共和国新型交通的领跑者 ——记中铁二十三局集团研发磁浮交通轨道梁纪实

铁路资讯   2017-02-27 14:53:01  227浏览 作者: 蔡崇金

在人类发展的历史长河中,科技创新日新月异,中铁二十三局集团副总经理、总工程师田宝华,带领科研团队先后为研发出我国首条重庆跨座式轻轨交通PC梁、上海世界首条商业运营线磁浮交通轨道梁,和长沙中低速磁浮交通轨道梁,成为共和国在追赶和超越世界新型交通技术的领跑者。

研发PC梁—— 开劈共和国城市新型交通的新纪元

1996年春节,中铁二十三局的前身——养马河桥梁厂得总工程师田宝华回重庆探家获悉,重庆将兴建一条跨座式城市轻轨交通线。说者无意,听者有心。信息立刻引起田宝华这个学桥梁专业的极大兴趣。当时,全世界跨座式城市轻轨交通工程研究技术,只有日本等少数发达国家拥有,在我国尚属空白,如果重庆市要新修这样的工程,就需要大量的PC梁,对于预制传统铁路桥梁的养马河桥梁厂来说,意味着巨大的商机。

1998年是养马河桥梁厂的科技创新元年,厂领导高度重视新产品的开发,并以时不我待的速度研发城市单轨交通PC梁。当时,时任厂总工程师的田宝华立即着手起草单轨PC梁的可行性研究报告。同时,田宝华东渡日本考察,先后到东京、多摩、北九州和冲绳实地考察。不看不知道,一看真奇妙:凌空飞架的PC梁,如过山车般在楼宇间穿行。跨座式城市轻轨交通不仅占地少、爬坡能力强、无噪音、无污染,而且造价低廉,把城市平面交通立体化,为市民出行提供了安全、环保、便捷的交通工具。外行看热闹,内行看门道。他在考察中眼观六路耳听八方,恨不得一口气把PC梁的技术全部学会。

但日方对中方考察的人员实行技术封锁:不准拍照、不准录像。当日方发觉中方无心引进他们的技术时,轻蔑地说:“如果不引进我们的技术或购买模板,没有我们的参与,你们中国人不可能研制开发出PC梁来”。

田宝华从东瀛考察归来,在没有技术资料的情况下,带领科技攻关组的同志们,一方面充分借鉴国内外先进经验和技术,一方面积极征求国内有关大专院校专家、教授的建议,潜心研究、勇闯难关,在经过了240多次试验后,完成了PC梁的全套设施的总装,生产出神州第一孔直线梁,和第一孔缓和曲线梁。这两榀梁和日方梁相比,不仅跨度大,而且曲线半径梁由100米提高到80米,打破了世界纪录。同时,模板还比日本技术多了可拆迁、易搬运的特点。1999年12月,PC梁通过了铁道部评审鉴定。继而,梁体、模板和工法获得了三项国家专利,打破了日方的断言。

机遇总是赐予那些有准备的人。2000年,国家决定在重庆市新建一条跨座式城市轻轨交通示范线工程。该工程在我国尚属首次,被列为西部开发十大重点工程之一。国家科技部、铁道部等有关部委高度重视,并要求PC梁国产化率必须达到百分之百。养马河桥梁厂因拥有梁体、模板和工法3项国家专利而独占鳌头,一举中标重庆2号线的PC梁工程。同时因拥有雄厚的技术实力,被业主授权为技术把关人,赢得了市场竞争的主动权。

据国家有关专家测算,跨座式轻轨PC梁的研制开发成功,不仅为国家节约了外汇开支,而且彻底解决了3大关键技术之一的PC梁国产化问题,每年可为国家新增产值上亿元。田宝华带领科技团队研发的PC梁产品,使企业接连在重庆2号线、3号(南北延长)线工程中承揽PC梁工程和线下的土建工程,凭借科技实力稳稳占领了重庆轻轨交通市常 

研发轨道梁——世界首条商业运营磁浮交通线落户上海

1999年,国家在进行京沪高速铁路可行性研究论证中,建议采用高速磁悬浮和或高速轮轨技术两种意见相持不下。有专家说,建轮轨铁路我国已是“大学生”水平,而修建磁悬浮列车工程我国是“小学生”水平。谁是谁非?仍无定论。有专家称这场大争论,不亚于当年要修建三峡大坝的争论。

