制式應(yīng)急橋梁在搶險(xiǎn)救援中的應(yīng)用研究

制式應(yīng)急橋梁在搶險(xiǎn)救援中的應(yīng)用研究

張金美 張宏建 曾智剛

我國自然災(zāi)害和事故災(zāi)難等突發(fā)事件頻發(fā)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)過程中，快速搶通災(zāi)區(qū)道路，及時(shí)輸送救援物資是救援行動(dòng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。橋梁是道路交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，受損橋梁的搶通效率將直接影響救援工作的展開。本文結(jié)合武警交通部隊(duì)搶險(xiǎn)救援行動(dòng)中對應(yīng)急橋梁的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)研究。

應(yīng)急救援 橋梁架設(shè)

橋梁是道路交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，地震、泥石流、洪水、戰(zhàn)爭等突發(fā)事件對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，將直接影響應(yīng)急救援、災(zāi)后重建和戰(zhàn)爭勝負(fù)。國內(nèi)外應(yīng)急橋梁正在向輕量化、大跨度、模塊化與智能化等方向發(fā)展，本文結(jié)合交通部隊(duì)近年來參加的搶險(xiǎn)救援行動(dòng)，對制式應(yīng)急橋梁在搶險(xiǎn)救援實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究。

1 國內(nèi)應(yīng)急橋梁現(xiàn)狀

應(yīng)急橋梁可分為裝配式公路鋼橋和機(jī)械化橋兩類。裝配式公路鋼橋?yàn)榘胗谰眯詷蛄?，該橋型盡管存在結(jié)構(gòu)自重大和復(fù)雜環(huán)境架設(shè)難度大等顯著缺點(diǎn)，但也具有器材儲(chǔ)備量大、適合人工拼裝架設(shè)、技術(shù)成熟度高、結(jié)構(gòu)形式多樣、適應(yīng)跨度多樣、便于通用車輛運(yùn)輸、可長期通行等優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)急救援和災(zāi)后重建中應(yīng)用廣泛。機(jī)械化橋?yàn)榕R時(shí)性橋梁，具有架設(shè)、撤收速度快的優(yōu)點(diǎn)，一般2小時(shí)即可完成橋梁的架設(shè)或撤收作業(yè)。但也存在造價(jià)高、儲(chǔ)備量少、難滿足長期通行要求等缺點(diǎn)，主要在救援黃金72小時(shí)內(nèi)使用。

1.1 裝配式公路鋼橋

1.1.1 “321”裝配式公路鋼橋

該橋?yàn)榘氪┫鲁惺矫鬃中舞旒軜颍麒煊擅抗?jié)3m長、1.5m高的桁架用銷子連接而成，可組合成單排單層、雙排單層、三排單層、雙排雙層、三排雙層等多種形式，其中三排雙層最大跨度61m。

1.1.2 ZB200型裝配式公路鋼橋

ZB200型裝配式公路鋼橋是在“321”裝配式公路鋼橋基礎(chǔ)上通過增加桁架片高度、減少拼裝構(gòu)件數(shù)量改進(jìn)而成的。該鋼橋可組合成單排單層、雙排單層、三排單層、四排單層等多種形式，其中四排單層最大跨度61m。

裝配式公路鋼橋既可人工架設(shè)，也可由吊車、挖掘機(jī)等配合架設(shè)。

1.2 機(jī)械化橋

1.2.1 51m大跨度機(jī)械化橋

21m重型伴隨橋

51m大跨度機(jī)械化橋在全國公路交通警地聯(lián)合應(yīng)急演練中

輕型桁架橋

該橋是由汽車運(yùn)輸并由架橋車完成架設(shè)和撤收作業(yè)的大跨度臨時(shí)橋梁裝備；單跨架設(shè)最大長度為51m，是目前世界上單跨最大的應(yīng)急機(jī)動(dòng)保障橋。

1.2.2 21m重型伴隨橋

該橋用于快速架設(shè)臨時(shí)橋梁通道，克服19m以內(nèi)的小河、溝谷等障礙。橋梁架設(shè)長度21m，該橋在多次搶險(xiǎn)救災(zāi)中得到應(yīng)用。

1.2.3 15m重型機(jī)械化橋

該橋是一種在中小河川、干溝和沼澤等障礙處，迅速架設(shè)橋梁通道，保障各種車輛和人員迅速通過的裝備器材。器材主要由橋跨、橋腳、橋車和附屬設(shè)備等組成。單跨架設(shè)長度15m，5跨為一組，全套器材架設(shè)長度75m ，克服障礙最大深度3.5m，適應(yīng)最大流速2m/s。

2 裝配式公路鋼橋的架設(shè)方法

橋梁在突發(fā)狀態(tài)下既可能出現(xiàn)梁體開裂與空洞、殘余部分承載能力的輕中度損毀形式，又可能出現(xiàn)梁體整體斷裂甚至塌落、無任何承載能力的重度損毀形式。在第一種情況下，通過應(yīng)急檢測與評估，可以采用原位架設(shè)法進(jìn)行裝配式公路鋼橋的架設(shè)，即直接利用原橋橋面作為裝配式公路鋼橋的架設(shè)場地甚至新橋的彈性支撐點(diǎn)，這樣不僅可以降低架設(shè)對橋頭直線段長度的需求，而且可以降低裝配式公路鋼橋單跨長度，減少器材使用量。對于第二種情況，則需要采用橋頭拼裝、懸臂推送的平推法進(jìn)行裝配式公路鋼橋的架設(shè)。

