鐵路橋梁搶修器材應(yīng)急保障能力現(xiàn)狀與思考

張矚熹

(中國(guó)人民解放軍32751部隊(duì)，北京 100039)

近期出臺(tái)的《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》，明確提出建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)以構(gòu)建現(xiàn)代高效的高速鐵路網(wǎng)、形成覆蓋廣泛的普速鐵路網(wǎng)、發(fā)展快捷融合的城際和市域鐵路網(wǎng)，構(gòu)筑一體銜接順暢的現(xiàn)代綜合樞紐為主要任務(wù)，同時(shí)需要增強(qiáng)興安強(qiáng)安保障能力和提高鐵路應(yīng)急處置和救援能力。橋梁在鐵路網(wǎng)中占有較大比重，且其具有易毀難修、易遭受自然災(zāi)害、戰(zhàn)時(shí)攻擊和人為破壞的特點(diǎn)[1]，所以鐵路橋梁應(yīng)急保障水平是確保鐵路安全暢通和影響鐵路應(yīng)急處置及救援能力的重要指標(biāo)。橋梁損傷程度一般可分為輕度損傷、中度損傷、重度損傷和損毀四級(jí)[2,3]，當(dāng)橋梁發(fā)生輕度損傷或中度損傷時(shí)，可采取局部加固方式予以解決，但當(dāng)橋梁發(fā)生重度損傷或損毀時(shí)則需要鐵路橋梁應(yīng)急搶修器材予以保障。

當(dāng)前，現(xiàn)代化大型橋梁日益增多，而我國(guó)鐵路橋梁應(yīng)急搶修器材多研發(fā)于20世紀(jì)，既有鐵路應(yīng)急搶修器材是否滿(mǎn)足當(dāng)前鐵路橋梁應(yīng)急保障需求，如何提升鐵路橋梁應(yīng)急保障能力是當(dāng)前需要思考研究的新課題。

1 既有鐵路橋梁搶修器材應(yīng)急保障能力分析

鐵路橋梁應(yīng)急搶修器材性能是決定損毀橋梁能否恢復(fù)通車(chē)的關(guān)鍵，搶修器材架設(shè)技術(shù)則是能否實(shí)現(xiàn)快速通車(chē)的重要手段，故其應(yīng)急保障能力主要從鐵路橋梁應(yīng)急搶修器材性能及架設(shè)技術(shù)兩方面分析。

1.1 既有鐵路橋梁應(yīng)急搶修器材性能

當(dāng)前，我國(guó)用于鐵路橋梁搶修的梁部器材有六四式鐵路軍用梁(六四梁)、拆裝式桁梁(拆裝梁)、八七型鐵路應(yīng)急搶修鋼梁(八七梁)和鐵路通用便梁(B型梁)，墩部器材有六五式鐵路軍用橋墩(六五墩)和八三式鐵路輕型軍用橋墩(八三墩)，梁部器材和墩部器材主要技術(shù)條件分別如表1和表2所示。

表1 梁部器材主要技術(shù)條件[4]

分析表1可知：①既有梁部器材可用于保障的橋梁跨度范圍為12～96 m，基本可滿(mǎn)足中小跨度鐵路橋梁損毀后的應(yīng)急保通需求，但進(jìn)一步結(jié)合國(guó)內(nèi)梁部器材生產(chǎn)儲(chǔ)備情況可知，六四梁為當(dāng)前可用于應(yīng)急搶修的主力梁型，可用于鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨度(40 m跨以下)簡(jiǎn)支梁的應(yīng)急保通。②既有梁部器材設(shè)計(jì)荷載以搶修荷載為主，可用于緊急情況下的應(yīng)急通車(chē)，但由于現(xiàn)行鐵路荷載與搶修荷載區(qū)別較大，若利用其搶修損毀橋梁且需要采用現(xiàn)行鐵路荷載短期通車(chē)時(shí)，需要結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行針對(duì)性分析。③既有梁部器材最高限速多在40 km/h以下，其中，拆裝梁設(shè)計(jì)通車(chē)速度最高，最高通車(chē)速度可達(dá)80 km/h，但僅限用于16 m跨橋梁搶修，說(shuō)明既有梁部器材的通車(chē)速度距離當(dāng)前鐵路通行快速化的要求仍具有較大差距。

