張矚熹

(中國人民解放軍32751部隊，北京 100039)

近期出臺的《新時代交通強(qiáng)國鐵路先行規(guī)劃綱要》，明確提出建設(shè)交通強(qiáng)國以構(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)時攻擊和人為破壞的特點[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[2,3]，當(dāng)橋梁發(fā)生輕度損傷或中度損傷時，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)通車的關(guān)鍵，搶修器材架設(shè)技術(shù)則是能否實現(xiàn)快速通車的重要手段，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)合國內(nèi)梁部器材生產(chǎn)儲備情況可知，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)簡支梁的應(yīng)急保通。②既有梁部器材設(shè)計荷載以搶修荷載為主，可用于緊急情況下的應(yīng)急通車，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時，需要結(jié)合工程實際進(jìn)行針對性分析。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)計通車速度最高，最高通車速度可達(dá)80 km/h，但僅限用于16 m跨橋梁搶修，說明既有梁部器材的通車速度距離當(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)用既有梁部搶險器材的情況下，既有墩部器材可滿足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跨以內(nèi)橋梁應(yīng)急搶修，當(dāng)應(yīng)用于更大跨度橋梁搶修時需另行分析。③由于六五墩已不再組織生產(chǎn)儲備，目前所儲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)險最大的一個關(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)場實際條件，利用部分專用機(jī)具、設(shè)備、器材現(xiàn)場組裝，且起重能力較小，對于32 m及以下跨度鐵路簡支梁橋的搶修尚需分片多次架設(shè)才能完成，說明既有應(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)狀及未來發(fā)展趨勢，可知既有鐵路橋梁搶修器材應(yīng)急保障能力已不能滿足新時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)鐵路橋梁所處地勢環(huán)境，可將國內(nèi)鐵路橋梁分為三類：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)跨簡支梁，而以長江大橋為代表的深水大跨橋梁和以川藏鐵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，既有鐵路應(yīng)急搶修梁部器材的跨越能力不能滿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，也無法通過在損毀橋梁跨中搭設(shè)臨時橋墩的方式解決其搶修問題。

2.2 通行能力

隨著我國鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，現(xiàn)行列車荷載，如ZK荷載、ZC荷載、ZKH荷載及ZH荷載，其在軸重、軸距或加載長度等方面均與應(yīng)急搶修器材的設(shè)計荷載有很大區(qū)別。列車荷載的改變除影響橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，對橋梁結(jié)構(gòu)剛度、動力性能都會產(chǎn)生直接或間接影響。列車通行速度則是基于控制搶修器材剛度、動力特性等指標(biāo)予以保證的，因此，對于重載鐵路橋梁應(yīng)急搶修，現(xiàn)有器材存在承載能力不足的問題；對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、動力特性方面不能滿足通行要求。

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)快速性和行車速度快速性兩方面[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較多，連接工作量大；六四梁構(gòu)件種類少，連接簡單，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)進(jìn)行連接，為便于拼組作業(yè)，螺栓(鋼銷)與栓(銷)孔間預(yù)留一定間隙，栓(銷)孔間隙的存在，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向和橫向剛度較低，動力性能較差，導(dǎo)致既有搶修器材無法滿足通車快速性的要求。

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

鑒于既有應(yīng)急搶險器材保障能力與應(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)急保障存在問題。

針對深水大跨橋梁應(yīng)急保障問題，可以長江鐵路橋梁為研究對象，結(jié)合長江水文地質(zhì)條件及通航要求，開展新型大跨鐵路應(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)急搶修問題。

針對高山峽谷地帶橋梁而言，橋高谷深是其共同特點，這一特點致使該地帶橋梁損毀后原橋搶修、迂回倒運(yùn)等保障手段無法實施，但可建立重型纜索應(yīng)急輸送系統(tǒng)。其可預(yù)先在重點保障橋梁臺后山體預(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)急使用時緊急架設(shè)纜索，分批連續(xù)輸送鐵路車輛和物資裝備，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)急搶修器材的通車速度，究其原因是因為考慮緊急情況下人工拼組需要，搶修器材單個構(gòu)件重量較輕，構(gòu)件連接點多，且連接點位置存在栓(銷)孔間隙。

鑒于當(dāng)前起重設(shè)備的普及，應(yīng)急搶修器材研制時可適當(dāng)加大單個構(gòu)件尺寸，盡量減少整體結(jié)構(gòu)的連接數(shù)量，同時，連接位置采用充盈式銷(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。如考慮平時儲備需要，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，設(shè)計時在結(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，行車間隙逐步組裝上部拱形結(jié)構(gòu)，再逐步提高通車速度。

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效。為提高拼架速度，可從兩方面采用針對性措施：一是根據(jù)運(yùn)輸條件和器材儲備實際情況，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)場拼組工作量。二是改進(jìn)拼架方法，可將既有搶修器材分類開展架設(shè)方法研究，如對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；對于大跨度搶修鋼梁，針對性制定浮架法、拖拉法等架設(shè)方案，所用輔助設(shè)備宜與平時橋梁施工設(shè)備通用，以便于快速調(diào)集且減少儲備工作量；對于中墩或高墩搶修器材，研制自動頂升拼組技術(shù)，減小高空作業(yè)風(fēng)險，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)時技術(shù)水平限制，既有應(yīng)急搶修器材技術(shù)性能無法滿足當(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備前起到應(yīng)急保障的作用。如針對六四梁豎向剛度不在的問題，可通過預(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]；針對六四梁、八七梁橫向剛度小的問題，可通過加強(qiáng)平縱聯(lián)或橫向連接的方式予以提高改善。

4 結(jié)束語

新時期鐵路橋梁的快速發(fā)展為鐵路應(yīng)急保障帶來了新的挑戰(zhàn)，既有鐵路應(yīng)急搶修器材已不能完全滿足當(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)急保通問題。其中，對于深水大跨橋梁和高山峽谷地帶橋梁需要通過研發(fā)新型搶修器材及新的搶修技術(shù)予以保障；對于高速鐵路橋梁搶修問題，可通過優(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力性能的方式來提高通車速度；對于鐵路重載帶來的應(yīng)急搶修問題，可通過對既有鐵路應(yīng)急搶修器材開展性能提升研究在一定程度上予以解決。