2.1 原位架設(shè)法

橋梁破壞后橋梁上部尚剩余部分承載力，但剩余的承載力無法滿足救援車輛通行時(shí)可采用原位架設(shè)法進(jìn)行加固，架設(shè)順序按照桁架→橫梁→橋面板→橋頭搭板的順序進(jìn)行。例如2015年中尼公路搶險(xiǎn)行動(dòng)中吉隆口岸熱索橋即采用以上順序進(jìn)行橋梁上部加固。

為減少鋼橋自重對橋梁上部結(jié)構(gòu)的影響，桁架全部拼裝完成，主桁架支撐在橋墩支撐線上時(shí)再進(jìn)行橫梁、橋面板等下步拼裝，在拼裝時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注意以下問題：

（1）橋梁支座應(yīng)盡量設(shè)置在橋墩蓋梁中心線上，避免橋墩承受過大的偏心力。

2016湖北麻城市鼓樓區(qū)沈家莊大橋

2016湖北張榜鎮(zhèn)胡埦村通往大竹村橋梁架設(shè)完成

（2）由于桁架存在一定的變形，在安裝橫梁時(shí)可能存在桁架與橫梁卡接不上的情況，可以通過吊鏈（手動(dòng)葫蘆）和千斤頂調(diào)整兩側(cè)桁架的水平位置使桁架和橫梁有效連接。

（3）鋼橋允許擾度（豎直方向）一般控制在跨度的1/120（m）以內(nèi)，受橋頭引道的影響，支座高度過高則導(dǎo)致橋面上橋頭引道過長，增加橋梁恒載，過低則影響鋼橋作用發(fā)揮，建議支座高度控制在橋梁跨度的1/120（m）左右，如30m鋼橋支座高度為30m/120=0.25m。

2.2 平推架設(shè)法

所謂的平推架設(shè)法是指在架橋點(diǎn)一岸較長的直線段上先設(shè)置平滾、搖滾等便于推送的器具，而后在這些器具上拼接輕量化的鼻架與裝配式公路鋼橋桁架主梁與橫梁等，最后利用人力或機(jī)械逐步將結(jié)構(gòu)以懸臂狀態(tài)推送到對岸的架設(shè)方式。

利用該方法進(jìn)行裝配式公路鋼橋的架設(shè)應(yīng)該注意以下兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

（1）鼻架需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，在鼻架端部設(shè)置適當(dāng)?shù)奶Ц咧?。正常鼻架用單排單層桁架拼成，鼻架的格?shù)通常為正橋格數(shù)的一半再加1，例如雙排單層24m跨橋梁的鼻架為8/2+1=5格，對于奇格橋梁，其格數(shù)除2后取整數(shù)再加1，鼻架一段不設(shè)加強(qiáng)弦桿，在奇數(shù)格的橫梁上裝斜撐，在偶數(shù)格內(nèi)裝抗風(fēng)拉桿，跨徑在30m以上時(shí)，每格鼻梁都要裝斜撐和抗風(fēng)拉桿，多排桁架鼻架還要裝支撐架與連桿板。

（2）需要推送安全性驗(yàn)算，必要時(shí)適當(dāng)設(shè)置壓重。裝配式在推送過程中是一個(gè)典型的懸臂梁，橋梁結(jié)構(gòu)形式與裝配式公路鋼橋成橋狀態(tài)下為簡支梁是不一樣的，因此需要進(jìn)行下懸桿抗壓穩(wěn)定性以及懸臂狀態(tài)向峽谷傾覆的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算等。而且在某些情況下必須在架設(shè)端設(shè)置合適的壓重，確保抗傾覆安全系數(shù)大于等于1.3。

3 實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用

2016年武警交通部隊(duì)分別在福建泰寧、安徽太湖、湖北蘄春、紅安等多地成功運(yùn)用平推法架設(shè)了多座裝配式公路鋼橋，下面以“八一長勝橋”為例說明。2016年7月1日，位于湖北紅安七里坪倒水河上的114m張家灣大橋被洪水完全沖毀，造成當(dāng)?shù)財(cái)?shù)萬名群眾出行不便，國內(nèi)目前裝配式公路鋼橋最大跨徑為61m，無法一跨通過，需架設(shè)兩座61m鋼橋，并在河中修建永久性橋墩，為有效縮短橋梁架設(shè)時(shí)間，經(jīng)武警交通指揮部應(yīng)急救援工程技術(shù)研究所專家會(huì)診，提出了“上下同步、臨時(shí)替代、輔助加強(qiáng)、整體推送”的戰(zhàn)法：

