桥梁结构运维应急管理体系的建立

桥梁是交通基础设施中的重要结构物，其运维安全关系着交通畅通甚至人民生命财产的安全。桥梁运维安全一直是桥梁从业者甚至是老百姓都关注的话题。近年来桥梁事故屡见不鲜，传播迅速，给社会和行业发展带来了影响。因此，对桥梁从业者而言，如何解决桥梁运维安全及其影响问题，杜绝桥梁事故的发生或最大程度地减少桥梁事故对交通的影响，始终是追求的目标。本文结合笔者亲身经历的大量案例和调研，提出在行业中建立桥梁结构运维应急管理体系，希望能给行业一点点启发。

历史是一面镜子。对照已发生的桥梁安全问题，可通过分析原因、总结经验，并应用于在役特定桥梁当前及未来的安全运维管理。本文以安全等级从高到低，按垮塌事故、安全事件、典型病害3个梯度回顾典型案例。

垮塌事故

所谓“垮塌事故”是指桥梁整体或局部垮塌，结构失去了作为交通载体的基本功能。据统计，1999年之前，全球记录有309起桥梁灾难事故（包括建设期），其中3起发生在新中国成立后的大陆地区。1831年4月12日，英国曼彻斯特布洛顿悬索桥因军队正步走倒塌，被称为现代“桥难”先河。对桥梁行业影响较大的事件则是1940年7月建成的美国塔科马海峡大桥，建成4个月即坍塌。1940年11月7日，该桥发生强烈的风致振动，经历了70分钟振幅不断增大的反对称扭转振动，最终导致桥面折断坠落到峡谷中。

分析近些年公开报道的、发生在运营期的桥梁垮塌事故，其主要原因或者说诱因有4种：水毁、船撞、重载、养护。通常，桥梁垮塌的原因分析起来会是多种因素的组合,但无论哪种是主要原因，或多或少与管理养护也有关联。

1.水毁。2002年6月9日，西安市灞河发生洪水，陇海铁路灞河大桥5个桥墩相继倒塌，6孔梁坠入河中，致使交通大动脉陇海铁路中断。2010年8月19日，四川崇州市怀远镇老定江桥因山洪冲刷发生局部垮塌，桥面坍塌三孔，60余米桥身陷入河中。2019年6月14日凌晨2时12分，广东河源东江大桥发生垮塌，当时河源市发生持续性强降水，上游水库在事故发生前进行多日连续泄洪。

图1 典型桥梁水毁事故

2.船撞。2002年5月26日，在美国俄克拉荷马州阿肯色河I-40桥，驳船与桥墩相撞，长达180米的部分桥体塌落。2004年9月1日，京杭大运河苏州段横塘亭子桥被货船撞塌。2012年1月27日，美国肯塔基州一座跨越肯塔基湖水库的钢桥，被一艘庞大货轮撞塌。2019年4月6日，巴西北部帕拉州，渡船与一座桥相撞，致使200米长的桥面掉入莫茹河。

图2 典型船撞事故

3.重载。2004年6月10日，辽宁省盘锦市境内田庄台大桥第9孔中间挂梁断裂，致使桥面坍塌。事故发生前，一辆自重30吨的大货挂车载着80吨的水泥，在严重超载情况下通过该桥。2009年6月29日，黑龙江省伊春市铁力市西大桥发生桥体垮塌事故，共有8辆车落水。2011年7月15日，杭州钱江三桥辅桥主桥面右侧车道部分桥面突然塌落，一辆重型半挂车从桥面坠落。2019年10月13日，山东滨州长江五路以南的李茂村新立河桥被一辆载重卡车压断。

4.养护。1967年12月15日，美国俄亥俄河Silver桥倒塌。1994年10月21日，韩国首尔汉江圣水大桥的48米长混凝土桥板整体塌落入水。2007年8月1日，美国密西西比河I-35W桥突然坍塌，早前的报告指出，该桥梁养护不足的问题并未被政府所重视。2011年9月26日，印尼卡坦尼加拉悬索桥一根吊索断裂，导致结构陷入灾难性毁灭。2018年4月1日，缅甸仰光Myaungnya大桥坍塌。2018年8月14日，意大利莫兰蒂大桥垮塌，调查报告指出该桥钢筋腐蚀度极为严重。