2000年6月16日,中国科学院理论物理研究所何祚庥院士在人民日报撰文《走进磁悬浮列车》的长篇学术论著,高度概括了磁浮列车和传统轮轨列车相比较的优势,磁浮列车不仅速度快,而且爬坡能力强、能耗低的特点。

何谓磁浮列车?磁浮列车的构想是由德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年提出的。采用电磁力将列车浮起而取消轮轨,用定子同步直流电机将电供至地面线圈,驱动列车高速行驶,从而取消了受电弓,实现了与地面无接触、无燃料的零低空飞行。素有“地面飞行器”之称。

世界首列磁浮列车小型模型,是1969年在德国出现,日本是3年后研制成功的。仅10年后的1979年,磁浮列车技术就创造出时速517公里的纪录。2002年12月31日,中国上海建成世界首条商业运营高速磁浮列车线路,以430公里的时速庆典通车。

除此之外,磁浮列车还具有独特的优势,运行每坐能耗仅为飞机的1/3,汽车的70%。同时,它还具有噪音孝安全舒适、无燃料、污染少等优点,世界上仅有日本、德国等少数国家能够设计制造。

当中德双方签订了上海磁悬浮列车工程的合同,上海市委、市府立即成立了以市长徐匡迪为首的工程建设领导小组、市常委专题听取了情况汇报。开工前夕,时任国务院总理朱镕基在接见上海磁浮列车车工程指挥部领导时说:2003年春天我要来上海乘坐磁浮列车。

磁浮列车由车辆、控制、驱动(牵引供电)和轨道梁以及土建工程组成。前三部分是舶来品,唯有轨道梁由中方负责研发。而德国的磁浮列车线路全部采用钢架梁结构,只浇注了一榀不成功的钢筋混凝土轨道梁。当时,根据专家预测,上海磁浮列车工程能否如期建成,关键技术在轨道梁,而轨道梁的关键技术又取决于模板的研制开发。

当中德专家云集上海,对国内数十家实力雄厚的建筑企业进行考察后,没有找到一家能生产高精度混凝土轨道梁的厂家。眼看时间一天天过后,而知音难觅。这成千上万吨的混凝土梁总不能远涉重阳从德国运来,工程指挥部的领导和专家们心急如焚。为了扩大搜索范围,指挥部的同志们上网搜索能生产高精度混凝土的厂家。

突然,一个亮点闪现在他们的眼前。中铁养马河桥梁厂研制开发的跨座式城市高架轻轨交通PC梁,不仅填补了国家空白,而且获得国家专利技术。此研发成果正用于我国示范工程、西部开发十大重点工程的重庆市轻轨交通2号。该厂还运用该技术研制开发出磁浮列车轨道梁模板,并于2001年10月23日获得国家专利技术。“踏破铁鞋无觅处,得来全不费功夫”的发现,使上海磁悬浮列车工程指挥部的将士们喜出望外。

当养马河桥梁厂接到上海磁悬浮列车工程指挥部的邀请函后,厂长兼党委书记王长留和总工程师田宝华立即赶赴上海。

涛涛黄浦江,讲述着商界巨子敢冒风险的传奇故事。

他们在国家没有列项的情况下,以敏锐的市场观察力,工厂自筹资金投入1000多万元研制开发出跨座式城市轻轨交通PC梁。中标重庆轻轨交通2号线,由于拥有雄厚的技术实力被业主授权为技术总把关人。

树大招风。上海兴建世界首条磁悬浮列车工程商业运营线,引来全国39家建筑企业的竞标。在工程招标通报大会上,各企业的头头脑脑及特使们,聚精会神地观看磁浮列车工程的影像资料介绍。看完画面后,发放了标书,要求各单位的代表一个月后来上海竞标。

棋逢对手,将遇良才。

当养马河桥梁厂领导接到邀请函后即刻前往,一到上海他们就成了座上宾,立即进行技术谈判。谈判前,上海磁浮列车工程指挥部指挥部指挥长吴祥明告诉王长留和田宝华:你们今天的谈判是代表中国和德国的谈判,同时技术谈判又是商务谈判的“砝码”。由于事关重大,此时,这两位厂领导身感重任在肩。这样的国际谈判,对于两位厂领导来说,是大姑娘坐轿头一回呢!短暂的紧张心态很快镇静下来。黄头发蓝眼珠的德国专家说着咯哩咕隆的德语,通过彬彬有礼翻译官们变得格外中听。一问一答式的谈判一路顺风,当田总谈判到800预应力钢筋混凝土张拉时,引起了德国专家的浓厚兴趣。

