鐵路超重貨物運輸的制約因素與相關建議

牛琳璇，許冰心，鞏 偉

（中鐵特貨大件運輸有限責任公司 市場技術部，北京 100070）

1 鐵路超重貨物的定義

所謂鐵路超重貨物，是指裝車后車輛總重活載效應超過橋涵設計標準活載 (中 - 活載) 的貨物[1]，即車輛及所裝貨物的總重 (包括裝載附件、加固設備) 對橋梁的作用超過按照鐵路橋梁設計活載標準——中華人民共和國鐵路標準活載設計的橋梁承載能力的貨物。

鐵路車輛和所裝貨物運行時對橋梁的作用，用活載系數 Q 劃分超重等級。活載系數 Q 表示運行活載 (列車或機車車輛) 對橋梁的作用，相當于“中 - 活載”對橋梁作用的倍數。當Q≤1時，表示運行活載對橋梁的作用小于等于“中 - 活載”對橋梁的作用，橋梁承載能力滿足要求，列車或機車車輛可以安全通過；當Q＞1時，表示運行活載對橋梁的作用超過“中 - 活載”對橋梁的作用，即為超重貨物運輸。根據活載系數 Q 的大小，將超重貨物分為 3個等級：1.00＜Q≤1.05（一級超重）、1.05＜Q≤1.09 (二級超重) 和Q＞1.09 (超級超重)。活載系數 Q 越大，超重等級越高，運行活載對橋梁的作用越大，造成的損害也越大。因此，在超重貨物通過橋梁時，需要進行過橋檢算，確定其過橋運行條件，以保證運輸安全。

2 超重貨物運輸的制約因素

2.1 既有橋梁設計標準偏低

為保證各種列車的運行安全，在一定的基準期內，鐵路橋梁應能承受各種列車的作用。從受力方面考慮，橋梁越結實安全性越大，但從經濟方面考慮，橋梁的造價越低越好[2]。因此，在綜合考慮上述兩方面的基礎上，鐵道部制定了中華人民共和國鐵路標準活載，是鐵路橋涵、線路上部建筑設計的一項主要依據。

《鐵路橋涵設計基本規范》(TB 10002.1 - 2005)規定，鐵路橋梁設計時列車豎向靜活載必須采用“中 - 活載”標準。該標準活載的計算圖式如圖1所示 (距離以 m 計算)[3]。

圖1 中普通活載的前部長度 37.5 m 代表兩臺蒸汽機車，后部代表車輛活載，采用普通貨車活載，未考慮特種車輛的作用。該規范條文說明第 4.3.1條第 8 款還規定：特種車輛運行甚少，如按正常活載處理將增加大量投資，故應根據具體情況，采取緩行、局部加固、改善平車結構等措施來解決[3]。因此，對于特種車輛而言，鐵路橋梁設計標準偏低，造成目前部分橋梁承載能力在設計時就不能滿足超重貨物運輸的需要。雖然相關部門在不斷研究新的橋梁設計活載標準，橋涵設計規范也正在修訂，但按照新規范設計建成鐵路橋涵需要一定的周期。因此，目前既有按照“中 - 活載”標準設計的橋梁，由于承載能力的不足在一定程度上制約了鐵路超重貨物運輸的發展。并且，由于部分橋梁使用時間較長，存在不同程度的病害，其實際承載能力已小于“中 - 活載”標準要求的設計承載能力，這進一步加劇了對超重車輛通過橋梁的限制。

2.2 早期特種車輛設計較少考慮過橋性能

隨著國家經濟建設的加快，現代化工業發展迅速，大型發電機組、變壓器、軋機牌坊等大型設備的生產和需求越來越多，這些大型設備的尺寸和重量也越來越大。為滿足大型設備鐵路運輸的需要，新研制的特種車輛的載重越來越大，結構也越來越復雜。但在早期的車輛設計、研制中，很少考慮特種車輛的過橋性能，如車輛自重較大、軸距布置不合理等，這在一定程度上限制了特種車輛的過橋性能。以 D2型凹底平車為例，該車原標記載重為210 t，在貨物裝載無偏心情況下達到車輛標記載重時，對橋梁的作用超過了“中 - 活載”標準為超級超重，在很大程度上限制了車輛的運用，1995年以前設計研制的特種車輛中表現尤為突出。在超重貨物運輸過程中，為降低超重車輛對橋梁的作用，有時會采取加掛隔離車 (空車)、緩行或局部加固橋梁等措施，但即便如此，有的車輛仍會超過橋梁的設計承載能力，甚至不能通過橋梁。

隨著我國大型設備鐵路運輸需求的增多，超重貨物列車開行數量不斷增加，關于超重貨物運輸的各項規范規章也不斷完善。2005年新實施的《鐵路橋梁檢定規范》，明確了長大貨物車過橋限速檢算的規定；《鐵路貨物運價規則》(鐵運[2005] 46號）中對超重貨物進行了超重等級劃分；《鐵路超限超重貨物運輸規則》(鐵運[2007] 62號）中明確定義了超重貨物，并對超重貨物運輸等相關內容進行了詳細規定。

