鐵路超重貨物運(yùn)輸?shù)闹萍s因素與相關(guān)建議

牛琳璇，許冰心，鞏 偉

（中鐵特貨大件運(yùn)輸有限責(zé)任公司 市場技術(shù)部，北京 100070）

1 鐵路超重貨物的定義

所謂鐵路超重貨物，是指裝車后車輛總重活載效應(yīng)超過橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載 (中 - 活載) 的貨物[1]，即車輛及所裝貨物的總重 (包括裝載附件、加固設(shè)備) 對橋梁的作用超過按照鐵路橋梁設(shè)計(jì)活載標(biāo)準(zhǔn)——中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載設(shè)計(jì)的橋梁承載能力的貨物。

鐵路車輛和所裝貨物運(yùn)行時(shí)對橋梁的作用，用活載系數(shù) Q 劃分超重等級?；钶d系數(shù) Q 表示運(yùn)行活載 (列車或機(jī)車車輛) 對橋梁的作用，相當(dāng)于“中 - 活載”對橋梁作用的倍數(shù)。當(dāng)Q≤1時(shí)，表示運(yùn)行活載對橋梁的作用小于等于“中 - 活載”對橋梁的作用，橋梁承載能力滿足要求，列車或機(jī)車車輛可以安全通過；當(dāng)Q＞1時(shí)，表示運(yùn)行活載對橋梁的作用超過“中 - 活載”對橋梁的作用，即為超重貨物運(yùn)輸。根據(jù)活載系數(shù) Q 的大小，將超重貨物分為 3個(gè)等級：1.00＜Q≤1.05（一級超重）、1.05＜Q≤1.09 (二級超重) 和Q＞1.09 (超級超重)。活載系數(shù) Q 越大，超重等級越高，運(yùn)行活載對橋梁的作用越大，造成的損害也越大。因此，在超重貨物通過橋梁時(shí)，需要進(jìn)行過橋檢算，確定其過橋運(yùn)行條件，以保證運(yùn)輸安全。

2 超重貨物運(yùn)輸?shù)闹萍s因素

2.1 既有橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低

為保證各種列車的運(yùn)行安全，在一定的基準(zhǔn)期內(nèi)，鐵路橋梁應(yīng)能承受各種列車的作用。從受力方面考慮，橋梁越結(jié)實(shí)安全性越大，但從經(jīng)濟(jì)方面考慮，橋梁的造價(jià)越低越好[2]。因此，在綜合考慮上述兩方面的基礎(chǔ)上，鐵道部制定了中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載，是鐵路橋涵、線路上部建筑設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要依據(jù)。

《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》(TB 10002.1 - 2005)規(guī)定，鐵路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)列車豎向靜活載必須采用“中 - 活載”標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)活載的計(jì)算圖式如圖1所示 (距離以 m 計(jì)算)[3]。

圖1 中普通活載的前部長度 37.5 m 代表兩臺蒸汽機(jī)車，后部代表車輛活載，采用普通貨車活載，未考慮特種車輛的作用。該規(guī)范條文說明第 4.3.1條第 8 款還規(guī)定：特種車輛運(yùn)行甚少，如按正?；钶d處理將增加大量投資，故應(yīng)根據(jù)具體情況，采取緩行、局部加固、改善平車結(jié)構(gòu)等措施來解決[3]。因此，對于特種車輛而言，鐵路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，造成目前部分橋梁承載能力在設(shè)計(jì)時(shí)就不能滿足超重貨物運(yùn)輸?shù)男枰?。雖然相關(guān)部門在不斷研究新的橋梁設(shè)計(jì)活載標(biāo)準(zhǔn)，橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范也正在修訂，但按照新規(guī)范設(shè)計(jì)建成鐵路橋涵需要一定的周期。因此，目前既有按照“中 - 活載”標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的橋梁，由于承載能力的不足在一定程度上制約了鐵路超重貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。并且，由于部分橋梁使用時(shí)間較長，存在不同程度的病害，其實(shí)際承載能力已小于“中 - 活載”標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)承載能力，這進(jìn)一步加劇了對超重車輛通過橋梁的限制。

