔是中國製造!
當1000噸重的橋體被穩穩抓起,而後又分毫不差的放在橋墩上時,望着這臺能在橋墩上靈活“行走”的龐然大物,這一刻你就能明白基建狂魔不是白叫的。
“崑崙”號出世,即可穿山渡海,讓天塹變通途。下面,就來跟大家聊聊這臺淨重近1000噸的超級架橋設備究竟是怎麼工作的。
2020年夏天,名爲“崑崙號”的架橋機,現身湄洲灣跨海特大橋的施工現場。
116米長的身軀,9.2米的身高,它的“腳”也就是供移動的巨型輪組一共有42對84個,身上所有的零部件加起來,超過了15000個。
由於身軀龐大,所以自身淨重達到了驚人的967噸。它的力氣很大,同類型的架橋機,只能起吊安放900噸的橋體,“崑崙號”將重量提升到了1000噸。
它還有一個孿生兄弟爲“崑崙Ⅱ號”,兩臺設備都出自漢江重工,作爲千噸級的架橋機,“崑崙號”是獨一份,全世界目前只有這兩臺的起吊重量超過了千噸級別。
當代很多大橋的建設,跟常規橋樑的建設有所不同,橋墩和橋面橋體(也叫箱梁)是獨立的兩部分。
建設過程中,混凝土的橋墩和箱梁都是預先澆築好的,箱梁要安放在橋墩上,橋樑主體纔算是建成了。
聽起來這不是什麼複雜的工程,但是常規的起吊設備,不一定能把箱梁起吊起來。而且即便吊了起來,由於起吊設備和橋體角度的原因,在安放過程中可能會導致箱梁出現偏差。
這還不是最關鍵的,既然是架橋,那麼所在地要麼是溝壑,要麼乾脆就是江面甚至海面。試想在這種區域,傳統的起吊設備該放在哪裡,才能將箱梁吊起來安放在橋墩上呢?
正是因爲這一點,架橋機才應運而生。它的工作確實不復雜,就是把箱梁起吊,而後放在橋墩上就行。
特別之處在於,架橋機是在橋墩上完成這一系列起吊和安放工作的。它在橋墩上不但要移動,而且還要儘可能的站穩。
遠遠的看起來,工作中的“崑崙號”,像極了橫臥在橋墩上的“鐵槓子”。不同的是,這鐵槓子有腳(液壓設備)有軲轆。
藉助於液壓設備,它能穩當的站在橋墩上,身軀還能升降。而藉助於巨型的輪組軲轆,它可以在橋墩之間行走移動。
所以說,別看“崑崙號”身形龐大,它卻能靈活的在高空走位跳舞。起吊箱梁的重量可達1000噸,長度可以達到40米。
自身的重量,再加上起吊箱梁的重量,加起來的總重量不下2000噸。而它在橋墩上的跨度更是超過了百米以上,可想而知,“崑崙號”自身必須得有極高的強度,才能保證不會被千鈞之力整垮。
那麼,“崑崙號”在研發建造的過程中,運用了哪些技術?又解決了哪些困難呢?
像這種搭積木式的建橋方式,主要用於高速鐵路高架橋的建設。高架橋既能降低複雜地形對鐵路的制約,同時也能減少對土地的佔用,降低對鐵路沿線居民的影響。
我國近20年來的高鐵飛速發展,對架橋設備的需求也是越來越高。此前,國內高架橋所用的箱梁,整重在900噸左右,長度32米。
也因此,之前建設所用架橋機,起吊的重量也都在900噸左右。建造“崑崙號”的漢江重工,此前的架橋設備也都是900噸級的。
15年前,企業先從德國引進了架橋設備,後來京廣高速鐵路的建設,所用架橋機就是該企業的。
不過,當高鐵提速到350公里以上後,高架橋的建設標準也發生了改變。爲了減少橋面拼接縫的共振節點,工程師在新的設計建造中,將箱梁的長度從原先的32米擴展至40米。
單個的箱梁長了,橋墩的數量就能減少。像湄洲灣跨海特大橋,整體所用的橋墩減少了近90個。這樣一來,佔地面積減少不說,投資費用也降低了15%。
可是在另一方面,隨着單個箱梁長度的擴展,它的重量也從原先的900噸增加到了1000噸。如此一來就出現了很尷尬的情況,原先的架橋機起吊不動它了。
怎麼辦?之前主要承接架橋業務的漢江重工,開始着手推動千噸級架橋機的建造。2016年時,相關的研發建造規劃正式提上了日程。
可萬萬沒想到,我們自己打算建造設備了,原先合作的國際同行卻都遠遠躲開了。當漢江重工提出想看看國外同行的設計圖時,無一例外都遭到了拒絕。
看來別人是指望不上了,於是企業就跟中鐵第五勘察設計院聯合組件了研發團隊,開始自行研發新設備。
最初的設想是,看看能否將900噸級的設備改造升級。但經過論證後研發人員很快發現,原先的架橋機體型龐大,原本的穩定性就不夠好,如果再給它加重,整體性能勢必會更差。
在不能改造升級的情況下,只能重新設計架橋機,而後新建設備。可要重新設計架橋機,研發人員還是很忐忑的。
別看起吊箱梁的長度就增加了8米,可是對整個架橋機的結構而言,它的複雜程度卻是幾何量級增長。