3 超重貨物運輸的有關建議

隨著鐵路技術的發展，貨車裝備方面先后研制成功 D38、DQ35、DK36A、D45等大型車輛。這些車輛的設計與運用是在充分考慮既有橋梁的基礎上，優化車輛設計，改善其過橋性能的成功案例。對此，還應從以下方面綜合考慮改善超重貨物運輸條件。

3.1 提高橋梁承載能力

我國《鐵路橋涵設計規范》中列車豎向靜活載是1975年修訂的中華人民共和國鐵路標準活載，一直沿用至今，與歐洲、北美國家采用的鐵路標準活載相比，“中 - 活載”的儲備能力凸顯嚴重不足[4]。因此，修訂鐵路橋梁設計活載標準，提高橋梁的承載能力才能從根本上解決超重問題。中國鐵道科學研究院提出了新的鐵路橋梁設計活載圖示，該活載標準的制定充分考慮了特種車輛。按新活載圖示設計的橋梁將比“中 - 活載”設計的橋梁承載能力有較大幅度的提高。因此，該活載標準納入《鐵路橋涵設計規范》后，能夠在很大程度上提高新建橋梁的承載能力，為超重貨物運輸提供有利條件。

3.2 優化車輛設計，提高過橋性能

為滿足越來越重的大型設備運輸需要，鐵路特種車輛的載重也越來越大。目前，我國凹底平車載重從 60 t 到 320 t，已經系列化，可以運輸不同重量的貨物；新造并將投入使用的 370 t 凹底車代表了我國長大貨物車的研制水平；鉗夾車和落下孔車最大載重量已達 450 t。對于載重噸位如此大的特種車輛，其過橋性能是影響車輛運用的一個重要因素。

按照有關設計規范采取“緩行”、“局部加固”和“加掛隔離車”等措施，雖然超重列車有可能通過橋涵，但列車本身的超重特性沒有改變[2]，有時即使采取上述措施車輛也不能通過橋涵。因此，只有優化車輛結構，改善特種車輛的過橋性能，如采用現代設計方法，優化車輛結構強度和剛度，降低車輛自重。特種貨車的主要承載構件，如凹底架、側承梁、鉗形梁等，可采用計算機進行結構優化設計，通過分析和結構模擬試驗，改善其應力分布，優化結構剛度，提高穩定性，降低自重，改善車輛的過橋性能。以 D38型載重380 t 鉗夾車為例，該車自重 230 t、32軸，實際載重341 t 時，達到二級超重，運行十分困難。通過優化設計和采用新材料，新造載重 DQ35型鉗夾車自重僅為185 t、24 軸，滿載時一級超重，大大降低了車輛自重，提高了軸重及過橋性能。

3.3 鐵路特種車輛與大型設備相匹配

隨著國家電力建設的迅速發展，大型發電機組的核心設備如變壓器、發電機定子的容量越來越大，造價也越來越高，為確保高價值的大型設備能夠安全、順利地運抵施工現場，在產品設計過程中，需要大型設備生產單位與鐵路裝備制造單位、鐵路大件設備運輸企業和相關科研單位密切合作，結合我國既有鐵路的線、橋、隧狀況，研發設計出滿足各方需要的產品。大件設備設計制造單位通過優化產品設計，盡可能減小貨物尺寸和重量；大車裝備制造單位結合貨物特點優化車輛設計，提高重車過橋性能；大件設備運輸企業根據運輸經驗為大件設備設計和大車設計提供參考信息；相關科研單位通過科學試驗、安全監測等方式為大型設備安全運輸提供技術支持。通過多方聯合設計，從各方面技術攻關，形成“產、學、研”一體的合作模式，為超重貨物運輸創造有利條件。

3.4 加強橋梁日常安全管理

由于行車和自然環境的作用，鐵路橋梁會發生各種大大小小的病害，如橋面破損、梁板或拱體裂縫、鋼結構裂紋銹蝕、墩臺斷裂位移等，破壞橋梁的正常良好狀態。橋梁的不良狀態，除縮短橋梁的使用壽命外，有時甚至威脅車輛運行安全，尤其是超重貨車。因此，工務部門應加強鐵路橋涵的養護工作，對橋梁進行定期檢查，并根據需要進行必要的橋梁荷載試驗，通過檢定橋梁的承載能力確定其使用條件，并建立鐵路橋涵管理檔案，對有病害的橋涵進行定期檢查、整修、加固等。

[1]中華人民共和國鐵道部. 鐵路超限超重貨物運輸規則[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2]張進德，田葆栓，李代英，等. 中國鐵路長大貨物運輸[M]. 北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]中華人民共和國鐵道部. 鐵路橋涵設計基本規范[M]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]辛學忠，張玉玲. 鐵路橋梁設計活載標準修訂研究[J]. 鐵路設計標準，2006(4)：1-4.