李峰幟

(國能朔黃鐵路發(fā)展有限公司 河北肅寧 062350)

1 既有橋梁防船撞設(shè)施設(shè)置現(xiàn)狀

截至2020年底，中國現(xiàn)代橋梁總數(shù)已超過100萬座，其建設(shè)規(guī)模之大、數(shù)量之多、速度之快舉世矚目。另外，我國通航河流貨物運(yùn)輸量猛增，船舶數(shù)量越來越多，其噸位和尺寸越來越大，航速越來越快，船隊(duì)加長已成為趨勢(shì)；與此同時(shí)，不少航道等級(jí)在提升或規(guī)劃提升中，隨之而來船撞橋的幾率也與日俱增。2020年12月16日，交通運(yùn)輸部辦公廳、國家鐵路局綜合司、國鐵集團(tuán)辦公廳三部門聯(lián)合印發(fā)《船舶碰撞橋梁隱患治理三年行動(dòng)實(shí)施方案》的通知，要求對(duì)2019年12月31日前建成投入運(yùn)行的跨越內(nèi)河高等級(jí)航道的各類橋梁、跨越其他等級(jí)內(nèi)河航道的橋梁由各省級(jí)交通運(yùn)輸主管部門參照本方案組織開展隱患治理。對(duì)抗撞性能不足的既有橋梁，采取設(shè)置防撞設(shè)施、加裝主動(dòng)預(yù)警裝置等措施，以提升防撞能力[1-3，6]。

2 既有鐵路通航橋梁防船撞設(shè)施設(shè)計(jì)原則和流程

2.1 設(shè)計(jì)原則

橋梁防船撞設(shè)施的設(shè)計(jì)原則應(yīng)根據(jù)橋梁的自身抗撞能力、橋墩水中落墩位置、橋墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、橋區(qū)通航船舶、橋區(qū)船舶過橋安全航速、橋區(qū)水流速度等因素確定。

(1)橋梁防撞設(shè)施對(duì)船舶的碰撞能量進(jìn)行阻尼消能緩沖，其設(shè)計(jì)要保證在最高和最低通航水位情況下均具有防止船舶直接碰撞橋墩的功能，并能將船舶碰撞力控制在橋墩安全范圍內(nèi)。

(2)橋梁防撞設(shè)施的外部構(gòu)造形式應(yīng)為流線型，盡量減少對(duì)水流的阻擋面積。船舶與防撞設(shè)施發(fā)生碰撞時(shí)，其外形容易與船舶發(fā)生滑動(dòng)，撥轉(zhuǎn)船頭，卸載大部分船舶撞力，最大程度減小防撞設(shè)施與船舶損傷。

(3)橋梁防撞設(shè)施材料要選用強(qiáng)度高、耐腐蝕、環(huán)境友好、不污染水體和周圍環(huán)境的環(huán)保材料。

(4)橋梁防撞設(shè)施安裝后，不侵入航道限界，不影響航道正常通航。

(5)橋梁防撞設(shè)施在水流及波浪影響下，應(yīng)保持浮態(tài)穩(wěn)定，對(duì)橋墩外表面無損傷。

(6)橋梁防船撞設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮安裝及后期拆卸維護(hù)保養(yǎng)方便，盡量采用模塊化，方便撞損部分單獨(dú)拆除更換，其他未被撞擊部分可繼續(xù)使用。

(7)橋梁防船撞設(shè)施外形、涂裝顏色要與周圍景觀相協(xié)調(diào)，并應(yīng)盡量不影響當(dāng)?shù)卦酗L(fēng)貌[4-5]。

2.2 設(shè)計(jì)流程

跨航道既有橋梁防船撞設(shè)施的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)流程，跨越或遺漏流程中的某一環(huán)節(jié)，將會(huì)影響防船撞設(shè)施設(shè)計(jì)的工作正常開展及反復(fù)，嚴(yán)重的會(huì)造成設(shè)計(jì)方案推倒重來，設(shè)計(jì)周期延長，從而導(dǎo)致延誤加工制造工期、安裝工期、增加投資、影響通航、社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失等后果。以既有跨通航河流大橋浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施設(shè)計(jì)為例，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2.3 橋梁防撞設(shè)施特點(diǎn)

以浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施設(shè)計(jì)為例，其特點(diǎn)如下:

(1)浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施以鋼覆復(fù)合材料為框架，設(shè)計(jì)成具有一定高度、寬度、包圍在橋墩周圍的防護(hù)結(jié)構(gòu)。浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施內(nèi)部設(shè)置若干水面艙室，能自浮于水面上，整個(gè)防撞設(shè)施可隨水位變化而上下浮動(dòng)。