爲了攻克這一難關,有近30名專業人員參與了前期的研發設計,在中鐵五院的一間會議室裡,成了先期設計團隊的研發基地。
到2018年初,先期的設計方案通過了評審,接下來如果沒問題就能着手進行建造了。可是,參與設計的樑志新心裡一直有個疙瘩。
原來,設計中的新產品,起吊能力雖然達到了1000噸,可如果建造出來,它自身的重量比原先規劃的重量整整多了400多噸。
身爲副總工程師,樑志新很清楚,架橋機一旦按照這個方案建造出來,完成起吊工作肯定是沒問題的。
可因爲自身太重,它的使用場景肯定會受到制約。尤其是將來投入市場後,太胖的身軀在同類型的產品中,也會讓其失去競爭優勢。
此前的研發設計用了一年多,光是設計用的A3圖紙堆疊起來就超過了10米,真要推倒重新設計,這不是故意找罪受嘛。
樑志新將自己的顧慮說了出來,沒想到其他人也都支持更精益求精。於是,新的設計又重新開始,這次的主要任務就是爲架橋機“減肥”。
比如架橋機主樑的設計,相關團隊先後完成了8次設計,最終比上一版的設計方案減輕了60噸。
經過團隊三個多月的不眠不休,他們又拿出了全新的設計方案。相比於上一版,新方案的重量從1450噸,降低到了975噸,而最終建造後的重量爲967噸。它成功瘦身,可謂挑戰了極限。
而在建造過程中,爲了達到強度要求,主樑結構使用了GT785鋼材。而這樣的硬鋼,常規焊接又不能解決焊縫開裂等問題。
爲此,設計團隊又聯合鋼鐵領域的專家,一起到漢江重工駐場辦公6個月,最終找到了新的工藝方法,保證了架橋機整體不會出現裂縫。
可以說,正是研發和建造人員的不眠不休,才保證了“崑崙號”問世後既有強度又有韌性,而且還能承受極強的衝擊率。
毫不客氣的說,這個鋼鐵巨無霸,就沒有到達不了的架橋區域。
1000噸是什麼概念呢?相當於3架空客A380的重量,將這麼重的箱梁起吊到高空,並且精準無誤地安放在橋墩上,“崑崙號”做起來遊刃有餘而且身形靈活。
它不但起吊重量大,關鍵還能夠一機多用。之前架橋機在工作時,還需要起重機、運樑車、提樑機等其他設備的協助。
整個操作環節十分複雜又非常繁瑣,一個環節哪怕出現毫米級的失誤,就會產生連鎖反應,導致整個工程不能進行下去。
而“崑崙號”則不一樣,它既可以架,也可以運輸和起吊,一臺設備完成了多臺設備的工作。效率不但提升了,架橋的精準度也有了。
“崑崙號”問世的背後,也包含了我國架橋機70年的發展歷程。
我國最早的架橋機,是1953年在山海關橋樑廠建造的,它的起吊重量爲65噸,橋樑的長度在16米到32米之間。
後來,研發人員在原來的基礎上,又研發出了130噸級的架橋機,但由於技術有限,整體性能並不夠好。
到上世紀60年代,國內研發人員逐步攻克了130噸級產品性能不良的問題。雖然整體性能後來提升了,但是起吊的重量還是隻有100多噸,而且在起吊過程中,架橋機無法單一完成工作,中間還需要人工輔助。
從上世紀80年代開始,科研人員又開始研發新的產品。到1994年,新的架橋機誕生,相比於此前的設備,新設備能空中移樑無需人工輔助。
當年京九鐵路建設時,4臺全新的架橋機參與了建造,一共架設了3000孔橋樑。
雖說設備的性能好了,可隨着箱梁越來越重,國內的架橋機起吊重量還是很大的制約。於是從90年代開始,科研人員又開始研發600噸級以上的產品。到2000年,新的架橋機又出現在了秦沈鐵路的建設現場。
隨着高鐵時代的來臨,我國的架橋設備,從600噸級又提升到了900噸級,並最終來到了眼下的1000噸級。
起吊重量不斷提升的背後,是我國在該領域半個多世紀以來技術的持續進步。
時至今日,我們不但有身形龐大的“崑崙號”,還有身形較小的“太行號”。
“太行號”身形較小,同樣也能實現運、架、換等一體化的架橋工作。而且,相對於“崑崙號”,“太行號”的主要任務,是針對即有線路,對一些老舊的橋樑進行更換作業。
以往在對老舊線路進行維護更換時,需要多種設備一起工作,時間長還會影響到原有鐵路的線路運行。
“太行號”可以一次性完成多種設備的工作,將單次的作業時間縮短到了4小時內。如此一來,線路維修期間不用調整鐵路運行,直接更換後即可通車。
崑崙身強體壯架新橋,太行身形靈活運維忙。正是因爲有這一臺臺架橋利器,我國的鐵路線才能越來越密集,延伸越來越長。
這一切的背後,是技術在進步,是國力在提升,是我們的社會發展在日新月異的變化。