从桥梁结构类型看，发生垮塌事故比较多的有两种。一是缆索承重体系中的系杆拱桥，由于吊杆断裂发生整体或局部垮塌，主要有重庆綦江彩虹桥（1996-1999）、四川宜宾小南门大桥（1990-2001）、江苏常州运村公路大桥（1997-2007）、新疆库尔勒孔雀河大桥（1998-2011）、328省道跨通榆河大桥（1997-2011）、福建武夷山公馆大桥（1999-2011）、中国台湾宜兰南方澳跨港大桥（1998-2019）。二是上部结构整体倾覆事故，主要是独柱墩单支座支撑或横向支座间距较小的桥梁，主要有内蒙古包头民族东路高架桥（2005-2007）、浙江上虞春晖立交桥引桥（2006-2011）、黑龙江哈尔滨阳明滩大桥引桥（2011-2012）、广东粤赣高速河源城南出口匝道桥（2005-2017）、无锡312国道锡港路上跨桥（2005-2019）。

图3 典型缆索承重体系断裂及结构倾覆事故

安全事件

所谓“安全事件”，是指桥梁结构没有发生整体或局部垮塌但有严重安全隐患的事件，就其结果看有两种情形：一是会影响桥梁结构自身安全；二是会影响桥梁作为交通载体的基本功能，造成短暂交通封闭或交通管制，须进行应急处置或抢险抢修。关于安全事件的分析，不以具体的桥梁，主要针对出现安全事件的类别阐述，其范围限定为桥梁建成的运营阶段。

1.基础。

①不平衡土体致基础及墩柱偏位或受损。

②基础冲刷致墩倾斜或截面削弱，一种情况是桩基础自身截面削弱严重、混凝土保护层剥落，严重的会导致桩基础与承台的连接受损,以至于影响整个上部结构；另一种情况是沉井基础底面因冲刷至基底掏空,导致沉井倾斜及上部结构横向变位。

图4 不平衡土体致基础及墩柱偏位或受损

2.火损。据不完全统计，2001至2014年间全国发生桥梁火灾事件有50余起。

①桥下火灾致墩或梁体受损。

②桥面火灾致桥面及拉索受损，若是发生在混凝土桥的桥面，一般仅会对路面沥青有损害；若是钢结构桥面，沥青高温熔化则会对钢结构产生损害。然而，很多的案例却发生在缆索承重体系的桥梁中，导致斜拉索或吊杆过火，缆索的火损相比于混凝土而言是极其危险的。

3.撞击。

①桥下船撞致墩或梁体受损。

②桥下车撞致墩或梁体受损。

③车撞桥梁护栏致安全防护丧失,最典型的案例莫过于重庆万州长江二桥的公交车坠江事故。

④重物坠落桥面致梁体受损,包括车辆装载的钢锭或大石块因安置不牢固而坠落桥面致使结构受损,这种案例通常在桥面看不出结构损伤,但桥面板下方则常出现混凝土大块劈裂剥落。

图5 桥梁撞击事件

4.天气。

①冰溜坠落致行车安全隐患。该情况与局部气候有关，常出现在安徽、江西、湖北等地的斜拉桥上。

②缆索风致振动。斜拉桥斜拉索和悬索桥长吊杆经常会有风致振动问题，通常不会带来结构安全问题，但会影响索体自身两端的疲劳性能，给配套设施如将军帽、减震设施、护套和防水性能带来不利影响。

③雷击致斜拉索断裂。2005年1月27日，横跨帕特雷海湾、连接希腊大陆和伯罗雷奔尼撒半岛的里翁——安提里翁大桥， 1根斜拉索在9级狂风和雷雨中遭受雷击断裂。

5.构件。

①缆索锈蚀致结构安全隐患。

②伸缩装置损坏致行车安全风险。

③高强螺栓断裂致行车安全风险或连接安全度降低。

④竖向预应力锚固失效致刺穿桥面。该情况通常是预应力混凝土箱梁配置了竖向预应力筋，因锚固或管道灌浆质量问题，桥梁运营过程中竖向预应力筋戳出桥面带来行车安全隐患。

图6 重要及易损构件

典型病害

所谓“典型病害”，是指暂不影响结构安全，但需处理的安全隐患，任其发展会演变成安全事件甚至垮塌事故。桥梁结构类型有很多种，不同材料、不同结构类型的桥梁都会有各自的多种病害，本文结合桥梁构件和结构类型重点分析较为典型的病害。