我国谈判代表立刻意识到技术泄密马上就要发生,婉言谢绝了德方专家的追问。

谈判后,德国专家说:今天的谈判和昨天的谈判是两个档次,你们是专家,是教授。

谈判结束后,上海磁悬浮列车工程指挥部的中外专家们提出要立即考察养马河桥梁厂。当考察组赶赴养马河桥梁厂这天,阳光普照,梁、轨反射出一片银灰色的光芒,成了厂区亮丽的风景线。令考察组的人们倍感兴趣的是:光洁漂亮的城市跨座式城市单轨交通PC梁、光洁可人的FST和LVT无碴轨道轨枕板,以及各类型号的桥枕、轨枕,简直是步入共和国新型交通产品研发的“殿堂”。这些新产品是工厂兴业的“科技硅谷”,成为市场竞争的“杀手锏”。继而,考察组的人们又马不停蹄地考察飞跨在重庆的PC梁、研发的铁路箱梁应用于秦沈铁路快速通道建设中的使用情况及效果。

“山不在高有仙则明,”几天的西南之行使中外专家们满意而归。

临别时一位外国专家说,通过对养马河桥梁厂的考察使我改变了对大陆国有企业的看法。

2010年3月1日,中央电视台报道了世界首条磁浮列车商业运营线开工的消息,这标志着中铁养马河工程股份有限公司研制开发的磁浮列车轨道梁产品正式走向市常

就在中标的这天,田宝华兴奋得忘了吃饭。

“绚烂之极,归于平淡。”

田宝华立即意识到轨道梁的中标,只是万里长征走完了第一步,还有许多“哥德巴赫”的猜想需要攻克。为确保研制开发出高精度的轨道梁,攻关组的同志们首先严格控制轨道梁的外形尺寸;其次,严格控制连接件、支座板、导电接地装置等预埋件的安装精度,并确保在高强度混凝土筑震捣中不走样。这也是解决轨道梁预制精度的关键技术之一。 为使工人们尽快掌握轨道梁钢筋预埋件的安装技术,田宝华和工程技术人员,甚至把布筋图都发到了每个工人的手上。

轨道梁的研制开发、生产,采用的是变形控制设计预应力技术,和先后张拉法相结合的预应力生产工艺,其特点是采用复合梁形式,列车在时速四五百公里运行时,弹力功能面误差确保控制在正负2毫米以内。高精度的要求简直就是一场革命,同时,也是严峻的技术挑战。为提高技术工人的生产水平,以田宝华为首的工程技术人员,利用每天晚上的休息时间给工人们讲技术课,常常到夜深人静才休息。为解决进口钢材焊接难度大,他从高精度的钢筋焊点、绑扎,再到模板制作安装等系类工法、工艺等开展岗位练兵活动,全面解难释惑,直到工人们能识图、会操作等才算完成培训课题。这期间,科技攻关组的同志们每天至少工作16小时,晚上没在12点前就过寝。他们心里明白,如果不能及时研制开发出轨道梁生产模板,将严重影响整个磁悬浮工程的施工进度。在这节骨眼上,每当开饭时侯,就是集中讨论的时候。田宝华和科技攻关组的同志们,就端着饭碗或蹲在地上,或站成一圈,边吃边讨论,有的还用筷头在地上划出许多几何图形研究。

终于闯过了九九八十一难,科技攻关组的同志们,终于以最快的速度研制开发出第一批长50米的直线连续梁模板,和32套曲直线梁模板。高精度的模板与普通桥梁模板最大的区别就在于它是超长、支座和顶板都是可调试的。就在研发的挫折中,田宝华常常是心急火燎,业主常常打电话催,或者派员到他办公室坐着不走。当运送模板的大卡车排着长龙开到生产基地时,看着欢欣鼓舞的工人们,田宝华才长长地舒了一口气。

按下葫芦漂起瓢。

上海磁浮交通轨道梁预制的钢筋是从德国进口的产品,硬度大,给绑扎、焊接带来了严峻的挑战。况且,一榀轨道梁的钢筋焊接头多达1200多个。除此之外,由于轨道梁的刚度要求高,模型里形成了密集的钢筋墙,给混凝土灌注带来意想不到的困难。众将士们群策群力,解决了曲线轨道梁钢筋绑扎的难题;依托严格的操作规程,拆开绑扎好的钢筋,多存在的问题及进行现场解剖,召开“诸葛亮”会议研究对策中,他们发现设计的瑕疵,只兼顾了制梁而忽视了制作工艺,钢筋笼被再次拆开,如此拉锯战式的循环折腾了11次。其中,仅轨道梁的支座部分就拆绑了3昼夜。尤其是,建设们在打第一榀梁时,钢筋绑了拆,拆了绑,反反复复20多次才取得成功。

