高速铁路中等跨度桥梁抢修器材主要技术指标分析

谢爱华（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）



高速铁路中等跨度桥梁抢修器材主要技术指标分析

谢爱华
（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

摘 要：为保障高速铁路中等跨度桥梁在自然灾害及突发事件中的应急抢修（建）和短期使用，需研制适应高速铁路桥梁特点的抢修器材。对高速铁路中等跨度桥梁抢修器材的适用条件、相关设计指标、运输及拼装架设要求等进行了分析，提出主要适用跨度为24m和32m；设计荷载采用ZK活载；设计时速为货列80km／h、客列120km／h；梁体横竖向刚度要求参照《铁路桥涵设计基本规范》进行选取；最大单元长度12m，质量25t；拼架时间为6h完成一孔32m梁的架设。该技术指标反映了器材的先进性，也为该器材的设计提供重要依据。关键词：高速铁路；抢修钢梁；技术条件

自1964年世界第1条高速铁路——东海道新干线在日本开通以来，很多国家相继建设了高速铁路。在高速铁路中桥梁所占线路总长度的比重是一般普速铁路的3～4倍，成为高速铁路工程的主体。据设计资料，我国目前建成和在建的高速铁路桥梁总长平均占线路的50%以上，常用跨度24m及32 m简支梁桥约占桥梁总长的90%。在国家“四纵四横”铁路快速客运通道以及发达地区城际快速客运系统的规划中，将建设客运专线及城际轨道交通1．8万km，客车速度目标值达到每小时200km及以上。我国已成为世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。

随着近年来自然灾害的增多，我国高速铁路和既有提速铁路的中等跨度桥梁防灾救援问题，已迫在眉睫。本文主要依托中国铁路总公司科技研究开发计划项目《高速铁路中等跨度桥梁防灾救援技术深化研究》成果，对高速铁路中等跨度桥梁抢修器材适用的范围和技术指标进行研究分析。

1　适用跨度分析

桥梁根据桥长可分为小桥、中桥、大桥和特大桥。中桥桥长为20～100m，在这个跨度区间里，常用的跨度为24m、32m、40m、48m、56m、64m、80 m和96m八种。从梁型上继续分类，24m与32m为简支箱梁结构，40m和48m的桥跨多为连续箱梁，56m及以上多采用连续桁梁、钢拱桥、结合梁等，以下承式居多，由于数量不多，且型式多样，一种抢修梁难以兼顾所有跨度，且跨度越大抢修难度越大，这类桥梁往往跨越的是江河、峡谷等抢修条件困难地区，抢修工期长，器材耗费多，其应急抢修需要专门的抢修器材保障。

对于那些跨度在20m及以下的桥梁，仍可采用既有抢修梁如六四梁、拆装梁来进行保障，由于抢修跨度小，既有抢修梁的横竖向刚度能得到一定提高，也可相应的提升列车通行速度，但需进行专门的设计来适应高铁桥梁的梁高、梁宽、双线等不同于普通铁路桥梁的地方。

客运专线、城际铁路、高速铁路的桥梁中，32 m、24m跨度的简支梁桥占了绝大多数。从某设计院设计的6条客运专线统计得出，32m、24m常用跨度桥梁占全部桥梁的94．9%（按长度统计），该两种跨度已形成了系列标准图，亦形成了相关的成熟工法，大量的被高铁设计采用，因此高速铁路中等跨度桥梁抢修器材应主要针对该两种跨度进行研究。

2　采用的活载及限速

从相关铁路设计规范上来看，《铁路桥梁抢修（建）技术规程（试行）》规定的设计活载为东风4型内燃机车单机随挂70kN／m均布活载；《铁路桥涵设计基本规范》中规定的设计活载为中—活载，该活载是以蒸汽机车为原型提出来的［1］，已使用了40a；对于世界高速铁路设计，欧洲采用的为UIC活载，而我国采用0．8倍的UIC活载即ZK活载，我国客运专线、城际铁路及高速铁路上运行的列车大多为动力分散式客运列车（动车组MTM）、动力集中式客运列车（SS8电力机车牵引双层客车）、SS8牵引的轻快货车（SS8＋LFV）、大型养路机械车组、施工用货物列车DF4＋C62等，ZK活载已经囊括了以上几种列车荷载［2］。将东风4活载、中活载和ZK活载换算成均布活载进行对比，见表1。

表1　列车活载对比表

从表1可以看出，中—活载的等效活载K（1＋u）最大，其次为ZK活载，稍大于东风4活载。为了避免设计浪费，且考虑到高速铁路中等跨度桥梁抢修器材，主要是用于替换高铁梁型，因此建议选择与高铁桥梁设计相一致的ZK活载，它本身是一种概化的图式，概括了轻型、重型，高速与跨线列车共线运行的活载模式，且有一定的强度储备。

