施工鋼棧橋臨時通航孔凈空尺度對通航安全的影響分析

文 鄭曉東（桂林海事局，廣西 桂林 541002）

一、鋼棧橋簡介

（一）基本概況

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及交通強國戰(zhàn)略的實施，中國涉水基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷擴大，鋼棧橋在交通運輸、市政水利、國防戰(zhàn)備等各種水工建設(shè)中的應(yīng)用越來廣泛[1]。鋼棧橋指在跨通航河流橋梁（以下簡稱主橋）建設(shè)過程中，為了方便橋位處人員、機械設(shè)備及施工材料的水平運輸而修建的臨時性跨越水體的鋼結(jié)構(gòu)橋梁。鋼棧橋一般連接岸邊至主橋水中橋墩的作業(yè)平臺，為主橋施工提供可靠的陸上運輸條件，從而降低施工難度，為施工帶來諸多便利，同時降低安全和質(zhì)量風(fēng)險，縮短工期[2]。近10年來，中國建設(shè)的比較有代表性的施工鋼棧橋主要有武漢市三官漢江大橋鋼棧橋（2012年）、援尼日爾二橋鋼棧橋（2014年）、福平鐵路烏龍江特大橋鋼棧橋（2016年）和鷹潭市余信貴大橋鋼棧橋（2017年）等[1]。

（二）組成結(jié)構(gòu)

鋼棧橋作為一種施工臨時結(jié)構(gòu)，主要由橋面系、主梁、橋墩及橋臺四部分組成，一般在對應(yīng)主橋橋墩位置連接作業(yè)。在新建橋梁中，鋼棧橋普遍為單幅且布置在主橋上游側(cè)，既方便船舶配合作業(yè)，又能有效防止上游來船或大型水上漂浮物直接碰撞正在施工的主橋。對于擴建拼寬的主橋，鋼棧橋一般為兩幅并分別布置在主橋上下游側(cè)。在主橋建成后，鋼棧橋因影響通航和泄洪需要及時拆除。因此，鋼棧橋使用期限比主橋的建設(shè)周期略長，一般為2-3年。

（三）施工工藝

鋼棧橋的施工工藝除了沉樁工藝不同，其他部分項工程的工藝基本一致。沉樁工藝的選擇主要考慮施工周邊地質(zhì)條件、水文分布等因素，主要為水中筑島施工和水上履帶吊插打施工（俗稱“釣魚法”施工）兩種。其中，使用水上履帶吊插打施工施工情況較多，水上履帶吊插打施工是以單作業(yè)面逐跨推進(jìn)的方式安排施工，使用履帶式起重機與振動錘安裝鋼管樁。待每一跨鋼管樁安設(shè)結(jié)束后，均以從下往上的順序依次完成平聯(lián)、主橫梁、貝雷片以及分配梁等部件的安裝。所有安裝工作全部完成后，才可開始另外的鋼棧橋施工，依序推進(jìn)，直至完成所有工序。其施工過程一般不使用施工船舶、不進(jìn)行水下爆破，可在很大程度上降低因水文分布、氣候變化等因素對項目的干擾。使用該工藝建設(shè)鋼棧橋，并將其作為作業(yè)平臺進(jìn)行施工，不僅可以提升施工的安全性，還能大幅減少成本投入。

二、影響凈空尺度的因素

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50139—2014）規(guī)定，水上過河建筑物的布置不得影響和限制航道的通過能力，通航孔的布置應(yīng)滿足過河建筑物所河段雙向通航的要求。鋼棧橋雖然只是主橋的輔助設(shè)施，因其橫跨整條河流，所以被認(rèn)為是整個涉水橋梁工程項目建設(shè)過程中主要的礙航物。鋼棧橋的礙航性主要表現(xiàn)為留出的臨時通航孔凈空寬度和凈空高度變小，導(dǎo)致施工水域通航尺度降低。

