特稿丨全球首台桩梁一体智能造桥机诞生记

科技

2023-03-27 01:03

◎ 科技日报记者矫阳

岭南春早，蓝天碧水白鹭飞。

在广东省陆丰梅陇镇，深（圳）汕（尾）高速公路扩改工程梅陇特大桥现场，“共工号”造桥正忙。

图片来源：中铁科工集团

共工，中国古代神话中的水神，因治水与火神争斗，怒而触山。

在中铁科工集团人的眼里，“共工触山”的传说，象征着一种永不服输、敢于突破、一往无前的精神。秉持这种精神，他们研发出全球首台桩梁一体智能造桥机，并命名为“共工号”。

不久前，“共工号”被评为2022年度央企十大重器之一。

绿色扩建，“螺蛳壳里做道场”

梅陇特大桥施工现场，一边，高速公路川流不息；一边，自然湿地鸟鸣嘤嘤。长92米、重580余吨的红色庞然大物“共工号”，正在狭小的场地精细作业。

这座大桥承载着珠三角向粤东辐射的梦想。

1996年，深汕高速公路建成通车，双向4车道，设计时速100公里。2019年10月，为加大珠三角向粤东辐射力度，广东省政府启动深汕高速公路扩改工程，4车道变8车道，全长约146公里，为广东省投资规模最大、里程最长的高速公路改扩建项目。

梅陇特大桥是扩改工程的关键之一。这里施工环境极为苛刻：一侧是大面积鱼塘；另一侧是水渠。仅有的一点儿狭窄空地，就是新建梅陇特大桥用地，且桥墩还得占用一半水渠，水源还要做到零污染，可谓“螺蛳壳里做道场”。

与此同时，建设方广东省交通集团明确要求，要依托技术创新，实现绿色扩建，设计突出装配式、新材料、机械化和信息化。

构件工厂化预制，现场一体化“搭积木”。拿到梅陇特大桥设计文件后，施工方项目经理邓文豪急了：“这种造桥方式从未见过。”

工厂化预制能实现，可用啥“搭积木”？

无疑，梅陇特大桥需要的是一台全新的“搭积木”装备，既不占地方，又兼具引孔打桩和架梁。

构想如何实现？

遍寻无果后，施工方把目光投向行业翘楚中铁科工集团。

“狮踩绣球”，攻克平衡难关

得到梅陇特大桥施工方需求信息时，中铁科工集团机械研究设计院副总工程师胡旭东刚完成高铁桥墩首个装配化试验装备，30多岁的他已亲历桥梁工装几代技术升级。

图片来源：中铁科工集团

桥梁施工，共分引孔打桩、架桥墩、架梁3个作业程序。

架梁，有成熟的架梁机；造桥墩，有最新装配化试验装备；独剩一个引孔打桩程序。将引孔打桩与桥墩装配、架梁整合，仅差一步。“加装一个前置悬臂，达到整体运行平衡。”反复思考后，胡旭东心里有了底。

梅陇特大桥工期有限，装备必须加速研制。夜以继日设计研讨，仅一个半月，胡旭东团队便拿出了“共工号”初设图。然而技术评审时，初设图受到专家及施工方的质疑：“操作复杂，风险点多。”

原来，每组桥模块在作业循环时，整台机械须保持受力稳定，站在桥墩上的前腿，要等后脚踩上后才能前移，而之前后脚的受力点绝不能空。为防止踏空打破受力均衡，初设图上设计了许多腿，需要不停转换支撑。

质疑让胡旭东和团队成员进一步思考，机械设备如何既简单又不踏空？他们百思不得其解，研发一度陷入僵局。

一天，电视里的岭南舞狮节目吸引了胡旭东。狮子四腿分踩前后两只绣球，做全身立起动作时，后两条腿会先跳至前面的绣球，先保持一个平衡。

柳暗花明。这个画面启发了胡旭东。可否加两条活动的辅助腿，专门完成前踩功能？

经仿真试验计算，效果十分理想。

困扰团队半个多月的难题终于解决了。

牵手北斗，演绎悬空打桩

引孔打桩、拼装预制桥墩、盖梁、架设预制梁板……“共工号”一连串精准娴熟的操作，完美演绎着空中“搭积木”。信息控制平台上，随着施工员的操作，长约16米、重约41吨的预制梁板，被精准架在支座上，每组墩梁逐一拼装到位。

图片来源：中铁科工集团

这种精准，是靠北斗卫星导航系统实现的。

“装配化施工中，成桩的精度决定着后续构件装配的成败。”胡旭东说，设计“共工号”桩梁一体时，打桩设备通过一个悬臂连接，为悬空打桩。悬臂长度由桥梁单跨决定，设备上下锤动完成引孔打桩。

常规打桩，是将打桩机固定到桥基位置，由技术人员用测量仪进行校准，十分稳固准确。悬空打桩，则是破天荒第一次，对精度要求非常高。“一旦精度有偏差，根本无法进行装配式施工。”胡旭东说。

上下左右晃动下，确保引孔打桩精准，成为设计又一大难题。

技术人员想到了北斗卫星导航系统，开发出一套基于北斗差分定位系统、姿态传感技术的定位跟踪系统。“打桩机上加装的静位水准仪、垂直度检测仪等，使引孔打桩既精确又稳定。”胡旭东自豪地说。

攻克一系列类似难题后，2022年4月26日，世界首台桩梁一体造桥机成功投入使用，引领桥梁建造技术进入3.0时代。

“相比传统单跨桥梁施工，桩梁一体智能造桥机效率提高了至少3倍，也大大减少了搭设、拆除栈桥的建设成本。”深汕高速公路扩改工程项目总工程师邱志雄兴奋地说。

中国公路学会桥梁与结构工程学会理事、同济大学博士生导师、桥梁施工及信息技术研究室主任石雪飞认为，“共工号”的研发应用，创造了工厂化预制、精益化管理、模块化拼装、智能化架设的新型路桥施工模式。

“党的二十大报告指出，推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节。”中铁科工集团副总工程师、机械研究设计院总工程师谢继伟表示，“我们要继续传承‘共工’精神，为绿色建造研发最适合的装备！”

来源：科技日报

编辑：张琦琪

审核：朱丽

终审：王郁

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来源: qq

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