表2 墩部器材主要技術(shù)條件[4]

分析表2可知：①在配套應(yīng)用既有梁部搶險(xiǎn)器材的情況下，既有墩部器材可滿(mǎn)足5～40 m高度范圍內(nèi)橋墩應(yīng)急搶修需求。②墩部器材僅適用于32 m跨以?xún)?nèi)橋梁應(yīng)急搶修，當(dāng)應(yīng)用于更大跨度橋梁搶修時(shí)需另行分析。③由于六五墩已不再組織生產(chǎn)儲(chǔ)備，目前所儲(chǔ)備的墩部搶修器材以八三墩為主，故當(dāng)前墩部器材主要可用于無(wú)水、淺水且水流流速較低區(qū)域的橋墩搶修。

1.2 既有應(yīng)急搶修器材架設(shè)技術(shù)

架梁作業(yè)是橋梁搶修中技術(shù)含量最高、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)最大的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該作業(yè)環(huán)節(jié)使用機(jī)具設(shè)備較多，技術(shù)比較復(fù)雜，往往控制搶修進(jìn)度。既有應(yīng)急搶修使用的架設(shè)方法如表3所示。

表3 既有應(yīng)急搶修器材架設(shè)方法

由表3可知，既有應(yīng)急搶修器材架設(shè)技術(shù)均需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，利用部分專(zhuān)用機(jī)具、設(shè)備、器材現(xiàn)場(chǎng)組裝，且起重能力較小，對(duì)于32 m及以下跨度鐵路簡(jiǎn)支梁橋的搶修尚需分片多次架設(shè)才能完成，說(shuō)明既有應(yīng)急搶修器材的架設(shè)技術(shù)已成為影響搶修速度的重要因素。

2 鐵路橋梁搶修器材應(yīng)急保障面臨問(wèn)題

基于現(xiàn)有鐵路橋梁搶修器材應(yīng)急保障能力，結(jié)合當(dāng)前鐵路橋梁現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，可知既有鐵路橋梁搶修器材應(yīng)急保障能力已不能滿(mǎn)足新時(shí)期鐵路橋梁保障需求，現(xiàn)分別從應(yīng)急保障器材跨越能力、通行能力、搶修快速性三方面進(jìn)行分析。

2.1 跨越能力

根據(jù)鐵路橋梁所處地勢(shì)環(huán)境，可將國(guó)內(nèi)鐵路橋梁分為三類(lèi)：一般中小跨橋梁、深水大跨橋梁及高山峽谷地帶橋梁。其中，平原地帶橋梁多為16 m、20 m、24 m、32 m標(biāo)準(zhǔn)跨簡(jiǎn)支梁，而以長(zhǎng)江大橋?yàn)榇淼纳钏罂鐦蛄汉鸵源ú罔F路系列橋梁為代表的高山峽谷橋梁，其主跨跨度均在128 m以上，且其橋墩多位于深水區(qū)域或峽谷之上，所以，當(dāng)深水大跨橋梁及高山峽谷地帶橋梁發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷或損毀需要應(yīng)急搶通時(shí)，既有鐵路應(yīng)急搶修梁部器材的跨越能力不能滿(mǎn)足待搶修橋梁跨度需求。此外，由于既有墩部器材受水文條件及使用高度限制，也無(wú)法通過(guò)在損毀橋梁跨中搭設(shè)臨時(shí)橋墩的方式解決其搶修問(wèn)題。

2.2 通行能力

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，現(xiàn)行列車(chē)荷載，如ZK荷載、ZC荷載、ZKH荷載及ZH荷載，其在軸重、軸距或加載長(zhǎng)度等方面均與應(yīng)急搶修器材的設(shè)計(jì)荷載有很大區(qū)別。列車(chē)荷載的改變除影響橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)剛度、動(dòng)力性能都會(huì)產(chǎn)生直接或間接影響。列車(chē)通行速度則是基于控制搶修器材剛度、動(dòng)力特性等指標(biāo)予以保證的，因此，對(duì)于重載鐵路橋梁應(yīng)急搶修，現(xiàn)有器材存在承載能力不足的問(wèn)題；對(duì)于高速鐵路或城際鐵路橋梁應(yīng)急搶修，現(xiàn)有器材則在結(jié)構(gòu)剛度、動(dòng)力特性方面不能滿(mǎn)足通行要求。