2.2 早期特種車輛設(shè)計(jì)較少考慮過橋性能

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快，現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展迅速，大型發(fā)電機(jī)組、變壓器、軋機(jī)牌坊等大型設(shè)備的生產(chǎn)和需求越來越多，這些大型設(shè)備的尺寸和重量也越來越大。為滿足大型設(shè)備鐵路運(yùn)輸?shù)男枰卵兄频奶胤N車輛的載重越來越大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。但在早期的車輛設(shè)計(jì)、研制中，很少考慮特種車輛的過橋性能，如車輛自重較大、軸距布置不合理等，這在一定程度上限制了特種車輛的過橋性能。以 D2型凹底平車為例，該車原標(biāo)記載重為210 t，在貨物裝載無偏心情況下達(dá)到車輛標(biāo)記載重時(shí)，對橋梁的作用超過了“中 - 活載”標(biāo)準(zhǔn)為超級超重，在很大程度上限制了車輛的運(yùn)用，1995年以前設(shè)計(jì)研制的特種車輛中表現(xiàn)尤為突出。在超重貨物運(yùn)輸過程中，為降低超重車輛對橋梁的作用，有時(shí)會采取加掛隔離車 (空車)、緩行或局部加固橋梁等措施，但即便如此，有的車輛仍會超過橋梁的設(shè)計(jì)承載能力，甚至不能通過橋梁。

隨著我國大型設(shè)備鐵路運(yùn)輸需求的增多，超重貨物列車開行數(shù)量不斷增加，關(guān)于超重貨物運(yùn)輸?shù)母黜?xiàng)規(guī)范規(guī)章也不斷完善。2005年新實(shí)施的《鐵路橋梁檢定規(guī)范》，明確了長大貨物車過橋限速檢算的規(guī)定；《鐵路貨物運(yùn)價(jià)規(guī)則》(鐵運(yùn)[2005] 46號）中對超重貨物進(jìn)行了超重等級劃分；《鐵路超限超重貨物運(yùn)輸規(guī)則》(鐵運(yùn)[2007] 62號）中明確定義了超重貨物，并對超重貨物運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

3 超重貨物運(yùn)輸?shù)挠嘘P(guān)建議

隨著鐵路技術(shù)的發(fā)展，貨車裝備方面先后研制成功 D38、DQ35、DK36A、D45等大型車輛。這些車輛的設(shè)計(jì)與運(yùn)用是在充分考慮既有橋梁的基礎(chǔ)上，優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)，改善其過橋性能的成功案例。對此，還應(yīng)從以下方面綜合考慮改善超重貨物運(yùn)輸條件。

3.1 提高橋梁承載能力

我國《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中列車豎向靜活載是1975年修訂的中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載，一直沿用至今，與歐洲、北美國家采用的鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載相比，“中 - 活載”的儲備能力凸顯嚴(yán)重不足[4]。因此，修訂鐵路橋梁設(shè)計(jì)活載標(biāo)準(zhǔn)，提高橋梁的承載能力才能從根本上解決超重問題。中國鐵道科學(xué)研究院提出了新的鐵路橋梁設(shè)計(jì)活載圖示，該活載標(biāo)準(zhǔn)的制定充分考慮了特種車輛。按新活載圖示設(shè)計(jì)的橋梁將比“中 - 活載”設(shè)計(jì)的橋梁承載能力有較大幅度的提高。因此，該活載標(biāo)準(zhǔn)納入《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》后，能夠在很大程度上提高新建橋梁的承載能力，為超重貨物運(yùn)輸提供有利條件。

3.2 優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)，提高過橋性能

為滿足越來越重的大型設(shè)備運(yùn)輸需要，鐵路特種車輛的載重也越來越大。目前，我國凹底平車載重從 60 t 到 320 t，已經(jīng)系列化，可以運(yùn)輸不同重量的貨物；新造并將投入使用的 370 t 凹底車代表了我國長大貨物車的研制水平；鉗夾車和落下孔車最大載重量已達(dá) 450 t。對于載重噸位如此大的特種車輛，其過橋性能是影響車輛運(yùn)用的一個(gè)重要因素。

