杭紹臺鐵路椒江特大橋防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張志國

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 515561）

1 研究背景

杭紹臺鐵路椒江特大橋非常具有代表性，一方面，由于其位于臺州市椒江大橋水域，橋位周邊航道情況復(fù)雜，過往船舶具有較大不確定性，另一方面，大橋涉水橋墩眾多，主通航孔及引橋橋墩達(dá)10 座，具有較大的船撞風(fēng)險。

2 工程概況與設(shè)計(jì)條件

2.1 工程概況

杭州至紹興至臺州鐵路（以下簡稱“杭紹臺鐵路”）位于浙江省中東部，北起杭州樞紐杭州東站，經(jīng)紹興市越城、上虞、嵊州、新昌和臺州市天臺、臨海、椒江、路橋、溫嶺等縣市區(qū)，通過臨海站聯(lián)通既有甬臺溫鐵路，并于溫嶺站預(yù)留向南至溫州方向延伸條件。

椒江特大橋于浙江臺州市跨越椒江，橋梁軸線的法線方向與水流流向的夾角為10°。大橋按照雙向四車道設(shè)計(jì)，由左岸引橋、主橋及右岸引橋三部分組成。主橋采用（72.8+4×124+72.8）m 連續(xù)剛構(gòu)+84+156+480+156+84）m 連續(xù)鋼桁斜 拉橋。橋梁采用單孔雙向通航方案，主通航孔跨徑為480m。

2.2 設(shè)計(jì)條件

2.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級：客運(yùn)專線；

正線數(shù)目：四線；

設(shè)計(jì)行車速度：350km/h；

由表6可以看出，在其它變量不變的情況下，解釋變量國內(nèi)生產(chǎn)總值、年末人口數(shù)量和居民人均教育消費(fèi)支出對被解釋變量國家財(cái)政教育支出的影響顯著．解釋變量居民教育消費(fèi)價格指數(shù)和財(cái)政教育支出占總支出的比例對被解釋變量國家財(cái)政教育支出的影響都不顯著，從回歸模型中剔除，得到新的回歸模型為

設(shè)計(jì)活載：ZK 活載；

最小曲線半徑：一般7000m，困難5500m；

最大坡度：20‰；

設(shè)計(jì)洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)：1/300；

地震烈度：工程區(qū)地震動參數(shù)峰值加速度為〈0.05區(qū)。

2.2.2 設(shè)防代表船型

本工程橋梁位于椒江航道四號碼頭～紅光碼頭航段，根據(jù)《臺州港總體規(guī)劃》，該航段現(xiàn)狀等級為Ⅳ級，規(guī)劃為Ⅳ級航道，3000 噸級海輪可乘潮通航。結(jié)合《臺州市航道及錨地規(guī)劃（2006年-2020年）》規(guī)劃船型，《通航海輪橋梁通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ311-97）及椒江航道未來通航船舶的發(fā)展情況，分析確定設(shè)計(jì)代表船型如下表所示：

2.3 通航水位

本工程所在河段為受潮汐影響明顯河段，海門站位于工程附近，可采用海門站設(shè)計(jì)潮位作為模型潮位邊界依據(jù)，推算橋位處潮位，本工程設(shè)計(jì)最高通航水位采用橋址處年最高潮位頻率分析5%的水位，即4.97m，設(shè)計(jì)最低通航水位取低潮累積頻率為90%的潮位，為-2.22m。

3 船舶撞擊風(fēng)險分析

3.1 橋梁船撞概率模型

美國AASHTO 規(guī)范根據(jù)船舶相撞以及船舶擱淺事故的觀測與分析，提出了碰撞概率的基本方法和理論?？蓪ι嫠ê綐蚨盏呐鲎哺怕蔬M(jìn)行評估，從而確定設(shè)防等級及必要性。大橋各橋墩年撞損頻率按以下公式計(jì)算：