1.桩基础。因冲刷导致桩基础混凝土保护层剥落、钢筋外露,严重的甚至出现桩顶与承台脱空,任其发展会带来巨大安全隐患,宜在运营过程中定期开展水下基础的探摸检查。

2.桥墩。墩顶两侧设置支座的Y形墩甚至矩形墩，常见有自墩顶向下发展的竖向裂缝。主要原因是墩顶因支反力劈裂，需重点关注其开裂的竖向延伸长度。曲线桥的上部结构主梁在温度等作用下会产生平面变形，若其墩柱与主梁固结或设固定支座，墩柱会因强度不足或刚度不匹配而出现环向裂缝。

图7 桥墩典型病害

3.支座。板式橡胶支座的老化开裂比较常见。盆式橡胶支座，一方面是四氟乙烯板因使用寿命而失效；另一方面钢盆内的橡胶会因长期大角度转动及密封圈构造问题而不断剪切溢出。铁路上早期常用的铸钢辊轴支座，若平行的多个辊轴滚动变位不同步，会导致连接螺杆剪断，另外也会有辊轴的位移量不足的风险。

4.空心板梁。铰缝失效时，在车辆作用下，板与板间会有相对错位变形，这是单板受力问题，会严重降低空心板梁的承载能力。空心板下表面的纵桥向裂缝比较常见，严重的不是裂缝而是缝隙，大多跟施工的内模及混凝土浇筑有关。

5.混凝土箱梁。最常见的受力裂缝类型有底板横向裂缝、腹板斜裂缝、底板下缘纵向裂缝、顶板下缘纵向裂缝。其中，底板横向裂缝最值得关注，特别是关注在底板高度方向是否贯穿，是否沿腹板向上发展，这种裂缝常常会伴随着主梁下挠出现。

图8 混凝土箱梁典型病害

6.钢箱梁。U肋与顶板焊缝处易出现纵向裂纹，严重时会在顶板贯穿并反射到钢桥板铺装上；横隔板在U肋的焊接位置及其附近也容易出现裂纹。

图9 钢箱箱梁典型病害

7.缆索。系杆拱桥吊杆、斜拉桥斜拉索、悬索桥吊杆和主缆，通过开窗检查经常会发现钢丝锈蚀，严重时内部甚至有大量积水；锈蚀严重或承载力降低严重的区段大多位于锚头连接处。悬索桥主缆的索夹滑移现象也时有发生。

国家、行业及地方发布有一些关于桥梁运维管理及技术工作要求的法规和规范，一方面为桥梁管理单位提供了履行桥梁管养工作的依据，另一方面也是要求桥梁管理单位履行相关职责。交通行业的桥梁从管理角度看可分为4个行业，即公路、市政、铁路、轨道，这四个行业各自有相关的规范及法规。

公路行业涉及桥梁运维管理的主要有《公路法》《公路管理条例》《公路安全保护条例》《公路桥梁养护管理工作制度》等法律、法规、规章。技术性规范有《公路养护技术规范》《公路桥涵养护规范》《公路技术状况评定标准》《公路桥梁技术状况评定标准》《公路桥梁承载能力检测评定规程》《公路桥梁荷载试验规程》等。

市政行业涉及桥梁运维管理的主要有《安全生产法》《城市道路管理条例》《城市桥梁检测和养护维修管理办法》等法律、法规、规章。技术性规范有《城市桥梁养护技术标准》《城市桥梁检测与评定技术规范》。另外，很多城市专门针对桥梁运维工作发布了地方性的管理办法、条例、规定、规程等。

铁路行业有《铁路法》《铁路安全管理条例 》《高速铁路安全防护管理办法》等法律、规章。国铁集团(原中国铁路总公司)分别针对高速铁路、普速铁路发布有《铁路技术管理规程》，技术性规范先后有《铁路桥梁检定规范》《铁路桥隧建筑物修理规则》《高速铁路桥隧建筑物修理规则(试行)》《铁路桥梁检定评估管理办法》。此外，各铁路局针对桥梁安全亦拟定了相关管理办法。

轨道桥梁运维管理有关的有《城市轨道交通运营安全风险分级管控和隐患排查治理管理办法》，相比于其他行业而言有所欠缺，但北京市、吉林省、江苏省等地发布有地方性的养护技术规程。