（一）設(shè)計因素

在設(shè)計階段，鋼棧橋的尺寸設(shè)計因素主要包括跨徑、預(yù)留臨時通航孔的凈空寬度、貝雷梁底高程（凈空高度）、一聯(lián)長度及伸縮縫等。鋼棧橋的主縱梁多采用貝雷梁拼裝而成，因此其跨徑確定主要考慮貝雷梁的構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)。鑒于貝雷片行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和工廠化生產(chǎn)，市場上常見的貝雷片長度均為3 m，目前國內(nèi)使用的大多數(shù)鋼棧橋，廣泛采用的單跨跨徑有9 m、12 m、15 m。武漢市三官漢江大橋鋼棧橋，全長254 m，橋跨9～12 m；鷹潭市余信貴大橋鋼棧橋，全長429 m，橋跨15～18 m[1]。在這種跨徑布置下，通航孔的凈空寬度必然會變窄，難以滿足船舶的正常通航需求。對于采用縱橋向雙排樁結(jié)構(gòu)形式的鋼棧橋，通航孔兩側(cè)的雙排樁會進(jìn)一步擠占通航凈空寬度。

（二）監(jiān)管因素

在工作實踐中，鋼棧橋作為臨時性的水工建筑物，只存在于主橋的施工期，故其對船舶通航的影響在與通航相關(guān)的評審階段容易被忽視：一是沒有納入交通運輸主管部門的航道通航條件影響評價（在工程可行性研究階段開展）范疇，沒有分析其在主橋施工期對航道通航條件的影響及施工期航標(biāo)配布工作；二是鋼棧橋雖然在主橋的施工期范圍內(nèi)建設(shè)，且與主橋工程相對獨立，但海事管理機構(gòu)沒有單獨對鋼棧橋的施工進(jìn)行監(jiān)管，對鋼棧橋的施工礙航性分析沒有進(jìn)行單獨評審，而是包含在作業(yè)保障措施方案評審中。

綜上所述，由于設(shè)計因素和監(jiān)管因素的同時存在，導(dǎo)致鋼棧橋的臨時通航孔凈空尺度小于橋梁通航孔正常通航尺度，降低通航效率，甚至影響船舶航行安全。因此，有必要對鋼棧橋的臨時通航孔凈空尺度的取值進(jìn)行分析，并提出工作建議。

三、凈空尺度合理取值分析

在通航河流施工時，鋼棧橋必須預(yù)留通航孔，以供過往船舶航行。預(yù)留的通航孔一般布置在航道上，并與主橋通航孔對孔布置?？紤]到建造成本、結(jié)構(gòu)形式、施工方便等因素，鋼棧橋的跨徑和高度均較小，預(yù)留的通航孔往往不能滿足過往船舶正常通航的需求，因而在開展施工作業(yè)保障措施方案評審中，應(yīng)重點針對施工水域環(huán)境、代表船型、航道等級、通航需求等方面因素對鋼棧橋通航孔凈空尺度進(jìn)行分析后合理取值。橋梁的通航孔凈空尺度包括通航凈空高度、通航凈空寬度、上底寬和側(cè)高。由于鋼棧橋結(jié)構(gòu)的特殊性和復(fù)雜性，僅分析其通航凈空高度和通航凈空寬度。

（一）通航凈空高度

鋼棧橋臨時通航孔凈空高度為貝雷梁底部至設(shè)計最高通航水位的高度，可參考主橋航道通航條件影響評價中通航孔凈高計算值。鋼棧橋施工時，往往還會連接主橋橋墩的施工作業(yè)平臺，從方便施工和降低施工成本的角度出發(fā)，鋼棧橋臨時通航孔凈空高度一般都會比主橋通航孔小。當(dāng)水位上漲到一定程度時，代表船型船舶會因高度受限而無法通過。為解決此問題，對通航密度大或船型較大船舶的航段，建議采用提升鋼棧橋臨時通航孔施工技術(shù)，確保在高水位時通航孔凈空高度依然能滿足要求[3]。在只設(shè)置一個通航孔的鋼棧橋中采用通航孔上方無貝雷梁連接的方式，這樣過往船舶的凈高不受鋼棧橋通航孔凈空高度的影響，只需考慮主橋施工期間主通航孔凈空高度的影響。