按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范采取“緩行”、“局部加固”和“加掛隔離車”等措施，雖然超重列車有可能通過橋涵，但列車本身的超重特性沒有改變[2]，有時(shí)即使采取上述措施車輛也不能通過橋涵。因此，只有優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)，改善特種車輛的過橋性能，如采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，降低車輛自重。特種貨車的主要承載構(gòu)件，如凹底架、側(cè)承梁、鉗形梁等，可采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過分析和結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)，改善其應(yīng)力分布，優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度，提高穩(wěn)定性，降低自重，改善車輛的過橋性能。以 D38型載重380 t 鉗夾車為例，該車自重 230 t、32軸，實(shí)際載重341 t 時(shí)，達(dá)到二級超重，運(yùn)行十分困難。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和采用新材料，新造載重 DQ35型鉗夾車自重僅為185 t、24 軸，滿載時(shí)一級超重，大大降低了車輛自重，提高了軸重及過橋性能。

3.3 鐵路特種車輛與大型設(shè)備相匹配

隨著國家電力建設(shè)的迅速發(fā)展，大型發(fā)電機(jī)組的核心設(shè)備如變壓器、發(fā)電機(jī)定子的容量越來越大，造價(jià)也越來越高，為確保高價(jià)值的大型設(shè)備能夠安全、順利地運(yùn)抵施工現(xiàn)場，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，需要大型設(shè)備生產(chǎn)單位與鐵路裝備制造單位、鐵路大件設(shè)備運(yùn)輸企業(yè)和相關(guān)科研單位密切合作，結(jié)合我國既有鐵路的線、橋、隧狀況，研發(fā)設(shè)計(jì)出滿足各方需要的產(chǎn)品。大件設(shè)備設(shè)計(jì)制造單位通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，盡可能減小貨物尺寸和重量；大車裝備制造單位結(jié)合貨物特點(diǎn)優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)，提高重車過橋性能；大件設(shè)備運(yùn)輸企業(yè)根據(jù)運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)為大件設(shè)備設(shè)計(jì)和大車設(shè)計(jì)提供參考信息；相關(guān)科研單位通過科學(xué)試驗(yàn)、安全監(jiān)測等方式為大型設(shè)備安全運(yùn)輸提供技術(shù)支持。通過多方聯(lián)合設(shè)計(jì)，從各方面技術(shù)攻關(guān)，形成“產(chǎn)、學(xué)、研”一體的合作模式，為超重貨物運(yùn)輸創(chuàng)造有利條件。

3.4 加強(qiáng)橋梁日常安全管理

由于行車和自然環(huán)境的作用，鐵路橋梁會發(fā)生各種大大小小的病害，如橋面破損、梁板或拱體裂縫、鋼結(jié)構(gòu)裂紋銹蝕、墩臺斷裂位移等，破壞橋梁的正常良好狀態(tài)。橋梁的不良狀態(tài)，除縮短橋梁的使用壽命外，有時(shí)甚至威脅車輛運(yùn)行安全，尤其是超重貨車。因此，工務(wù)部門應(yīng)加強(qiáng)鐵路橋涵的養(yǎng)護(hù)工作，對橋梁進(jìn)行定期檢查，并根據(jù)需要進(jìn)行必要的橋梁荷載試驗(yàn)，通過檢定橋梁的承載能力確定其使用條件，并建立鐵路橋涵管理檔案，對有病害的橋涵進(jìn)行定期檢查、整修、加固等。

[1]中華人民共和國鐵道部. 鐵路超限超重貨物運(yùn)輸規(guī)則[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2]張進(jìn)德，田葆栓，李代英，等. 中國鐵路長大貨物運(yùn)輸[M]. 北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]中華人民共和國鐵道部. 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[M]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]辛學(xué)忠，張玉玲. 鐵路橋梁設(shè)計(jì)活載標(biāo)準(zhǔn)修訂研究[J]. 鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，2006(4)：1-4.