内河航道桥梁船撞风险分析及防护措施

2018-01-10

福建质量管理 2018年1期

(重庆交通大学土木工程学院重庆 400074)

内河航道桥梁船撞风险分析及防护措施

郭益明

(重庆交通大学土木工程学院重庆400074)

对内河航道而言，伴随着经济的快速发展，航道上也趋于更加繁忙，来往的船舶也越来越多，这就给有限的航道空间造成了拥堵，增加了船舶撞击桥梁的风险，轻则桥梁受损，重则桥梁垮塌，对社会造成很大的损失。本文针对内河航道当中船舶撞击桥梁的风险进行分析，并结合当下提出一定的防护措施。

内河；航道船撞；风险；船撞

一、概述

改革开放以后，中国经济飞速发展，交通运输业也突飞猛进。对于内地而言，由于受到地形及地质条件的限制，陆运已不能满足于现阶段的发展，水运由于其运费低，货运量大的优势，在交通运输业中拥有很大的市场。

二、风险分析

世界上发表船撞桥事故分析和船撞桥试验方面文章的作者，最早多为德国和北欧人，例如汉斯、拉尔森喝德鲁彻。在中国，做桥梁船撞的专家学者也较多，例如：上海海洋钢结构研究所陈国虞、同济大学教授王君杰、招商局重庆交通科研设计院耿波、重庆交通大学张锡祥和杜柏松等。结合专家学者的观点，就桥梁船撞风险分析，大体可归结为三类原因，即船的原因、桥的原因和外部环境因素。

(一)船撞风险之一-船的原因

以1960年至1991年世界上发生的29次重大船舶撞击桥梁事故为背景进行分析，如表1所示。发现由于船的原因，造成事故的事件占总事件的45%。这些事故发生的原因是由于船舶设备故障和船员操作失误，造成船舶偏航，撞击桥梁。1976年美国路易斯安那州，一艏拖船，由于船舶驾驶人员粗心大意，导致拖船桩排架，造成落梁3孔，死亡一人的事故发生。

表1 1960～1991年世界上29次重大船撞事故原因分类

(二)船撞风险之二-桥的原因

由于自然条件和经济条件的限制，桥梁设计时很难做到“一跨过江，江中无墩”。如果不能建成一跨过江，则航道上的桥墩就存在被船舶撞击的可能性。其次，由于航道附近存在桥墩，就压缩了船舶的通航空间，造成桥墩周围的水环境较为复杂，使得船舶安全通过桥墩附近难度增加。根据国内外船舶撞击桥梁事件可以发现，船舶撞击桥梁，由于桥的原因，造成的事故较少，但一旦发生事故，将造成难以估量的代价。通常情况，桥的原因有以下几个方面：排架墩；上部结构落下；引桥水平抗力不足；净高不足；原设计为桥面低于洪水位等。2008年，在浙江临海的望江门大桥，由于桥梁通航净高的问题，导致一艏船舶在涨潮时撞上桥梁，导致了船舶驾驶室被压塌，压上2人的事故发生。

(三)船撞风险之三-环境因素

通过分析1960年至1991年世界上发生的29次重大船舶撞击桥梁事故，有14次船舶撞击桥梁事件发生的原因都源自于环境因素，占据事件总数的48%。环境因素主要有以下几个方面：大雾、暴风雨、大风、逆风和水流流向变化等。1980年，瑞典斯泰农松德市Tjorn桥，由于恶劣天气，造成一艏排水27000DWT压舱货船驾驶困难，船头撞上距航道中线100m高19m的拱结构，最终导致主跨垮塌，7车落水和死亡8人的严重事故发生。

三、防护措施

防止船舶撞击桥梁的方法有很多，大体上分为直接防撞和间接防撞。

(一)直接防撞

船舶撞击桥梁的过程是一个十分复杂的非线性动力学历程，主要是利用碰撞区域内的结构压溃或构件的变形，在极短的时间内将巨大的动能吸收和转化消散的动力响应过程。

直接防撞装置便是利用了这一特性，一旦船舶有撞上桥梁的可能，防撞装置就能利用其压溃或变形将船舶的动能进行吸收和转化，将船舶的动能转化为防撞装置的动能，从而减小船舶的撞击力和延长船舶撞击桥梁的时间，进而保护桥梁结构安全。

常见的直接防撞装置有刚性防撞(防撞墩)和柔性防撞(橡胶装置或FRP防撞浮箱)。刚性防撞装置，由于其刚度较大，导致发生碰撞时变形较小，吸收能量较少，很容易造成桥梁结构的损坏和船舶的破坏，通常情况下不予使用；柔性防撞装置耗能很大，对船舶和桥梁破坏性较小，同时，也符合当今桥梁防撞的三不坏理念。FRP防撞浮箱模型示意图如图1所示。

图1 FRP防撞浮箱模型示意图

(二)间接防撞

古语云“船到桥头自然直”与我们所讲的间接防撞有异曲同工之妙。所谓间接防撞，即在船舶进入桥位附近时，采用一定的措施，使原本偏离航线和有可能撞上桥梁的船舶进入正常的航线中，或者利用桥梁结构自身的特点，以达到防止船舶撞击的可能。目前，国内外采用的间接防撞方式有浮式自适应船舶拦阻方法，即在桥位以前设置系泊浮体、自适应浮筒、恒阻力缆绳、拦截网和固定锚等形成一套装置，对偏航的船舶进行阻拦，使其在规定的航线中通行；通常情况下，采用的另一种方式是在桥梁设计时，综合考虑航道中船舶的实际情况，加大桥墩自身抗力，同时，将桥墩设计成流线型，以期减少流水压力和漂浮物的撞击。