抢修梁的设计时速可以提高到何种程度也一直在进行研究。早先我国铁路的运营时速较低，相应的既有抢修梁的设计时速也很低，随后也进行过既有抢修梁提速研究和试验，试验中八七梁的最高时速达到过64km／h。如今高速铁路的设计时速已达到250～350km／h，用于高速铁路桥梁抢修的梁采用的设计标准应有所提高，因此抢修梁的设计时速也会随之提高一些。当然抢修梁由于为临时结构，抢修时间有限，且为可反复拆装的结构，结构的整体性要弱一些，梁体的横、竖向刚度以及桥面及轨道质量，这些都是影响列车限速的重要因素。建议可以采用我国铁路大提速前一级干线的设计列车最高速度，即货列80km／h、客车120km／h、动车组160 km／h作为高速铁路中等跨度桥梁的最高设计时速［2］。由于钢梁结构容易出现共振问题，不同车速下的车桥耦合动力响应的差别也较大，具体时速还需要根据不同梁体方案的车桥耦合动力分析及试验数据来确定。

3　建议采用的设计规范和相关设计指标

确定设计规范和相关设计标准，是进行设计工作的前提条件。高速铁路中等跨度抢修梁可参照的相关标准有《铁路桥梁抢修（建）技术规程（试行）》、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002．1—2005）、《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）和《铁路桥梁检定规范》四种。《抢规》是参照99桥规，并结合抢修的理念和设计要求编撰而成，于2003年颁布实施，因此其中有一些规定与现行的《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002．1—2005）不相符。刚刚颁布实施的《高速铁路设计规范》（TB10621—2014）中关于桥涵的规定，是在《铁路桥涵设计基本规范》的基础上，同时添加了气动力计算以及在高时速下结构变形与自振频率限值等的规定。抢修梁由于自身特点，在设计上不可能达到高铁的标准，抢规的标准又相对较低，因此建议高速铁路中等跨度抢修梁的主要设计指标按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002．1—2005）规定进行。《铁路桥梁检定规范》中的相关指标最高，可与其它2种规范一起作为参考规范。高速铁路中等跨度抢修梁主要设计指标建议采用以下数值：材质／弯曲应力／疲劳应力，Q345qE／240 MPa／190MPa；竖向刚度＜L／900；横向刚度，主梁中心距＞L／20；横向力作用下水平挠度≤L／4 000；横向自振频率＞60／L0．8（L单位为m）Hz；竖向振动加速度asmax≤4m／s2；横向振动加速度ahmax≤1．4 m／s2。

4　梁体结构型式

既有中等跨度抢修钢梁，如六四梁、拆装梁均采用钢枕或木枕的明桥面，梁型为桁架式结构；高速铁路中等跨度桥梁抢修钢梁不再采用桁架式结构，考虑到刚度、运输及拼装方便等因素，更倾向于采用板梁、U型梁或箱型梁结构，桥面拟采用钢筋混凝土桥面板或整体钢面板的型式，单元模块在划分时尽可能的大一些，避免杆件零碎，拼装工作量大，同时提高结构的整体性对受力也更有利。

5　吊装及运输要求

我国既有的抢修梁在拼组上讲求杆件短小，重量轻，是考虑了人力搬运拼组的原因，从拆装梁开始，拼组就需要小型机具辅助了；到了八七梁，杆件长度和重量都增大到不再考虑人力拼组了，见表2。从架设上来说，均是拼组好整跨之后，再进行架设。拆装梁拼组好后，采用前端设导梁拖拉入桥位；八七梁考虑利用本身器材拼组龙门吊和导梁进行整孔拖拉或是顶推架设；六四梁还提出一种简易架桥机架设，由于简易架桥机亦是需要现场拼组且起重量不大，所以也只能分组架设，两片或3片作为一组进行分组架设，两片32m梁重在18t左右。从以往的抢修梁的拼组架设经验来看，因为着重于人力和小型机具的限制，架梁的方案基本上为拖拉和顶推架设，但拖拉和顶推架设的前期准备工作较多，且过程中不确定因素太多，因此不可避免的较为耗时，过多的借助人力，势必会造成拼组架设时间的增加。既有抢修梁，限于当时的施工技术条件，以及所设想的抢修现场条件，将拼架的原则定为人力与小型机具是无可厚非的，如今大型运输起吊设备已很常见，百吨吊机也很多，若仍拘泥于人力和小型机具，抢修梁恐怕难以有跨越式的发展，更无法在抢修时间上得到突破。既有抢修梁更适合在抢修条件非常差的情形下使用，它们与如今提出的高铁所用的抢修钢梁各有所长，属于对立统一的关系。