保障桥梁结构安全是管理单位最为关切的，在技术管理层面需做好三个方面的事情，即检查检测、结构监测、专项工作。

检查检测

检查检测是桥梁运维管理的基础性技术工作，不同领域的桥梁有不同的要求。就必要性看，通常包括经常检查、定期检测和特殊检测。具体的维修、加固、改造工作，建立在这些检测评估的基础之上。

结构监测

桥梁结构健康监测系统或运营监测系统在我国已有20年的应用，桥梁结构健康监测系统技术已经较为完善，也有了相关的技术规范，一些桥梁也通过监测系统提升了养护水平与技术。应该说，将来会呈现出技术成熟、成果应用、提升管养的局面。

桥梁结构健康监测系统总的来讲有四个方面的作用，即提升桥梁设计技术、 判定重大事件状态、助力运维养护工作、推动科学研究进步。对具体的桥梁运维管理而言，主要还是提供了一种实时了解桥梁结构技术状况的手段，为桥梁运维养护提供技术性支撑。

专项工作

包括专项评估和专项措施，因桥而异。根据专项评估结果进行处置的情况包括独柱墩或支撑间距较小的整体式箱梁的抗倾覆评估，针对桥区周边挖坑、堆载、新建建筑物、穿隧道、建管廊等情况的评估，基础冲刷及水下地形变化的影响评估，桥面护栏安全防护评估，特殊重型车辆过桥评估等。保障桥梁安全方面，对于水流速度较大的桥梁宜进行基础刷防护，通航航道上的桥梁需对桥墩设置防撞防护设施，早期建设的悬索桥需安装除湿干燥系统以免主缆锈蚀。

桥梁类型众多，由各种结构及构件组成，并处于某个特定的环境中，所处的环境有着各种风险源，当各风险源与各结构或构件相结合，可能会产生级别不等的安全问题。以桥梁火灾为例，火灾发生在桥面还是桥下、发生在混凝土桥还是钢桥、发生在缆索区域还是非缆索区域，对应的结果是完全不同的。为妥善处理这些安全问题，保障桥梁结构运维安全，减少不利影响，桥梁运维管理责任单位宜建立“桥梁结构运维应急管理体系”。

桥梁结构运维应急管理体系是针对外部风险源导致桥梁结构及构件不同级别的安全问题，将技术与管理有机统一，实现技术准确诊断，管理及时高效，保障结构安全、降低不利影响的有效应急管理体系。

图10 桥梁运维应急管理体系

桥梁结构运维应急管理体系在技术层面有两个作用：一是提前预知安全事件出现的可能性和造成的危害程度，提前采取相应的预防措施予以避免；二是对不可避免的安全事件，提前做好预案，在安全事件突然发生时，可以在最快的时间内消除影响、恢复桥梁的基本功能。以车撞桥梁护栏为例，事先可以评估桥梁护栏抵抗车辆撞击的能力，可以事先避免护栏防撞等级不够而致使车辆撞击后冲出桥面的情况出现，这是前一个作用；对于后一个作用的体现，预先备好桥梁护栏的相关构件，一旦发生护栏撞毁，可以在最快的时间内将备好的护栏构件安装上，而不用在事件发生后临时找厂家去加工制造带来的时间消耗。

桥梁结构运维应急管理体系在管理层面的作用也有两个方面,一方面是建立行业管理和上级行政单位信息库及联动机制,在发生不可避免的安全问题时,保障桥梁运维管理责任单位与行业管理及上级行政单位的沟通及时高效,符合相关法律法规及流程,最大程度上获得相关单位及人员的支持；另一方面是建立桥梁应急处置管理信息库，涵盖“检测+设计+实施”等技术支撑单位,保障桥梁应急处置委托的时效性和针对性，建立技术支撑单位快速响应的机制，确保应急处置及时高效,将不利影响降到最低。

凡事预则立、不预则废。桥梁运维管理，充分运用相关法规、规范的要求，基于检查检测、结构监测及专项工作的基础上，建立桥梁结构运维应急管理体系，做好预防和处置各类应急情况的技术准备及管理准备，可降低桥梁运维成本，尽量避免或减少桥梁事故及其影响，保障桥梁结构运维安全。