(2)浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施除主體框架外，還安裝有高分子阻尼吸能元件、維護(hù)檢查設(shè)備、警示靠泊設(shè)備、專用通道封蓋設(shè)備，部分艙室填充高分子閉孔吸能芯材，內(nèi)外表面進(jìn)行高分子防腐涂裝等。

(3)浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施可對(duì)橋墩形成全方位防護(hù)，保證在任何通航水位下、任何裝載狀態(tài)下的通航船舶均不能直接觸及墩壁，從而起到對(duì)橋墩和船舶雙向保護(hù)功能[6]。

(4)占用航道空間少，拆除后不遺留任何殘積物，環(huán)保；撞損件可回收利用，造價(jià)較低，模塊化設(shè)計(jì)，易于制造和維護(hù)。

(5)浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施主要應(yīng)用在Ⅰ～Ⅴ級(jí)通航等級(jí)較高的、最高通航水位及最低通航水位落差較大的航道橋墩的防護(hù)[7]。

浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施如圖2、圖3所示。

2.4 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)專業(yè)配置

因橋梁防撞設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，涉及到材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、焊接、船舶、水工、力學(xué)、橋梁、航道、海事、水利、漁政等專業(yè)和部門，開展橋梁防船撞設(shè)施的設(shè)計(jì)需要組織一個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)中專業(yè)人員配備如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)人員專業(yè)配備

3 浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施加工制造

浮圍式阻尼消能防船撞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸大，加工精度及質(zhì)量要求高，為后期部分撞損維護(hù)更換方便，浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施為模塊化設(shè)計(jì)，分塊制造，模塊之間采用法蘭螺栓連接的方式組裝[8-9]。

3.1 結(jié)構(gòu)分塊

根據(jù)加工制造車間場(chǎng)地大小、起重能力、運(yùn)輸組裝方案、后期維護(hù)更換方便等因素，浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施可采用多種分塊方案加工制造。浮動(dòng)式阻尼消能防撞設(shè)施分塊方案如圖4所示。

3.2 制造工藝

浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施的加工制造，要嚴(yán)格遵循加工制造工藝流程，上道工序沒有完成或不合格，在沒有經(jīng)過質(zhì)檢認(rèn)定合格前，嚴(yán)禁開始下道工序。浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施加工制造工藝流程如圖5所示。

3.3 質(zhì)量控制

浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施制造質(zhì)量控制關(guān)系到防船撞設(shè)施使用過程能否安全運(yùn)行、更好發(fā)揮阻尼消能功效，關(guān)系到其使用壽命長短、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用的多寡。

(1)原材料采購及驗(yàn)收質(zhì)量控制

鋼材、高分子材料等原材料采購嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求及國家相關(guān)通用技術(shù)規(guī)范進(jìn)行采購和驗(yàn)收。所有材料須有生產(chǎn)廠家的出廠質(zhì)量證明書，未經(jīng)設(shè)計(jì)批準(zhǔn)，不得改變其材質(zhì)或規(guī)格；焊接材料焊條型號(hào)、焊絲代號(hào)及焊劑必須符合施工圖紙規(guī)定，當(dāng)圖紙沒有規(guī)定時(shí)，應(yīng)選用與母材強(qiáng)度和焊接工藝相適應(yīng)的焊接材料；防腐涂裝、耗能芯材等材料應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)文件規(guī)定，其性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件中相關(guān)要求。

(2)焊接質(zhì)量控制

根據(jù)接頭型式，合理選用高效焊接方法。焊縫在力學(xué)性能等方面和母材需相匹配。焊縫的沖擊韌性指標(biāo)原則上與母材標(biāo)準(zhǔn)值相等，焊接工藝評(píng)定經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可后，根據(jù)評(píng)定報(bào)告編寫焊接工藝。在保證焊縫質(zhì)量的前提下，采用焊接收縮變形小的焊接方法。

(3)精度質(zhì)量控制

浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施制造精度允許偏差見表2。

表2 制造精度允許偏差控制

4 浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施運(yùn)輸及安裝

4.1 運(yùn)輸方案

浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施的運(yùn)輸根據(jù)生產(chǎn)地點(diǎn)與施工現(xiàn)場(chǎng)位置關(guān)系及運(yùn)輸路線中的相關(guān)限界要求，可選擇陸路運(yùn)輸和水路兩種運(yùn)輸方案[10-11]。