表2　既有抢修梁拼组架设时间、机具表

抛开抢修梁的拼组过程，仅从架设角度来讲，整孔架设仍是最快捷的架设方式，无非是采用哪种方法进行整孔架设，需要根据施工现场的情形进行分类。最简单的情形，在墩位不是很高的旱地，可从桥位下方采用大型吊装设备直接进行吊装。在地形相对复杂、运输条件不是很好的大江河或深山峡谷，最好的方法还是从桥上进行架设。保留传统的架设方式外，可以主要考虑专用（新式）架桥机架设，将32 m整孔梁的质量控制在65t以内（含桥面），采用大型设备进行架设的专项方案应该不难实现。

由于架设吊装方案对于重量的放宽，部件长度可以适当加长，这样对梁体的受力、制造、安装都有利。常规的运输方式为铁路及公路运输，兼顾考虑海（河）运、空运。最长单元长度考虑为12m，宽度2．5m，全高2．8m左右。铁路运输可考虑平车来装载，公路运输可考虑6轴车来运输，由于客专及高铁多是在经济发达、交通便利的地区，拖车平车这类6轴车的通行应该不成问题，若是遇到崎岖山路等不良路况时，可采用公铁混合运输。

6　拼架速度

高速铁路中等跨度桥梁抢修器材更倾向于使用结合梁和箱梁，这样结构整体性强，且能大大减少零件种类，提高拼装速度。架设速度和结构方案、架设方案、投入的人力和设备数量息息相关，若是采用架桥机架设，参考高速铁路32m跨度900t箱梁的架梁时间为4h／孔；若采用地面起重机，在墩身不高、桥下无水时架设一孔32m的抢修钢梁应该也可以在4h以内完成；若是采用拖拉或顶推方案，参考相关工程实例大概需要8～10h。高速铁路中等跨度桥梁抢修器材推荐专用（新式）架桥机架设方案，拼架时间原则上不应低于既有抢修梁的架设速度（见表2），6h完成一孔32m钢梁的拼装架设，会是一个相对合理、可行性较强的拼架指标。

7　结束语

对于高速铁路中等跨度桥梁抢修器材而言，技术指标是反映其先进性的重要依据。中等跨度桥梁抢修器材的主要研究指标推荐为：设计荷载，ZK活载；设计限速，货列80km／h、客列120km／h、动车组160km／h；设计跨度，24m、32m；竖向刚度＜L／900，asmax≤4m／s2；横向刚度，主梁中心距＞L／20；横向力作用下水平挠度≤L／4 000；f＞60／L0．8（L单位为m）Hz；ahmax≤1．4m／s2；最大单元长度／质量，12m／25t；拼架速度，4～6h。这些研究指标可以为中等跨度桥梁抢修器材的相关设计提供参考依据，也有助于不断提高铁路桥梁应急抢修技术水平。

参考文献

［1］张玉玲，戴福忠，陶晓燕，等．铁路列车中活载图示适用性

分析和建议［C］／／铁道科学技术新进展——铁道科学研究院五十五周年论文集．北京：中国铁道出版社，2005：165－168

［2］高占军．快速铁路桥梁抢修器材主要战术技术条件研究［J］．铁道建筑技术，2012（1）：1－5

封面照片说明

十八局集团三公司承建的松树沟特大桥桥隧相连。

（伍振 刘凤翥 摄）

An Analysis of the Main Technical Indexes for the Rush－Repair of Medium－Span Bridges of High－Speed Railways

Xie Aihua
（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co．Ltd．，Beijing 102600，China）

Abstract：To ensure the rush－repair（－erecting）and the short－term use of the medium－span bridges of high speed railways in natural disasters and other emergencies，rush－repair materials and equipment suitable for the characteristics of high－speed railway bridges have to be studied and developed，in which case the suitable conditions and the corresponding design targets of the rush－repair materials and equipment，the requirements in their transportation，assembly and erection are analyzed in the paper，with the main suitable sizes of span of 24mand 32msuggested．The design load adopts the ZK live load；the design speed for freight trains is 80km／h，passenger trains 120km／h；the horizontal and vertical stiffness requirements of the beam body are based on the Basic Norms for the Design of Railway Bridges and Culverts；the maximum length of a unit is 12m，25tons in weight；it takes 6hours to complete the erection of a 32mbeam．The technical index shows that the equipment is advanced，which also provides important grounds for the design of the equipment．

Key words：high－speed railway；steel girders for rush－repair；technical conditions

作者简介：谢爱华（1981—），女，高级工程师，主要从事交通战备研究工作 xieaihua＠t5y．cn

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2014G008－B）

收稿日期：2015－11－23

中图分类号：U445．7

文献标识码：A

文章编号：1672－3953（2016）01－0030－04

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．008