舟山連島工程西堠門大橋活動(dòng)風(fēng)障設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂康凱

【摘 要】闡述了西堠門大橋獨(dú)特的地址環(huán)境和惡劣的自然環(huán)境下活動(dòng)風(fēng)障的設(shè)計(jì)技術(shù)要求和實(shí)現(xiàn)的方式，有力的保護(hù)了西堠門大橋的通車安全和大橋安全。其獨(dú)特的設(shè)計(jì)模式大大的提高安全系數(shù)。

【關(guān)鍵詞】活動(dòng)風(fēng)障；控制；監(jiān)控；通信

0 引言

舟山大陸連島工程由岑港大橋、響礁門大橋、桃夭門大橋、西堠門大橋和金塘大橋等五座跨海大橋及接線公路組成。起于舟山本島，途經(jīng)里釣島、富翅島、冊子島、金塘島，于寧波鎮(zhèn)海煉化廠西側(cè)登陸，按高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，全長約50公里，其中橋長約25公里，總投資逾百億元。

西堠門大橋是舟山大陸連島工程的第四座跨海大橋。建設(shè)中的西堠門大橋跨越西堠門水道，連接冊子島和金塘島。按照工程設(shè)計(jì)，該橋全長2948米，行車道跨度24.5米，雙向四車道， 通航等級為30000噸級，通航凈高49.5米，通航凈寬630米，主跨采用485米+1650米+578米的懸索橋方案，該跨徑在目前懸索橋建設(shè)中位居世界第二、國內(nèi)第一。

西堠門大橋地處我國沿海高風(fēng)速帶、受臺(tái)風(fēng)影響頻繁的舟山群島，一年四季均可出現(xiàn)大風(fēng)天氣，以冷空氣大風(fēng)（俗稱季風(fēng)）和熱帶氣旋（風(fēng)力≥12級即為臺(tái)風(fēng)）大風(fēng)為主。11至次年3月和8～9月為大風(fēng)最為集中的時(shí)段，占年大風(fēng)日數(shù)的7成左右，其中11月至次年3月主要受冷空氣影響產(chǎn)生的大風(fēng)， 8～9月則主要受熱帶氣旋產(chǎn)生的大風(fēng)。風(fēng)況復(fù)雜，風(fēng)速大，風(fēng)環(huán)境非常惡劣。工程區(qū)域基本風(fēng)速為41.12米/秒。根據(jù)我國《公里橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/TD60-01-2004）第4.1.3條規(guī)定，橋面安全行車風(fēng)速為25m/s。浙江省高速公路管理處指定的高速公路管理規(guī)定中明確規(guī)定，高速公路通行的最大風(fēng)速為25m/s。為了適當(dāng)提高臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)盛行地區(qū)跨海橋梁的通行標(biāo)準(zhǔn)，并兼顧目前舟山地區(qū)海上渡輪的最大通航風(fēng)速為10級，建議將西堠門大橋通行的最大風(fēng)速提高到為27m/s，略高于10級風(fēng)（24.5m/s～28.4m/s）的均值26.5m/s。

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，橋面設(shè)置3.0m高度、5根矩形斷面（200mm×80mm）橫桿的風(fēng)障后，安全行車基本風(fēng)速27m/s，橋面等效風(fēng)速控制為25m/s。但推薦風(fēng)障結(jié)構(gòu)的阻力系數(shù)CD為1.98，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)所用的CD值（1.1），大橋結(jié)構(gòu)將無法承受。因此，風(fēng)障必須采用活動(dòng)形式。根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，在結(jié)構(gòu)允許時(shí)風(fēng)障立起擋風(fēng)，保障行車，提高通行能力；當(dāng)結(jié)構(gòu)受力將不能承受時(shí)風(fēng)障放倒，降低風(fēng)阻系數(shù)，確保橋梁安全。

1 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

西堠門大橋活動(dòng)風(fēng)障控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：風(fēng)障的供電方案、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、 通信系統(tǒng)。

（1）供電方案

西堠門電動(dòng)風(fēng)障活動(dòng)單元供電需求：每1個(gè)獨(dú)立動(dòng)作單元包括1臺(tái)三相電機(jī)，每個(gè)獨(dú)立單元?jiǎng)澐譃橐粋€(gè)供電區(qū)間。每個(gè)供電區(qū)間的功率為12.0KW。每個(gè)供電區(qū)間依次輪流供電。每個(gè)供電區(qū)間內(nèi)的獨(dú)立活動(dòng)單元相互之間并聯(lián)。

（2）配電系統(tǒng)

鋼箱梁段供電設(shè)施有北錨變電站、鋼箱梁內(nèi)間隔布置的地埋式變配電設(shè)施、南塔變電站。采用鋼箱梁內(nèi)間隔布置的地埋式變配電設(shè)施供電，可以實(shí)現(xiàn)就近分段供電，減小低壓供電半徑，采用北錨和南塔變電站供電，2座站分段供電，各供半座橋。另外考慮風(fēng)障主要應(yīng)對惡劣臺(tái)風(fēng)天氣，在需要運(yùn)行時(shí)，外部供電電源受到臺(tái)風(fēng)影響可能無法正常供電，為了保證風(fēng)障電力，在鋼箱梁兩端分別預(yù)留發(fā)電電源連接的轉(zhuǎn)接口，當(dāng)市電不能正常供電時(shí)，通過2臺(tái)50KW的移動(dòng)發(fā)電機(jī)供電。

控制系統(tǒng)

