南水北調(diào)王莊生產(chǎn)橋通航安全防護設(shè)計

呂曉理，馬 飛，呂鴻翔

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟南 250109；2.濟寧市港航局航運管理處，山東 濟寧 272000）

南水北調(diào)東線南四湖至東平湖段結(jié)合航運實施工程，包括梁濟運河輸水航道和柳長河輸水航道兩個設(shè)計單元工程。柳長河輸水航道運行幾年來，產(chǎn)生了巨大的工程效益。為確保通航后調(diào)水運行、王莊生產(chǎn)橋及船舶的安全，在通航前必須完成相關(guān)安全防護工程。根據(jù)類似項目經(jīng)驗，結(jié)合工程實際，對王莊生產(chǎn)橋安全防護設(shè)計方案進行調(diào)查研究。

1 安全防護設(shè)計船型與兼顧船型

目前，京杭運河山東境內(nèi)的主要船型為300 t、500 t、1 000 t 級貨（駁）船，據(jù)初步統(tǒng)計三者所占的比例約為5∶30∶65，南水北調(diào)南四湖至東平湖段河道己建成Ⅲ級航道，目前可通行1 000 t 船舶。同時京杭運河船舶正朝著大型化、專業(yè)化的方向發(fā)展。隨著京杭運河Ⅲ級改Ⅱ級航道項目的實施，2 000 t 船舶將成為京杭運河未來營運的主力船型。綜合以上因素考慮，王莊生產(chǎn)橋安全防護設(shè)計采用京杭運河船型標(biāo)準(zhǔn)化中的1 000 t 級貨船的最大船型為安全防護的設(shè)計船型，采用京杭運河船型標(biāo)準(zhǔn)化中的2 000 t 級貨船的最大船型為安全防護的結(jié)構(gòu)計算兼顧船型。

2 主要防護設(shè)施比選

目前，防護設(shè)施較多采用簡易防撞裝置或防撞墩。簡易防撞裝置是利用鋼絲繩及橡膠復(fù)合防撞圈共同組成的柔性耗能系統(tǒng)，能使船舶減速，延緩撞擊時間，降低船舶撞擊力。簡易防撞裝置由于材料的彈性緩沖量相對較小，比較適合預(yù)防小型的船舶，對于大型船舶或航速稍快的船舶，無法有效吸收船舶的沖擊力，消能、防撞效果欠佳，擦破后易腐蝕，使用壽命較短。因2 000 t 級船舶將成為京杭運河未來營運的主力船型，簡易防撞裝置無法起到有效的防護作用。

防撞墩在水工建筑物及通航橋梁防護工程中有著廣泛的應(yīng)用和較好的防護效果，為保護橋梁，保障通航順利安全，防護設(shè)施選用防撞墩。

3 防撞墩及配套安全防護設(shè)計

3.1 安防設(shè)施布置

王莊生產(chǎn)橋安全防護設(shè)施布置于生產(chǎn)橋上、下游各1 處，上游長約50 m、下游長約155 m。安全防護由纜墩、鋼絲繩、防撞墩、維修平臺、浮體浮筒、標(biāo)志標(biāo)牌、橡膠護舷等設(shè)施組成。

1）生產(chǎn)橋上游安全防護布置。生產(chǎn)橋上游安全防護與柳長河航道成30°夾角布置，在柳長河護坡坡頂布置系纜墩，鋼絲繩一端系于系纜墩，一端套于φ200 鋼管樁，鋼絲繩沿水面布置浮筒。生產(chǎn)橋臨航道側(cè)2 根鋼管樁設(shè)置圓筒型橡膠護舷。維修平臺由浮體及鋼管樁構(gòu)成，浮體由鋼管樁固定，浮體可沿鋼管樁上下浮動。

2）生產(chǎn)橋下游安全防護布置。生產(chǎn)橋下游安全防護的布置大致平行于柳長河航道，在王莊節(jié)制閘護坡坡頂布置系纜墩，其他布置與生產(chǎn)橋上游一致。

3）防撞墩間距確定。生產(chǎn)橋防撞墩間距根據(jù)運河實際運行船舶寬度及船舶與防撞樁發(fā)生碰撞的角度確定。上游防撞墩處于王莊節(jié)制閘與柳長河交匯處，船舶經(jīng)過彎道時存在與防撞墩垂直碰撞的可能，故上游防撞墩間距取6.5 m。下游防撞墩基本與柳長河航道中心線平行，船舶垂直撞擊的可能性較小，考慮適當(dāng)增加防撞墩間距，以減少工程投資，同時結(jié)合現(xiàn)行主流1 000 t 級貨船船舶寬度10.8 m，故下游防撞墩間距取10 m。在生產(chǎn)橋下游防撞墩間預(yù)留一個14 m 寬的維護通道，便于專門維護節(jié)制閘的船舶進出；非維護期在維護通道口布置浮筒，禁止無關(guān)船舶進出。