4.1.1 陸路運(yùn)輸方案

浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施生產(chǎn)場(chǎng)地與施工現(xiàn)場(chǎng)沒有碼頭和航道過渡連接，只能分塊陸路運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，此運(yùn)輸方案要求防船撞設(shè)施分塊小而多。采用陸路運(yùn)輸方案，要提前規(guī)劃運(yùn)輸路線，考察運(yùn)輸路線沿途的道路及橋梁限高、限寬、限重等限界情況，選擇合適的運(yùn)輸車輛開展防船撞設(shè)施模塊的運(yùn)輸工作。陸路運(yùn)輸防船撞設(shè)施如圖6所示。

4.1.2 水路運(yùn)輸方案

如果浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施生產(chǎn)場(chǎng)地與施工現(xiàn)場(chǎng)有航道相連，且靠近裝卸碼頭，便于裝船或下水，此運(yùn)輸方案可大件運(yùn)輸，防船撞設(shè)施分塊可大而少。

(1)船舶水中拖帶

此方案要求加工制造場(chǎng)地靠近航道，且配有船塢，便于防船撞設(shè)施整體組裝后下水，整體水中拖帶。防船撞設(shè)施水中拖帶如圖7所示。

(2)船舶水上運(yùn)輸

此方案要求加工制造場(chǎng)地靠近航道碼頭，便于防船撞設(shè)施整體轉(zhuǎn)場(chǎng)裝船運(yùn)輸。此方案需要大噸位自帶動(dòng)力的甲板駁，作為防船撞設(shè)施水上運(yùn)輸?shù)妮d體。防船撞設(shè)施船舶水上運(yùn)輸如圖8所示。

4.2 安裝方案

(1)模塊橋位拼組安裝方案

浮圍式阻尼消能防撞設(shè)施模塊通過陸路運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，采用汽車吊等輔助工具吊運(yùn)至水中拼組成更大組件，利用人工牽拉或其它水上動(dòng)力牽引裝備把大組件移動(dòng)到橋墩周圍進(jìn)行安裝。防撞設(shè)施橋位拼組安裝見圖9、圖10所示。

(2)船舶拖帶安裝方案

防船撞設(shè)施被整體拖帶到施工現(xiàn)場(chǎng)后，在橋位分拆成兩部分，分別通過船舶拖拽和頂靠，從橋墩的兩側(cè)安裝合攏。防船撞設(shè)施船舶拖帶橋位安裝如圖11所示。

5 浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)

浮圍式阻尼消能防船撞設(shè)施在使用過程中需進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)，若有損壞，應(yīng)進(jìn)行修復(fù)。

(1)定期檢查阻尼消能防撞船設(shè)施結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)損壞，若發(fā)生損壞，應(yīng)及時(shí)修復(fù)。

(2)觀察阻尼消能防船撞設(shè)施浮態(tài)，檢查是否存在整體吃水不平衡及各水密艙是否密閉(每年兩次)，調(diào)整補(bǔ)充壓載水。

(3)檢查阻尼消能防船撞設(shè)施的腐蝕及磨損情況，若出現(xiàn)防腐涂層損傷及脫落，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行表面修補(bǔ)。

(4)定期檢查防船撞設(shè)施是否存在零件遺失，如護(hù)舷、甲板上舾裝件等，缺失后，應(yīng)補(bǔ)齊。

(5)在承受大型船舶撞擊后，應(yīng)立即檢查防船撞設(shè)施的受損進(jìn)水情況，采取措施調(diào)整浮態(tài)，并進(jìn)行修復(fù)。上下結(jié)構(gòu)大范圍破損時(shí)，需要將防船撞設(shè)施拆卸拖離現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)廠維修。在遭受小型船舶撞擊后，系統(tǒng)附屬結(jié)構(gòu)變形、局部破損消能，可現(xiàn)場(chǎng)維修。

(6)進(jìn)行5年一次的中等維護(hù)，對(duì)整個(gè)阻尼消能防船撞設(shè)施的油漆、FRP防腐涂裝等進(jìn)行補(bǔ)涂和修補(bǔ)。

6 結(jié)束語

本文通過對(duì)既有跨航道橋梁的防船撞設(shè)施的設(shè)計(jì)流程總結(jié)及對(duì)防船撞設(shè)施的加工制造、運(yùn)輸安裝、維護(hù)保養(yǎng)的介紹，全面展示了既有跨航道橋梁加裝防船撞設(shè)施的全流程各環(huán)節(jié)實(shí)施過程及方案，以期為后續(xù)類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、加工制造、運(yùn)輸安裝、維護(hù)保養(yǎng)工作提供參考和借鑒。