AF ＝NPAPGPC

其中：N--為可能撞損橋墩的分類船舶年通航量；PA--船舶偏航概率；PG--船舶與橋墩撞擊的幾何概率；PC--橋墩倒塌概率。

參照美國指導(dǎo)規(guī)范，船舶偏航概率 PA 按以下公式取值：

PA＝(BR)RBRCRXCRD

3.2 涉水橋墩船舶碰撞概率

據(jù)調(diào)查，椒江航道船舶通航密度較高，周邊碼頭眾多，船舶流量平均每天80 艘次，計(jì)算得到橋墩年碰撞概率如表1 所示。計(jì)算結(jié)果表明，椒江特大橋涉水橋墩眾多，碰撞概率分析，主通航孔及過渡墩均碰撞概率大于1×10-4，高于大橋設(shè)防要求。

表1 橋區(qū)航道代表船型尺度表

表2 橋墩年碰撞概率

4 防船撞設(shè)施的設(shè)計(jì)

4.1 通航孔被動防撞設(shè)施

針對椒江特大橋的具體特點(diǎn)與要求，在48#橋墩墩身周圍設(shè)置自浮式F-400 鋼覆復(fù)合材料防撞設(shè)施，49#、50#橋墩墩身周圍設(shè)置自浮式F-450 鋼覆復(fù)合材料防撞設(shè)施。通過在橋墩周圍設(shè)置自浮式鋼覆復(fù)合材料防撞設(shè)施，部分削減船舶撞擊力，保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)安全，滿足大橋橋墩的防撞要求。

自浮式鋼覆復(fù)合材料防撞設(shè)施現(xiàn)場采用M30 螺栓把各防撞節(jié)段在橋墩周側(cè)連接成防撞圈，防撞設(shè)施不與橋墩直接連接，減少了作業(yè)施工成本。由于使用了螺栓連接，當(dāng)防撞設(shè)施需要更換時，只需擰開螺栓進(jìn)行更換即可。在船撞橋發(fā)生時，防撞設(shè)施可通過緩沖削減撞擊力，卸載撞擊能量。鋼覆復(fù)合材料防撞設(shè)施屬于柔性防撞設(shè)施，能夠最大限度地保障橋梁、船舶與船員的安全。

4.2 非通航孔被動攔截設(shè)施

考慮到大橋非通航孔橋墩眾多，一旦船舶偏航撞擊非通航孔橋墩會造成結(jié)構(gòu)較大損傷，在椒江特大橋42#至48#墩西側(cè)、非通航孔上游，距橋梁200m 處自北向南一次布置13 根直徑為1.2m 鋼管樁（1#～13#），鋼管樁之間采用錨鏈連接，并在每兩根鋼管樁之間布置1 座浮筒。橋梁攔阻系統(tǒng)將船舶與橋梁非通航區(qū)域隔離開來，對來往船舶起到警示作用，防止偏航船舶駛?cè)霕蛄悍峭ê娇祝A(yù)防船撞橋事故的發(fā)生。

4.3 主動預(yù)警系統(tǒng)

主動防撞監(jiān)測系統(tǒng)24h 全天候監(jiān)測橋區(qū)航道內(nèi)的過往船只，及時預(yù)警和發(fā)現(xiàn)違規(guī)船只，可最大限度地預(yù)防撞橋事故的發(fā)生。在49#墩順橋向兩側(cè)設(shè)置雷達(dá)探測器，雷達(dá)監(jiān)控范圍3 公里，在49#和50#墩順橋向兩側(cè)設(shè)置高速智能球機(jī)，視頻監(jiān)控范圍1 公里。同時，在橋墩防撞設(shè)施上安裝振動傳感器，感知碰撞事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

本文以杭紹臺鐵路椒江特大橋?yàn)檠芯繉ο?，針對大橋橋墩?shù)量眾多，航道情況復(fù)雜等特點(diǎn)，采用現(xiàn)場調(diào)研結(jié)合概率模型分析的手段，確定了大橋防撞設(shè)施的設(shè)計(jì)方案。

（1）通過碰撞概率模型分析表明，大橋的非通航橋墩數(shù)量眾多，存在較高船舶碰撞概率，需要考慮整體設(shè)防。

（2）根據(jù)通航孔橋墩、輔助通航孔橋墩和非通航孔橋墩的各自特點(diǎn)，綜合采用了自浮式鋼覆復(fù)合材料防撞設(shè)施、被動攔截系統(tǒng)及主動預(yù)警系統(tǒng)，形成主被動相結(jié)合的立體保護(hù)，有效解決大橋船撞問題。