千呼万唤始出来。

当第一榀梁终于试制成功时,偌大的车间立刻沸腾起来,职工们将庆祝的鞭炮摆成一个偌大的“心”字,他们要让颗颗激动的心与磁悬浮一起“副起来。当鞭炮响的那一刹那,将士们激动的泪水夺眶而出。

2002年9月5日12时,中国铁建铁马股份有限公司总经理、上海磁浮轨道梁项目指挥长张庆军,率领众将士闯关夺隘,发扬连续作战的精神,仅用了355天时间,以提前一个月完成了1257榀轨道梁的生产任务,为企业取得了良好的经济效益和社会效益。

梅花香至苦寒来。中国铁建铁马股份有限公司的建设者们,再次用行动践行了高起点准备,高标准要求,高效率施工,高精度建成,这项急难险工程,为人民交出了一份满意的答卷。轨道梁工程指挥部先后荣获业主“质量信得过单位”、“安全无事故单位”、“模范集体”、“精益杯”称号等殊荣。

2002年12月31日,中铁路桥集团养马河工程股份有限公司(简称铁马股份)参建的——世界首条磁浮商业运营线在上海举行了隆重的通车典礼。时任国务院总理的朱镕基,和正在中国访问的德国总理施罗德为通车仪式剪彩后,并肩乘坐了时速高达430公里的首趟列车。

11时10分,朱镕基在上海国际新闻中心讲话:“上海在两年多时间内成功完成了这项高科技工程确实是一个奇迹。”

2007年,上海磁浮列车轨道梁 “常导高速磁浮长定子轨道系统设计、制造和施工成套技术研究”技术再放异彩,荣获国家科技进二等奖。

华丽转身——从上海高速磁浮到长沙中低速磁浮轨道梁的嬗变

2014年,中铁四院代表中国铁建以设计施工总承包的模式中标长沙中低速磁浮交通工程,历史机会再次垂青二十三局集团公司,他们凭借雄厚的技术实力担负了长沙中低速磁浮942榀轨道梁的制运架施工任务。

挥师潇湘长沙,搏击中低速磁浮,为共和国新型交通事业再添浓墨重彩之笔。 

长沙中低速磁浮交通工程,从长沙火车南站,经榔梨站至黄花国际机场站,全长18.5公里,投资约42亿元,设计列车最高时速100公里。中低速磁浮列车与普通轮轨列车相比,具有噪声低、振动孝环保优、转弯半径小等特点,其研究和制造技术十分复杂,是一个国家科技实力和工业水平的标志,全球只有包括中国在内的四个国家掌握了核心技术。

滔滔的浏阳河讲述着创新求强的故事。

2014年4月,凭借已掌握上海高速磁浮轨道梁预制技术优势,攻克长沙中低速磁浮轨道梁技术难题的中铁二十三局副总经理、总工程师田宝华急赴三湘大地,带领攻关小组展开技术攻关。攻关组的同志面临五大技术挑战:一是研究突破预应力混凝土预制结构精度,难以在毫米级误差范围内实现控制工艺技术突破的瓶颈;二是掌握清水混凝土质量的拌合和浇筑工艺控制技术;三是高精度中低速磁浮轨道梁架设施工工艺研究;四是解决双机抬吊精确对位架设轨道梁及三维顶升系统落位技术工艺;五是解决大偏心曲线梁的运输、吊装、精确安装对位的技术难题。

2014年5月,当梁场建成后,二十三局轨道公司长沙磁浮项目部经理黄静和项目书记、常务副经理谭斌,遇到的最大挑战就是模板研发工作,也是制梁的关键技术所在。

谁也没有想到一次偶然的谈论,竟开启了“智造”磁浮轨道梁模板的智慧之门。

一天,黄静与谭斌研讨模板预制方案中提出,何不把曲线梁钢模板研发成数字化、自动化模板。他俩的构想很快得到领导和同志们的支持,轨道公司决定为项目投入200多万元的科研经费帮助研发。