2.3 搶修快速性

鐵路橋梁應(yīng)急搶修快速性主要體現(xiàn)在器材拼組、架設(shè)快速性和行車(chē)速度快速性?xún)煞矫鎇4]。現(xiàn)有應(yīng)急搶修器材多為桿系結(jié)構(gòu)，其中，拆裝梁和八七梁桿件種類(lèi)較多，連接工作量大；六四梁構(gòu)件種類(lèi)少，連接簡(jiǎn)單，但其為多片式結(jié)構(gòu)，各片之間橫向連接工作量較大；B型梁主要由縱梁、橫梁、隅撐、連接板等構(gòu)件通過(guò)螺栓連接而成，同樣具有較大連接工作量。此外，既有應(yīng)急搶修器材架設(shè)方法需要小型機(jī)具設(shè)備較多，前期準(zhǔn)備工作量大，說(shuō)明基于現(xiàn)有拼組、架設(shè)方法進(jìn)行應(yīng)急搶修尚不能達(dá)到應(yīng)急搶修拼架快速性要求。

應(yīng)急搶修器材桿件(構(gòu)件)間一般采用螺栓(鋼銷(xiāo))進(jìn)行連接，為便于拼組作業(yè)，螺栓(鋼銷(xiāo))與栓(銷(xiāo))孔間預(yù)留一定間隙，栓(銷(xiāo))孔間隙的存在，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向和橫向剛度較低，動(dòng)力性能較差，導(dǎo)致既有搶修器材無(wú)法滿(mǎn)足通車(chē)快速性的要求。

3 鐵路橋梁搶修器材應(yīng)急保障能力提升探討

3.1 豐富應(yīng)急搶修器材種類(lèi)

鑒于既有應(yīng)急搶險(xiǎn)器材保障能力與應(yīng)急保障需求之間存在的矛盾，應(yīng)著眼于解決深水大跨橋梁和高山峽谷地帶橋梁應(yīng)急保障存在問(wèn)題。

針對(duì)深水大跨橋梁應(yīng)急保障問(wèn)題，可以長(zhǎng)江鐵路橋梁為研究對(duì)象，結(jié)合長(zhǎng)江水文地質(zhì)條件及通航要求，開(kāi)展新型大跨鐵路應(yīng)急搶修鋼梁、中等高度應(yīng)急搶修橋墩及制式基礎(chǔ)搶修器材研究，通過(guò)新型大跨搶修鋼梁、中墩及制式基礎(chǔ)配合使用，解決深水大跨橋梁應(yīng)急搶修問(wèn)題。

針對(duì)高山峽谷地帶橋梁而言，橋高谷深是其共同特點(diǎn)，這一特點(diǎn)致使該地帶橋梁損毀后原橋搶修、迂回倒運(yùn)等保障手段無(wú)法實(shí)施，但可建立重型纜索應(yīng)急輸送系統(tǒng)。其可預(yù)先在重點(diǎn)保障橋梁臺(tái)后山體預(yù)設(shè)錨碇設(shè)施，也可結(jié)合橋梁施工進(jìn)行地錨埋設(shè)，應(yīng)急使用時(shí)緊急架設(shè)纜索，分批連續(xù)輸送鐵路車(chē)輛和物資裝備，達(dá)到應(yīng)急保通目的。

3.2 優(yōu)化應(yīng)急搶修器材結(jié)構(gòu)形式

豎向剛度和橫向剛度低一直制約著既有鐵路橋梁應(yīng)急搶修器材的通車(chē)速度，究其原因是因?yàn)榭紤]緊急情況下人工拼組需要，搶修器材單個(gè)構(gòu)件重量較輕，構(gòu)件連接點(diǎn)多，且連接點(diǎn)位置存在栓(銷(xiāo))孔間隙。