西堠門電動(dòng)風(fēng)障的控制需求：在風(fēng)障水平或豎直位置時(shí)，切斷電機(jī)電源，在風(fēng)障轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接通電機(jī)電源。風(fēng)障按兩級進(jìn)行控制，一級為供電區(qū)間電源的投切控制，二級為活動(dòng)單元的運(yùn)行控制。

1）一級控制要求：可以對所有風(fēng)障發(fā)布指令，按順序各區(qū)間依次運(yùn)行。在當(dāng)前區(qū)間風(fēng)障轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，自動(dòng)切斷電源，同時(shí)開始為下區(qū)間供電，即，系統(tǒng)只對正在運(yùn)行的區(qū)間供電；在起始亦可以選擇對某區(qū)間獨(dú)立供電。參照工藝單位提供的資料。

2）二級控制要求：每個(gè)供電區(qū)間的獨(dú)立活動(dòng)單元分別獨(dú)立控制。接收到上層運(yùn)行信號后，各個(gè)獨(dú)立活動(dòng)單元同時(shí)動(dòng)作。參照工藝單位提供的資料。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)

活動(dòng)風(fēng)障控制系統(tǒng)主要是對西堠門大橋鋼箱梁段的活動(dòng)風(fēng)障的各個(gè)活動(dòng)單元、各個(gè)區(qū)間配電單元的遙信、遙控。

①單獨(dú)遙控

改變某一對象運(yùn)行狀態(tài)的控制，包括活動(dòng)風(fēng)障單元操作（升/降/停）控制、區(qū)間電源的投入/切除等操作控制。

②模擬操作

系統(tǒng)支持圖形、符號、顏色的不同區(qū)分各種信號狀態(tài)?？蓪Ω骰顒?dòng)風(fēng)障單元和區(qū)間配電執(zhí)行元件（交流接觸器）進(jìn)行不下位模擬對位操作。并用不同符號或顏色區(qū)別于正常狀態(tài)。

③系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制方式

根據(jù)氣象站發(fā)布的氣象預(yù)報(bào)信息或西堠門大橋氣象檢測器的實(shí)測信息，進(jìn)行分析判斷，當(dāng)分析大風(fēng)將要到來或已經(jīng)過去時(shí)，發(fā)出相關(guān)告警提示信號，并實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)活動(dòng)風(fēng)障進(jìn)行相關(guān)操作。

（4）通信系統(tǒng)

風(fēng)障控制系統(tǒng)三層通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：操作層、通信層、控制層?；顒?dòng)單元層（多回路邏輯可編程I/O單元――設(shè)于現(xiàn)場單元配電控制箱內(nèi)）→區(qū)間單元層（邏輯可編程I/O單元――設(shè)于現(xiàn)場區(qū)間配電控制箱內(nèi)）共同組成操作層；通行管理機(jī)→百兆交換機(jī)共同組成通信層；設(shè)于監(jiān)控中心的活動(dòng)風(fēng)障工作站為控制層。

2 操作層

2.1 活動(dòng)單元層

活動(dòng)單元層通過各活動(dòng)單元配電控制箱內(nèi)的智能MCC測控保護(hù)裝置，遙測、遙信、遙控各個(gè)活動(dòng)風(fēng)障。同一配電區(qū)間內(nèi)的各活動(dòng)單元配電控制箱內(nèi)智能MCC測控保護(hù)裝置通過光纖連接形成現(xiàn)場操作層的底層―活動(dòng)單元層。

2.2 區(qū)間單元層

區(qū)間單元層通過各區(qū)間配電控制箱內(nèi)的智能MCC測控保護(hù)裝置，遙測、遙信、遙控各個(gè)區(qū)間的配電。區(qū)間配電控制箱內(nèi)的區(qū)間管理裝置具有對本區(qū)間內(nèi)各個(gè)活動(dòng)單元的邏輯管理控制功能，充當(dāng)本區(qū)間的管理者。同一供電回路的各區(qū)間配電控制箱內(nèi)區(qū)間管理裝置通過光纖連接形成現(xiàn)場操作層的第二層―區(qū)間單元層。

3 通信層

通信層通過各通信管理機(jī)和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)將操作層采集的信號上傳到監(jiān)控中心的活動(dòng)風(fēng)障監(jiān)控工作站，將風(fēng)障監(jiān)控工作站的控制指令下傳至操作層進(jìn)行控制操作。

4 控制層

控制層通過活動(dòng)風(fēng)障監(jiān)控工作站將操作層采集的信號、氣象預(yù)報(bào)信息、西堠門大橋氣象檢測信息進(jìn)行分析，顯示風(fēng)障工作狀態(tài)、下發(fā)各種控制指令。

5 結(jié)語

西堠門橋位處水文、地質(zhì)、氣候條件復(fù)雜的海域，其獨(dú)特的地理環(huán)境加上及其惡劣的自然環(huán)境使得建設(shè)施工上面遭遇重重難關(guān)。但是在全體大橋建設(shè)者堅(jiān)持理念創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，實(shí)施精細(xì)化管理，不斷攻堅(jiān)克難關(guān)，活動(dòng)風(fēng)障是其中創(chuàng)舉之一。自從風(fēng)障施工完畢后，根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速情況，適時(shí)的豎起和放倒風(fēng)障，減少大橋振動(dòng)幅度，保障了行車安全，同時(shí)也確保橋梁安全！實(shí)踐表明，該設(shè)計(jì)符合西堠門獨(dú)特地理環(huán)境和惡劣的自然環(huán)境。系統(tǒng)運(yùn)行良好！有力的保障了大橋的安全。

【參考文獻(xiàn)】

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