铁路桥梁抢修器材应急保障能力现状与思考

张瞩熹

(中国人民解放军32751部队，北京 100039)

近期出台的《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，明确提出建设交通强国以构建现代高效的高速铁路网、形成覆盖广泛的普速铁路网、发展快捷融合的城际和市域铁路网，构筑一体衔接顺畅的现代综合枢纽为主要任务，同时需要增强兴安强安保障能力和提高铁路应急处置和救援能力。桥梁在铁路网中占有较大比重，且其具有易毁难修、易遭受自然灾害、战时攻击和人为破坏的特点[1]，所以铁路桥梁应急保障水平是确保铁路安全畅通和影响铁路应急处置及救援能力的重要指标。桥梁损伤程度一般可分为轻度损伤、中度损伤、重度损伤和损毁四级[2,3]，当桥梁发生轻度损伤或中度损伤时，可采取局部加固方式予以解决，但当桥梁发生重度损伤或损毁时则需要铁路桥梁应急抢修器材予以保障。

当前，现代化大型桥梁日益增多，而我国铁路桥梁应急抢修器材多研发于20世纪，既有铁路应急抢修器材是否满足当前铁路桥梁应急保障需求，如何提升铁路桥梁应急保障能力是当前需要思考研究的新课题。

1 既有铁路桥梁抢修器材应急保障能力分析

铁路桥梁应急抢修器材性能是决定损毁桥梁能否恢复通车的关键，抢修器材架设技术则是能否实现快速通车的重要手段，故其应急保障能力主要从铁路桥梁应急抢修器材性能及架设技术两方面分析。

1.1 既有铁路桥梁应急抢修器材性能

当前，我国用于铁路桥梁抢修的梁部器材有六四式铁路军用梁(六四梁)、拆装式桁梁(拆装梁)、八七型铁路应急抢修钢梁(八七梁)和铁路通用便梁(B型梁)，墩部器材有六五式铁路军用桥墩(六五墩)和八三式铁路轻型军用桥墩(八三墩)，梁部器材和墩部器材主要技术条件分别如表1和表2所示。

表1 梁部器材主要技术条件[4]

分析表1可知：①既有梁部器材可用于保障的桥梁跨度范围为12～96 m，基本可满足中小跨度铁路桥梁损毁后的应急保通需求，但进一步结合国内梁部器材生产储备情况可知，六四梁为当前可用于应急抢修的主力梁型，可用于铁路标准跨度(40 m跨以下)简支梁的应急保通。②既有梁部器材设计荷载以抢修荷载为主，可用于紧急情况下的应急通车，但由于现行铁路荷载与抢修荷载区别较大，若利用其抢修损毁桥梁且需要采用现行铁路荷载短期通车时，需要结合工程实际进行针对性分析。③既有梁部器材最高限速多在40 km/h以下，其中，拆装梁设计通车速度最高，最高通车速度可达80 km/h，但仅限用于16 m跨桥梁抢修，说明既有梁部器材的通车速度距离当前铁路通行快速化的要求仍具有较大差距。

表2 墩部器材主要技术条件[4]

分析表2可知：①在配套应用既有梁部抢险器材的情况下，既有墩部器材可满足5～40 m高度范围内桥墩应急抢修需求。②墩部器材仅适用于32 m跨以内桥梁应急抢修，当应用于更大跨度桥梁抢修时需另行分析。③由于六五墩已不再组织生产储备，目前所储备的墩部抢修器材以八三墩为主，故当前墩部器材主要可用于无水、浅水且水流流速较低区域的桥墩抢修。

1.2 既有应急抢修器材架设技术

架梁作业是桥梁抢修中技术含量最高、作业风险最大的一个关键环节。该作业环节使用机具设备较多，技术比较复杂，往往控制抢修进度。既有应急抢修使用的架设方法如表3所示。

表3 既有应急抢修器材架设方法

由表3可知，既有应急抢修器材架设技术均需根据现场实际条件，利用部分专用机具、设备、器材现场组装，且起重能力较小，对于32 m及以下跨度铁路简支梁桥的抢修尚需分片多次架设才能完成，说明既有应急抢修器材的架设技术已成为影响抢修速度的重要因素。

2 铁路桥梁抢修器材应急保障面临问题

基于现有铁路桥梁抢修器材应急保障能力，结合当前铁路桥梁现状及未来发展趋势，可知既有铁路桥梁抢修器材应急保障能力已不能满足新时期铁路桥梁保障需求，现分别从应急保障器材跨越能力、通行能力、抢修快速性三方面进行分析。

2.1 跨越能力

根据铁路桥梁所处地势环境，可将国内铁路桥梁分为三类：一般中小跨桥梁、深水大跨桥梁及高山峡谷地带桥梁。其中，平原地带桥梁多为16 m、20 m、24 m、32 m标准跨简支梁，而以长江大桥为代表的深水大跨桥梁和以川藏铁路系列桥梁为代表的高山峡谷桥梁，其主跨跨度均在128 m以上，且其桥墩多位于深水区域或峡谷之上，所以，当深水大跨桥梁及高山峡谷地带桥梁发生严重损伤或损毁需要应急抢通时，既有铁路应急抢修梁部器材的跨越能力不能满足待抢修桥梁跨度需求。此外，由于既有墩部器材受水文条件及使用高度限制，也无法通过在损毁桥梁跨中搭设临时桥墩的方式解决其抢修问题。