（1）上下同步，在橋墩施工的同時(shí)根據(jù)架設(shè)場地實(shí)際情況，開展上部拼裝的準(zhǔn)備，如上下加強(qiáng)弦桿拼接，桁架預(yù)拼，整節(jié)吊裝等，大大減少了上部拼裝時(shí)間。

（2）臨時(shí)替代，在橋墩一側(cè)設(shè)置臨時(shí)支撐，橋墩混凝土澆筑完成后利用臨時(shí)支撐完成橋梁推送，在混凝土齡期內(nèi)，利用臨時(shí)支撐保障車輛通行，齡期達(dá)到后橋梁整體落座，拆除臨時(shí)支撐。

2015年西藏吉隆口岸熱索橋架通后

2016年太湖城江橋架設(shè)現(xiàn)場鳥瞰圖

（3）輔助加強(qiáng)，為解決大跨度裝配式公路鋼橋在長期荷載作用下擾度過大的問題，設(shè)置了兩個(gè)輔助墩限制橋梁擾度變形。

（4）整體推送，裝配式公路鋼橋從一端整體推送，考慮122m鋼橋自重達(dá)240噸以上，為減少推送難度，在接收端設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引，即推拉結(jié)合，有效降低了推送難度。

通過以上有效措施，大大縮短了橋梁架設(shè)時(shí)間20天以上，橋梁架通后，當(dāng)?shù)卣腿罕妼⒃摌蚋拿麨椤鞍艘婚L勝橋”。

4 制式應(yīng)急橋梁存在的問題

八一長勝橋

我國在應(yīng)急橋梁方面雖然處于國際先進(jìn)水平，但與復(fù)雜災(zāi)害背景下的橋梁應(yīng)急搶通需求相比，還存在很大差距。究其原因是由于鋼結(jié)構(gòu)自重大，導(dǎo)致現(xiàn)有應(yīng)急橋梁在跨越能力、機(jī)動(dòng)性和易操作性等方面發(fā)展受限，如為了便于人工搬運(yùn)與拼裝，裝配式公路鋼橋不得不將結(jié)構(gòu)細(xì)化成大量小型構(gòu)件進(jìn)行拼裝，如“321”裝配式公路鋼橋61m橋梁構(gòu)件種類數(shù)量27種，橋梁構(gòu)件數(shù)量4400余件；ZB200型裝配式公路鋼橋61m橋梁構(gòu)件種類數(shù)量29種，構(gòu)件數(shù)量5670余件。這樣不僅構(gòu)件數(shù)量大，而且連接件也繁多，如銷子、夾具、螺栓數(shù)量占到構(gòu)件總數(shù)的60%以上，導(dǎo)致拼裝時(shí)耗費(fèi)大量的人力與時(shí)間。盡管對于主桁搬運(yùn)與橋面板安裝等可以采用一些機(jī)械輔助吊裝的方式，但是由于拼裝環(huán)節(jié)沒有減少、各種連接件還需要人工安裝，總體上效率提高有限。

5 制式應(yīng)急橋梁發(fā)展展望

從國內(nèi)外應(yīng)急橋梁的發(fā)展現(xiàn)狀來看，利用輕質(zhì)高強(qiáng)材料開發(fā)輕量化應(yīng)急橋是解決以上問題的根本出路，國內(nèi)外目前還沒有成熟的定型產(chǎn)品。武警交通指揮部應(yīng)急救援工程技術(shù)研究所于2014年開始聯(lián)合中國人民解放軍理工大學(xué)、武漢華舟應(yīng)急裝備研究設(shè)計(jì)研究院有限公司等單位著手研制適合山地橋梁快速搶修的輕量化應(yīng)急橋，并于2015年10月成功研制出了承載30噸、跨度30m的輕量化復(fù)合材料組合桁架橋，30m橋跨自重只有6噸，僅為同等跨度、同等承載力裝配式公路鋼橋重量的20%。由于該橋大幅降低結(jié)構(gòu)自重，因此將橋面板與桁架進(jìn)行了高度集成，6m長橋節(jié)就是一個(gè)整體拼裝模塊僅需在單個(gè)斷面上完成6個(gè)銷子的插接，較原來裝配式公路鋼橋主桁、橫梁、連接系與橋面板的4個(gè)步驟、40個(gè)環(huán)節(jié)的拼裝大為簡化，24m長橋的拼裝時(shí)間由裝配式公路鋼橋的10小時(shí)左右降低為半小時(shí)左右，大幅提高了拼裝效率。而且由于該橋自重輕，可以在峽谷上部簡單錨固先導(dǎo)索、而后在先導(dǎo)索上進(jìn)行橋梁拼裝與推送就可完成橋梁架設(shè)，也可以直接采用50噸吊車或我軍現(xiàn)役直升機(jī)將橋梁整體吊裝到峽谷上，大幅度降低了對橋頭需要有較長直線段的要求，架設(shè)速度顯著提高。

通過新材料在應(yīng)急橋梁中的應(yīng)用，將顯著提升我國橋梁應(yīng)急搶通能力，實(shí)現(xiàn)各類突發(fā)事件安全、高效處置，最大限度減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

作者單位：武警交通應(yīng)急救援工程技術(shù)研究所