鑒于當(dāng)前起重設(shè)備的普及，應(yīng)急搶修器材研制時(shí)可適當(dāng)加大單個(gè)構(gòu)件尺寸，盡量減少整體結(jié)構(gòu)的連接數(shù)量，同時(shí)，連接位置采用充盈式銷(xiāo)(栓)，以最大限度消除間隙產(chǎn)生的不利影響。此外，吸收借鑒永久性橋梁結(jié)構(gòu)形式，探索將拱形結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，研發(fā)組合結(jié)構(gòu)的搶修梁部器材。如考慮平時(shí)儲(chǔ)備需要，新型大跨搶修鋼梁仍可采用傳統(tǒng)桁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)在結(jié)構(gòu)上弦預(yù)留組合式拱肋和吊桿安裝位置，應(yīng)急使用時(shí)本著“先通后善”的搶修原則，先進(jìn)行鋼梁拼組架設(shè)并限速通車(chē)，行車(chē)間隙逐步組裝上部拱形結(jié)構(gòu)，再逐步提高通車(chē)速度。

3.3 改進(jìn)應(yīng)急搶修器材拼架方法

拼架方法是否合理直接決定著應(yīng)急搶修器材的保障時(shí)效。為提高拼架速度，可從兩方面采用針對(duì)性措施：一是根據(jù)運(yùn)輸條件和器材儲(chǔ)備實(shí)際情況，將部分應(yīng)急搶修器材進(jìn)行預(yù)拼，將桿件組拼成單元節(jié)段，減少現(xiàn)場(chǎng)拼組工作量。二是改進(jìn)拼架方法，可將既有搶修器材分類(lèi)開(kāi)展架設(shè)方法研究，如對(duì)于中小跨度用的搶修鋼梁，可研發(fā)通用架設(shè)技術(shù)及裝備；對(duì)于大跨度搶修鋼梁，針對(duì)性制定浮架法、拖拉法等架設(shè)方案，所用輔助設(shè)備宜與平時(shí)橋梁施工設(shè)備通用，以便于快速調(diào)集且減少儲(chǔ)備工作量；對(duì)于中墩或高墩搶修器材，研制自動(dòng)頂升拼組技術(shù)，減小高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高拼組作業(yè)效率。

3.4 強(qiáng)化既有器材擴(kuò)大應(yīng)用研究

受制于研制年代及當(dāng)時(shí)技術(shù)水平限制，既有應(yīng)急搶修器材技術(shù)性能無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前鐵路重載、高速的發(fā)展需求，但結(jié)合新材料、新技術(shù)開(kāi)展器材加固相關(guān)技術(shù)研究可在一定程度上擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，在新型搶修器材研制儲(chǔ)備前起到應(yīng)急保障的作用。如針對(duì)六四梁豎向剛度不在的問(wèn)題，可通過(guò)預(yù)應(yīng)力加固的方式提高承載能力、減小其跨中撓度及梁端轉(zhuǎn)角[5]；針對(duì)六四梁、八七梁橫向剛度小的問(wèn)題，可通過(guò)加強(qiáng)平縱聯(lián)或橫向連接的方式予以提高改善。

4 結(jié)束語(yǔ)

新時(shí)期鐵路橋梁的快速發(fā)展為鐵路應(yīng)急保障帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，既有鐵路應(yīng)急搶修器材已不能完全滿(mǎn)足當(dāng)前鐵路橋梁應(yīng)急保障需求，主要體現(xiàn)在深水大跨橋梁和高山峽谷地帶橋梁以及高速鐵路、重載鐵路橋梁損毀后的應(yīng)急保通問(wèn)題。其中，對(duì)于深水大跨橋梁和高山峽谷地帶橋梁需要通過(guò)研發(fā)新型搶修器材及新的搶修技術(shù)予以保障；對(duì)于高速鐵路橋梁搶修問(wèn)題，可通過(guò)優(yōu)化搶修器材結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件連接方式，提高其整體剛度和動(dòng)力性能的方式來(lái)提高通車(chē)速度；對(duì)于鐵路重載帶來(lái)的應(yīng)急搶修問(wèn)題，可通過(guò)對(duì)既有鐵路應(yīng)急搶修器材開(kāi)展性能提升研究在一定程度上予以解決。