由于轨道梁结构复杂、类型多,有平曲线、竖曲线、缓和曲线、直线等组合,主要梁型就要100多种,且精确要求达到毫米级。此外,还有曲线半径仅有400米的超级小 “曲线曲做”梁的制作难度被誉为“极品”梁,这些苛克的条件,对模板的设计制作、和钢筋绑扎、混凝土灌注都提出了严峻的挑战。据统计,原梁型因不同曲线半径、跨度可分类成50余种模板,但因结构各异不能共用底模,需据不同的曲线参数增加大量的底模,按照这样的工法,不仅导致成本增加,而且还要占用更多预制场地,给十分紧张造成更大的拥挤。此外,频繁更换底模势必降低工效。基于此,科技攻关组与铁四院通过多次研讨,最后经专家组评审后优化了梁型,采用平底模板、一模多用,就此一项就减少了大量的模板,降低了成本。再模板定型后,他们又马不停蹄地在预应力智能同步控制系统上下工夫,开发出两套数字化、自动化钢模板,实现了轨道梁预制 “应力”、“应变”、“双控”的施工工艺;同时,模板多元化、通用性,使同一套模板不仅适应多跨、变跨梁预制,而且,适应曲线梁多变的预制。他们针对轨道梁预制精度高、线性复杂多变的特点,研发的全自动数字化曲线模板,成功解决了高精度、梁型多变的难题,单日设计产能由每天6榀提高到8榀,提增工效33%。时任长沙磁浮项目部总工程师李良才告诉记者,把轨道梁中部截面底部的圆弧调整为平面、中部截面和端部截面调为同一截面、横系梁钢筋采用套筒连接等措施,增强了模板的通用性,提高了使用效率,保证了工期。通过科技工作者们的不懈努力,实现了预应力智能同步控制系统的技术创新,从工艺上为轨道梁的预制提供了技术保证。此外,引入不锈钢复合板作为钢模面板,提高了钢模面板的耐腐蚀性和平整度,保证梁体的几何尺寸,提高了制梁精度,加快了钢模的周转次数。该套系统属国内首创,已申报14项国家技术专利。

2015年春节,干部职工们只休假3天就投入到大干快上之中。为加快施工进度,项目部据各工序所需的平均劳动时间,绘制出一张工序流程衔接图,上道工序人员写下需要的最佳时间,下道工序操作人员写上跟进的最佳时间,以接力赛的方式把灌注工序和时间紧密地衔接起来,做到在最少的时间内,生产出最优质的产品。同时,项目部加大奖励力度,以每天一个班组平均生产6榀梁为基数,多完成一榀奖5000元的倍增奖励措施,重奖之下必有勇夫,生产班组从日产4榀提升到10至12榀的佳绩,到2015年6月19日942榀轨道梁全部预制完成。

长沙磁浮轨道梁这项高科技产品的研发,就是科技创新的历程。

他们采用辐射式蒸汽发热器循环供热系统对轨道梁养生,达到了恒温环保高效的目的;研发的可调式整体预绑胎具,解决了不同跨度、曲线轨道梁钢筋变化施工技术,不仅保证了钢筋成形质量,而且大大提高了工效;轨道梁蒸汽养护计算机自动控制系统,以远程控制静停、升温、恒温、降温四阶段养护,把传统的经验管理跃升到信息化、智能化管理。尤其是使用蒸汽发热器供热系统为轨道梁养生,摒弃传统的喷汽直接升温蒸养,解决了棚温不均、热耗快、利用率低的弊端,达到了环保增效的目的;研发的预应力管道循环智能压浆系统,通过混凝土浆回路循环增压保障了密实度,降低了隐蔽在梁体中的钢绞线需注浆密封,难以达到密实度要求的质量通玻

2014年11月25日,随着一阵鞭炮声的炸响,项目部研发的首榀轨道梁预制成功,比业主规定的节点工期时间提前了1天。

2015年6月19日,众将士们在中国铁建和铁四院领导的支持和帮助下,仅用了17个月的时间就圆满完成了942榀轨道梁的制运架等施工任务。

踏平坎坷成大道,攻克难关再出发。田宝华在科技创新的大道上一路高歌猛进,成长为教授级高级工程师,国家一级注册建造师,享受国务院政府特殊津贴;跻身四川省有突出贡献的优秀专家,和技术带头人;荣膺全国“百千万”人才工程国家级优秀专家人选,担任多个学术协会委员和理事,是中组部直接联系的专家。先后获得全国首届城市轨道交通中青年专家、全国重大基础设施建设“风云人物”、全国建设科技进步先进个人、茅以升和詹天佑铁道工程师奖、中央企业知识型先进职工标兵等称号,是全国“五一”劳动奖章获得者等殊荣。

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