2.2 通行能力

随着我国铁路运输的发展，现行列车荷载，如ZK荷载、ZC荷载、ZKH荷载及ZH荷载，其在轴重、轴距或加载长度等方面均与应急抢修器材的设计荷载有很大区别。列车荷载的改变除影响桥梁结构强度外，对桥梁结构刚度、动力性能都会产生直接或间接影响。列车通行速度则是基于控制抢修器材刚度、动力特性等指标予以保证的，因此，对于重载铁路桥梁应急抢修，现有器材存在承载能力不足的问题；对于高速铁路或城际铁路桥梁应急抢修，现有器材则在结构刚度、动力特性方面不能满足通行要求。

2.3 抢修快速性

铁路桥梁应急抢修快速性主要体现在器材拼组、架设快速性和行车速度快速性两方面[4]。现有应急抢修器材多为杆系结构，其中，拆装梁和八七梁杆件种类较多，连接工作量大；六四梁构件种类少，连接简单，但其为多片式结构，各片之间横向连接工作量较大；B型梁主要由纵梁、横梁、隅撑、连接板等构件通过螺栓连接而成，同样具有较大连接工作量。此外，既有应急抢修器材架设方法需要小型机具设备较多，前期准备工作量大，说明基于现有拼组、架设方法进行应急抢修尚不能达到应急抢修拼架快速性要求。

应急抢修器材杆件(构件)间一般采用螺栓(钢销)进行连接，为便于拼组作业，螺栓(钢销)与栓(销)孔间预留一定间隙，栓(销)孔间隙的存在，导致结构竖向和横向刚度较低，动力性能较差，导致既有抢修器材无法满足通车快速性的要求。

3 铁路桥梁抢修器材应急保障能力提升探讨

3.1 丰富应急抢修器材种类

鉴于既有应急抢险器材保障能力与应急保障需求之间存在的矛盾，应着眼于解决深水大跨桥梁和高山峡谷地带桥梁应急保障存在问题。

针对深水大跨桥梁应急保障问题，可以长江铁路桥梁为研究对象，结合长江水文地质条件及通航要求，开展新型大跨铁路应急抢修钢梁、中等高度应急抢修桥墩及制式基础抢修器材研究，通过新型大跨抢修钢梁、中墩及制式基础配合使用，解决深水大跨桥梁应急抢修问题。

针对高山峡谷地带桥梁而言，桥高谷深是其共同特点，这一特点致使该地带桥梁损毁后原桥抢修、迂回倒运等保障手段无法实施，但可建立重型缆索应急输送系统。其可预先在重点保障桥梁台后山体预设锚碇设施，也可结合桥梁施工进行地锚埋设，应急使用时紧急架设缆索，分批连续输送铁路车辆和物资装备，达到应急保通目的。

3.2 优化应急抢修器材结构形式

竖向刚度和横向刚度低一直制约着既有铁路桥梁应急抢修器材的通车速度，究其原因是因为考虑紧急情况下人工拼组需要，抢修器材单个构件重量较轻，构件连接点多，且连接点位置存在栓(销)孔间隙。

鉴于当前起重设备的普及，应急抢修器材研制时可适当加大单个构件尺寸，尽量减少整体结构的连接数量，同时，连接位置采用充盈式销(栓)，以最大限度消除间隙产生的不利影响。此外，吸收借鉴永久性桥梁结构形式，探索将拱形结构、斜拉结构与传统桁架结构进行融合，研发组合结构的抢修梁部器材。如考虑平时储备需要，新型大跨抢修钢梁仍可采用传统桁结构进行设计，设计时在结构上弦预留组合式拱肋和吊杆安装位置，应急使用时本着“先通后善”的抢修原则，先进行钢梁拼组架设并限速通车，行车间隙逐步组装上部拱形结构，再逐步提高通车速度。

3.3 改进应急抢修器材拼架方法

拼架方法是否合理直接决定着应急抢修器材的保障时效。为提高拼架速度，可从两方面采用针对性措施：一是根据运输条件和器材储备实际情况，将部分应急抢修器材进行预拼，将杆件组拼成单元节段，减少现场拼组工作量。二是改进拼架方法，可将既有抢修器材分类开展架设方法研究，如对于中小跨度用的抢修钢梁，可研发通用架设技术及装备；对于大跨度抢修钢梁，针对性制定浮架法、拖拉法等架设方案，所用辅助设备宜与平时桥梁施工设备通用，以便于快速调集且减少储备工作量；对于中墩或高墩抢修器材，研制自动顶升拼组技术，减小高空作业风险，提高拼组作业效率。

3.4 强化既有器材扩大应用研究

受制于研制年代及当时技术水平限制，既有应急抢修器材技术性能无法满足当前铁路重载、高速的发展需求，但结合新材料、新技术开展器材加固相关技术研究可在一定程度上扩大其应用范围，在新型抢修器材研制储备前起到应急保障的作用。如针对六四梁竖向刚度不在的问题，可通过预应力加固的方式提高承载能力、减小其跨中挠度及梁端转角[5]；针对六四梁、八七梁横向刚度小的问题，可通过加强平纵联或横向连接的方式予以提高改善。

4 结束语

新时期铁路桥梁的快速发展为铁路应急保障带来了新的挑战，既有铁路应急抢修器材已不能完全满足当前铁路桥梁应急保障需求，主要体现在深水大跨桥梁和高山峡谷地带桥梁以及高速铁路、重载铁路桥梁损毁后的应急保通问题。其中，对于深水大跨桥梁和高山峡谷地带桥梁需要通过研发新型抢修器材及新的抢修技术予以保障；对于高速铁路桥梁抢修问题，可通过优化抢修器材结构形式和构件连接方式，提高其整体刚度和动力性能的方式来提高通车速度；对于铁路重载带来的应急抢修问题，可通过对既有铁路应急抢修器材开展性能提升研究在一定程度上予以解决。