南水北调王庄生产桥通航安全防护设计

2020-01-07吕晓理吕鸿翔

山东水利 2020年8期

吕晓理，马飞，吕鸿翔

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济南 250109；2.济宁市港航局航运管理处，山东济宁 272000）

南水北调东线南四湖至东平湖段结合航运实施工程，包括梁济运河输水航道和柳长河输水航道两个设计单元工程。柳长河输水航道运行几年来，产生了巨大的工程效益。为确保通航后调水运行、王庄生产桥及船舶的安全，在通航前必须完成相关安全防护工程。根据类似项目经验，结合工程实际，对王庄生产桥安全防护设计方案进行调查研究。

1 安全防护设计船型与兼顾船型

目前，京杭运河山东境内的主要船型为300 t、500 t、1 000 t 级货（驳）船，据初步统计三者所占的比例约为5∶30∶65，南水北调南四湖至东平湖段河道己建成Ⅲ级航道，目前可通行1 000 t 船舶。同时京杭运河船舶正朝着大型化、专业化的方向发展。随着京杭运河Ⅲ级改Ⅱ级航道项目的实施，2 000 t 船舶将成为京杭运河未来营运的主力船型。综合以上因素考虑，王庄生产桥安全防护设计采用京杭运河船型标准化中的1 000 t 级货船的最大船型为安全防护的设计船型，采用京杭运河船型标准化中的2 000 t 级货船的最大船型为安全防护的结构计算兼顾船型。

2 主要防护设施比选

目前，防护设施较多采用简易防撞装置或防撞墩。简易防撞装置是利用钢丝绳及橡胶复合防撞圈共同组成的柔性耗能系统，能使船舶减速，延缓撞击时间，降低船舶撞击力。简易防撞装置由于材料的弹性缓冲量相对较小，比较适合预防小型的船舶，对于大型船舶或航速稍快的船舶，无法有效吸收船舶的冲击力，消能、防撞效果欠佳，擦破后易腐蚀，使用寿命较短。因2 000 t 级船舶将成为京杭运河未来营运的主力船型，简易防撞装置无法起到有效的防护作用。

防撞墩在水工建筑物及通航桥梁防护工程中有着广泛的应用和较好的防护效果，为保护桥梁，保障通航顺利安全，防护设施选用防撞墩。

3 防撞墩及配套安全防护设计

3.1 安防设施布置

王庄生产桥安全防护设施布置于生产桥上、下游各1 处，上游长约50 m、下游长约155 m。安全防护由缆墩、钢丝绳、防撞墩、维修平台、浮体浮筒、标志标牌、橡胶护舷等设施组成。

1）生产桥上游安全防护布置。生产桥上游安全防护与柳长河航道成30°夹角布置，在柳长河护坡坡顶布置系缆墩，钢丝绳一端系于系缆墩，一端套于φ200 钢管桩，钢丝绳沿水面布置浮筒。生产桥临航道侧2 根钢管桩设置圆筒型橡胶护舷。维修平台由浮体及钢管桩构成，浮体由钢管桩固定，浮体可沿钢管桩上下浮动。

2）生产桥下游安全防护布置。生产桥下游安全防护的布置大致平行于柳长河航道，在王庄节制闸护坡坡顶布置系缆墩，其他布置与生产桥上游一致。

3）防撞墩间距确定。生产桥防撞墩间距根据运河实际运行船舶宽度及船舶与防撞桩发生碰撞的角度确定。上游防撞墩处于王庄节制闸与柳长河交汇处，船舶经过弯道时存在与防撞墩垂直碰撞的可能，故上游防撞墩间距取6.5 m。下游防撞墩基本与柳长河航道中心线平行，船舶垂直撞击的可能性较小，考虑适当增加防撞墩间距，以减少工程投资，同时结合现行主流1 000 t 级货船船舶宽度10.8 m，故下游防撞墩间距取10 m。在生产桥下游防撞墩间预留一个14 m 宽的维护通道，便于专门维护节制闸的船舶进出；非维护期在维护通道口布置浮筒，禁止无关船舶进出。

3.2 防撞墩设计指标确定

1）高程确定。防撞墩顶高程42.0 m，河底高程33.2 m。

2）上、下游防撞墩。防护钢管桩以3 根桩径φ630 mm 的钢管桩为一组，桩之间通过一层桩径φ500 mm 钢管相连，防护单桩长24 m，生产桥上、下游共设置防撞墩14 座。

3）桥梁防撞墩。在距离生产桥右岸桥墩上、下游5 m 处布置菱形防撞墩，防护钢管桩以4 根桩径φ630 mm 的钢管桩为一组，桩之间通过一层桩径φ500 mm 钢管相连，防护单桩长24 m，生产桥共设置桥梁防撞墩2 座。

4）钢管处理。钢管桩及连接钢管要进行表面清洁处理，涂环氧富锌底漆二度，聚氨酯漆二度，高程40.6 m 以上再外涂黄黑相间的调和漆。

3.3 标志标牌配布原则

1）考虑易于辨认。充分考虑易被船舶注意、易于辨认的标志，使过往的船舶能及时采取有效安全措施。

2）容易看到。设置在航行正面方向最容易看到的地方，原则上设在船舶航行方向的右侧。

3）标志版面与航道成夹角。根据有关规定及使用需求并结合当地地形，标志版面应与航道中心线成一定夹角，宽阔航道为45°～60°，较窄航道为 75°～90°。

3.4 标志标牌配布要求

1）提示牌。布置于防撞墩上，标牌立柱位于防撞墩临节制闸侧钢管桩桩顶上。

2）导向标。布置于生产桥上、下游防撞墩上，上游布置2 座，下游布置12 座，用于引导船舶的行驶方向。生产桥上游处导向标版面与航道中心线取90°夹角，生产桥下游处导向标版面与航道中心线取60°夹角。

3）警示灯。布置于生产桥上、下游桥墩防撞墩中心处，灯光为红色，警示船舶此处禁止驶入。

3.5 浮体浮筒

浮体由 0.5 m×0.5 m×0.4 m（长、宽、高）的小浮箱拼接而成，整个浮体由4 根φ200 钢管桩固定，浮体可沿钢管桩上下浮动。

钢丝绳沿水面每隔1 m 布置一个浮筒，钢丝绳一端系于系缆墩（φ200 钢管桩），一端套于φ200 钢管桩。生产桥上、下游共设置浮筒57 个。

3.6 橡胶护舷

船舶撞击防撞墩时会产生较大撞击力和挤靠力，为保障船舶和结构安全，采用橡胶护舷，以吸收船舶撞击能量。防撞墩设置CY1300 圆筒型橡胶护舷，生产桥上、下游及桥墩防护采用φ1 300 mm×650 mm×4 000 mm L 型。圆筒形橡胶护舷具有面压力小，反力低，吸能量合理的特点。根据护舷性能表，圆筒型橡胶护舷，当变形达到设计压缩变形50%时，吸能量为108 kJ。经计算，标准型圆筒形橡胶护舷当变形达到设计压缩变形50%时，面压值为0.3 MPa，小于船侧板的容许面压值（货船取 0.34～0.4 MPa），因此，当船舶受到挤靠力或撞击力作用时，不会对船舶造成较大影响。