3.2 防撞墩設(shè)計指標(biāo)確定

1）高程確定。防撞墩頂高程42.0 m，河底高程33.2 m。

2）上、下游防撞墩。防護鋼管樁以3 根樁徑φ630 mm 的鋼管樁為一組，樁之間通過一層樁徑φ500 mm 鋼管相連，防護單樁長24 m，生產(chǎn)橋上、下游共設(shè)置防撞墩14 座。

3）橋梁防撞墩。在距離生產(chǎn)橋右岸橋墩上、下游5 m 處布置菱形防撞墩，防護鋼管樁以4 根樁徑φ630 mm 的鋼管樁為一組，樁之間通過一層樁徑φ500 mm 鋼管相連，防護單樁長24 m，生產(chǎn)橋共設(shè)置橋梁防撞墩2 座。

4）鋼管處理。鋼管樁及連接鋼管要進行表面清潔處理，涂環(huán)氧富鋅底漆二度，聚氨酯漆二度，高程40.6 m 以上再外涂黃黑相間的調(diào)和漆。

3.3 標(biāo)志標(biāo)牌配布原則

1）考慮易于辨認(rèn)。充分考慮易被船舶注意、易于辨認(rèn)的標(biāo)志，使過往的船舶能及時采取有效安全措施。

2）容易看到。設(shè)置在航行正面方向最容易看到的地方，原則上設(shè)在船舶航行方向的右側(cè)。

3）標(biāo)志版面與航道成夾角。根據(jù)有關(guān)規(guī)定及使用需求并結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?，?biāo)志版面應(yīng)與航道中心線成一定夾角，寬闊航道為45°～60°，較窄航道為 75°～90°。

3.4 標(biāo)志標(biāo)牌配布要求

1）提示牌。布置于防撞墩上，標(biāo)牌立柱位于防撞墩臨節(jié)制閘側(cè)鋼管樁樁頂上。

2）導(dǎo)向標(biāo)。布置于生產(chǎn)橋上、下游防撞墩上，上游布置2 座，下游布置12 座，用于引導(dǎo)船舶的行駛方向。生產(chǎn)橋上游處導(dǎo)向標(biāo)版面與航道中心線取90°夾角，生產(chǎn)橋下游處導(dǎo)向標(biāo)版面與航道中心線取60°夾角。

3）警示燈。布置于生產(chǎn)橋上、下游橋墩防撞墩中心處，燈光為紅色，警示船舶此處禁止駛?cè)搿?/p>

3.5 浮體浮筒

浮體由 0.5 m×0.5 m×0.4 m（長、寬、高）的小浮箱拼接而成，整個浮體由4 根φ200 鋼管樁固定，浮體可沿鋼管樁上下浮動。

鋼絲繩沿水面每隔1 m 布置一個浮筒，鋼絲繩一端系于系纜墩（φ200 鋼管樁），一端套于φ200 鋼管樁。生產(chǎn)橋上、下游共設(shè)置浮筒57 個。

3.6 橡膠護舷

船舶撞擊防撞墩時會產(chǎn)生較大撞擊力和擠靠力，為保障船舶和結(jié)構(gòu)安全，采用橡膠護舷，以吸收船舶撞擊能量。防撞墩設(shè)置CY1300 圓筒型橡膠護舷，生產(chǎn)橋上、下游及橋墩防護采用φ1 300 mm×650 mm×4 000 mm L 型。圓筒形橡膠護舷具有面壓力小，反力低，吸能量合理的特點。根據(jù)護舷性能表，圓筒型橡膠護舷，當(dāng)變形達到設(shè)計壓縮變形50%時，吸能量為108 kJ。經(jīng)計算，標(biāo)準(zhǔn)型圓筒形橡膠護舷當(dāng)變形達到設(shè)計壓縮變形50%時，面壓值為0.3 MPa，小于船側(cè)板的容許面壓值（貨船取 0.34～0.4 MPa），因此，當(dāng)船舶受到擠靠力或撞擊力作用時，不會對船舶造成較大影響。

4 結(jié) 語

柳長河王莊生產(chǎn)橋處航道設(shè)計底寬45 m，防撞墩距航道底邊線最近距離約13 m，不在河道行洪范圍內(nèi)，且防撞墩采用的是透空式結(jié)構(gòu)，因此，王莊生產(chǎn)橋安全防護設(shè)施對行洪及調(diào)水不產(chǎn)生影響，為通航和調(diào)水運行安全提供了保障。