如果上述形式均無法采用時，施工單位可通過向海事管理機構(gòu)申請發(fā)布航行通告、現(xiàn)場布置警戒船、在醒目位置設(shè)置凈空高度警示牌等方式限制最大高度超過鋼棧橋臨時通航孔凈空高度的船舶通過施工水域。

（二）通航凈空寬度

橋梁通航凈寬不足，會限制船舶通航效率，還易導(dǎo)致船舶刮擦甚至碰撞橋墩，給船舶和橋梁造成安全隱患。因此，鋼棧橋臨時通航孔凈寬合理取值尤為重要。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50139—2014），以天然和渠化河流為例，Ⅶ級航道水上過河建筑物單向和雙向通航孔需要的凈寬尺度分別為20 m、32 m，I級航道水上過河建筑物單向和雙向通航孔需要的凈寬尺度分別為110 m、220 m。通航孔凈寬尺度的具體計算方法如下:

式中：

Bm1—單孔單向通航凈寬（m）；

BF—船舶或船隊航跡帶寬度（m）；

ΔBm—船舶或船隊與兩側(cè)橋墩間的富裕寬度（m），I級—V級航道可取0.6倍航跡帶寬度，Ⅵ級—Ⅶ級航道可取0.5倍航跡帶寬度；

Pd—下行船舶或船隊偏航距（m），按《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》表C.0.1取值；Bm2—單孔雙向通航凈寬（m）；b—上下行船舶或船隊會船時的安全距離（m）,可取船舶或船隊的寬度；Pu—上行船舶或船隊偏航距（m），可取0.85倍下行偏航距；BS—船舶或船隊寬度（m）；L—頂推船隊或貨船長度（m）；β—船舶或船隊航行漂角（°），I級—V級航道可取6°，Ⅵ級—Ⅶ級航道取3°。

1. 當(dāng)天然和渠化河流水上過河建筑物軸線法線方向與水流流向的交角大于5°時，如彎道橋梁或斜交橋梁，則應(yīng)根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50139—2014）的規(guī)定并適當(dāng)考慮斜交加寬值和橋墩紊流寬度后取值[4]。

2. 在鋼棧橋臨時通航孔凈空尺度設(shè)計值小于計算值的情況下，通過適當(dāng)加大單跨跨徑、采用單孔雙向交替通行或雙孔單向通行的方式,以達(dá)到滿足低等級航道船舶的通行需求。

3. 對于高等級航道，則通過從左右岸施工便道分別搭建鋼棧橋至主橋主通航孔（或雙孔單向通航時其中一個通航孔）兩側(cè)主墩所在處的作業(yè)平臺，來增大鋼棧橋臨時通航孔的通航凈寬，從而滿足大型船舶的通航需求。

四、結(jié)語

隨著中國航運經(jīng)濟的發(fā)展，航道等級的不斷提高，船舶大型化日趨明顯，對橋梁施工鋼棧橋臨時通航孔的凈空尺度要求也越來越高。針對常規(guī)情況下施工鋼棧橋臨時通航孔凈空尺度取值的分析，可作為海事管理機構(gòu)負(fù)責(zé)的施工作業(yè)保障措施方案評審時需重點關(guān)注的因素，也可作為鋼棧橋設(shè)計時的參考。需要結(jié)合實際情況具體分析，同時需綜合考慮防撞、防洪、沉降等因素，努力確保橋梁施工安全、船舶通航安全、區(qū)段通航效率，以達(dá)到較為理想的社會效益和經(jīng)濟效益。