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        滬通長江大橋主墩鋼沉井浮運施工技術

        2016-08-23 06:21:23楊益斌中鐵大橋局二公司滬通長江大橋項目部江蘇南通226361
        中國科技縱橫 2016年12期
        關鍵詞:主航道拖帶拖輪

        楊益斌(中鐵大橋局二公司滬通長江大橋項目部,江蘇南通 226361)

        滬通長江大橋主墩鋼沉井浮運施工技術

        楊益斌
        (中鐵大橋局二公司滬通長江大橋項目部,江蘇南通 226361)

        滬通長江大橋主航道橋設計為雙塔五跨斜拉橋,矩形沉井基礎,底部為鋼殼混凝土結(jié)構(gòu),頂部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主航道橋主墩鋼沉井采用工廠分節(jié)段制造、接高拼裝成整體,鋼沉井出塢后采用拖輪拖帶,并采取一系列安全保障措施,保證鋼沉井安全浮運至墩位處的施工方案。本文詳細介紹了鋼沉井的浮運穩(wěn)性分析、拖輪配置方案及浮運作業(yè)等施工技術。

        主墩基礎 鋼沉井 浮運 施工

        1 工程概況

        滬通長江大橋是新建滬通鐵路的控制性工程,大橋位于江陰長江公路大橋下游45km,蘇通長江公路大橋上游40km,全長11km。其中主航道橋(26#墩~31#墩)采用雙塔五跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋,孔跨布置為(142+462+1092+462+142)m。主梁為三主桁結(jié)構(gòu),主塔為鉆石型塔,塔高325m。六個橋墩均采用沉井基礎。主航道橋橋式布置見圖1。

        主墩采用倒圓角的矩形沉井基礎,28#墩沉井總高105m,鋼沉井高50m;29#墩沉井總高115m,鋼沉井高56m。主墩沉井基礎結(jié)構(gòu)見圖2。

        鋼沉井平面尺寸為86.9m×58.7m,四周倒圓角半徑為7.45m,沉井平面布置24個12.8m×12.8m井孔。鋼沉井井壁采用雙壁板隔倉結(jié)構(gòu),沉井外壁板厚1.8m,內(nèi)壁板厚1.3m,井壁間通過隔倉板將井壁分為35個獨立隔倉。28#墩鋼沉井豎向分八層,高50m,重約13500t。29#墩鋼沉井豎向分九層,高56m,重約15000t。

        經(jīng)過對多個方案比選論證,結(jié)合橋址區(qū)氣象水文條件特點,主航道橋主墩鋼沉井采用在工廠干船塢內(nèi)制造、拼裝成整體,浮運出廠,拖輪拖帶浮運至墩位的方案施工。

        2 鋼沉井浮運可行性分析

        2.1浮運穩(wěn)性分析

        穩(wěn)性定義:指船舶在外力矩作用下偏離其初始平衡位置而傾斜,當外力矩消失后能夠自行恢復到初始平衡狀態(tài)的能力。

        圖1 主航道橋式布置圖

        (1)按船舶傾斜方向分類??煞譃闄M穩(wěn)性和縱穩(wěn)性。橫穩(wěn)性指船舶繞縱向軸(x軸)橫傾時的穩(wěn)性,縱穩(wěn)性指船舶繞橫向軸(y軸)縱傾時的穩(wěn)性。由于縱穩(wěn)性力矩遠大于橫穩(wěn)性力矩,故實際營運中不可能因縱穩(wěn)性不足而導致船舶傾覆。

        (2)按傾角大小分類??煞譃槌醴€(wěn)性和大傾角穩(wěn)性。初穩(wěn)性(小傾角穩(wěn)性)指船舶微傾時所具有的穩(wěn)性,微傾在實際營運中將傾斜角擴大至10°~15°;大傾角穩(wěn)性指當傾角大于10°~15°時的穩(wěn)性。

        (3)沉井浮運穩(wěn)性計算。沉井浮運過程中(沉入河床前)須驗算橫向穩(wěn)定性。沉井浮體穩(wěn)定傾角φ按下式計算[1]。

        ρ=I/V

        φ—沉井在浮運階段的傾角,不應大于6°,并滿足(ρ-l)>0;

        M—外力矩(KN·m)

        V—排水體積(m3)

        l—沉井重心至浮心的距離(m),重心在浮心以上為“+”,反之為“—”;

        ρ—定傾半徑,定傾中心至浮心的距離(m)

        I—沉井浮體排水截面面積的慣性矩(m4)

        γw—水的重度,γw=10KN/m3

        圖2 主航道橋主墩沉井結(jié)構(gòu)圖

        表1 穩(wěn)性計算結(jié)果

        圖3 拖輪布置圖

        圖4 拖航路線圖

        沉井穩(wěn)性計算以主航道橋29#墩鋼沉井為例,沉井浮運穩(wěn)性計算結(jié)果見表1。

        沉井在浮運時穩(wěn)定性滿足要求。

        2.2拖帶阻力計算[2]

        (1)阻力分類。浮體運動時,其總阻力Rt可以分為摩擦阻力Rf、黏壓阻力Rpv和興波阻力Rw,其表達式可以寫為:

        由于常規(guī)船舶黏壓阻力一般所占比重不大,且實際上亦難以同興波阻力分開,故通常把黏壓阻力與興波阻力合并在一起稱為剩余阻力Rr。這樣船體總阻力又可分為摩擦阻力Rf和剩余阻力Rr兩部分。

        (2)沉井拖航阻力計算。根據(jù)《海上拖航指南》附件2,沉井正常氣象條件下(風力3~4級)的拖航水阻力公式列表計算:

        式中,Rf—被拖浮體的摩擦阻力,KN;

        RB—被拖浮體的剩余阻力,KN。

        考慮了被拖物的方形系數(shù)δ,浸水部分的船中橫剖面積A2和拖航速度V。對《海上拖航指南》剩余阻力計算的形狀修正,剩余阻力按下式計算:

        按《海上拖航指南》在對水速度3.0m/s,拖航總阻力為2699.97 KkN,按經(jīng)首尾形狀修正后的《海上拖航指南》方法計算結(jié)果為3117.82KN。

        3 拖輪配置方案

        拖航阻力計算是近似的估算,拖航受氣象、潮流、被拖物的吃水差、是否產(chǎn)生偏蕩等因素影響。實際拖輪使用的過程中還需考慮拖輪的船齡、功率發(fā)揮狀況、拖纜的強度及實際主機功率等。

        圖5 沉井浮運船機圖

        沉井拖帶浮運作業(yè)配置8艘Z 型(全回轉(zhuǎn))大馬力拖輪,主拖合計34000Hp,備拖4000Hp,總計38000Hp。沉井浮運前進方向左右舷各配置兩艘?guī)屯陷啠?000Hp、4000Hp),沉井后方配置3艘頂推拖輪(1×6000Hp+2×4000Hp),1艘4000Hp拖輪作為備拖。拖輪配置見圖3。

        4 鋼沉井浮運施工

        4.1拖航路線

        鋼沉井在橋址上游約5.6海里的江蘇如皋境內(nèi)某船廠制造,在該船廠4#干船塢內(nèi)拼裝成整體。拖輪拖帶鋼沉井從該船廠4#干船塢出發(fā),沿著長江航道向下游移動,拖航路線為: 出4#船塢→穿越福姜沙水道→進入瀏海沙水道→沿長江38#、37#、36-1#、36#、35#紅浮順江下行→預計到達29#墩位處→向右轉(zhuǎn)向到達墩位。

        拖航路線見圖4。

        4.2航道信息

        (1)福姜沙北水道概況。福姜沙北水道水域范圍為長江FB#15浮到長江FB#1浮之間,F(xiàn)B#1至FB#7浮航道彎曲狹窄、水流湍急,F(xiàn)B#7浮至FB#15浮航道相對順直,本航道航行區(qū)域為FB#1-FB#6浮。

        (2)瀏海沙水道概況。瀏海沙水道的水域范圍為長江#41浮長江#34浮之間,此段江面寬,深槽靠右岸,長江#37浮處下行轉(zhuǎn)下20°左右,長江#38、長江#38-1兩左右通航浮分別為大新專用航道、福姜沙北水道與瀏海沙水道的分汊處,本水道屬潮流河段,漲潮時有較強的溯江流,落潮流向右岸推壓尤甚。

        4.3施工準備

        (1)鋼沉井完成制造,在船塢內(nèi)拼裝成整體,沉井定位系統(tǒng)、安全防護設施、施工照明系統(tǒng)等安裝完畢,檢驗合格。

        (2)提前在鋼沉井系纜柱上安裝拖帶纜繩及連接卸扣,干船塢注水前,將鋼沉井與船塢系纜固定,以防止注水后沉井起浮飄移。

        (3)配備熟練的出塢協(xié)助人員,安排足夠的人員來完成系、解纜工作。熟悉通訊設備的使用并預演。

        4.4浮運作業(yè)

        (1)船塢注水。鋼沉井起浮后,刃腳必須超出塢內(nèi)抄墊塢墩及塢門坎高度,并留有一定安全高度后,方能安全出塢。塢底標高-7.8m(理論基準面),邊塢墩高0.77m,中塢墩高1.27m,塢門坎高1.4m。則滿足安全出塢水位為:沉井吃水深度+塢門坎高度(1.4m)+安全高度

        ············

        (0.5m)+塢底標高(-7.8m)。

        (2)浮運作業(yè)。船塢放水至長江水位與塢內(nèi)水位相平時,開啟塢門。2#、4#、5#、6#、8#拖輪編隊入塢,與沉井系纜連接,將鋼沉井移至塢門口。

        1#、3#、7#拖輪在塢門口等待,鋼沉井移至塢門后。所有拖輪重新編隊,1#~7#拖輪占設計位,與沉井系纜連接,8#拖輪解纜,處備拖位。如圖5所示。七艘拖輪共同作用,按設計航行路線將鋼沉井浮運拖帶至橋位。

        5 結(jié)語

        主航道橋主塔墩鋼沉井采用整體制造、拖輪浮運拖帶至墩位的施工方案成功實施,為滬通長江大橋橋梁施工奠定基礎,對類似的橋梁基礎施工具有一定的參考價值。

        [1]公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范(JTG D63-2007).

        [2]滬通長江大橋沉井拖航阻力計算方法.上海海事大學.

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