南水北調王莊生產橋通航安全防護設計

呂曉理，馬 飛，呂鴻翔

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109；2.濟寧市港航局航運管理處，山東 濟寧 272000）

南水北調東線南四湖至東平湖段結合航運實施工程，包括梁濟運河輸水航道和柳長河輸水航道兩個設計單元工程。柳長河輸水航道運行幾年來，產生了巨大的工程效益。為確保通航后調水運行、王莊生產橋及船舶的安全，在通航前必須完成相關安全防護工程。根據類似項目經驗，結合工程實際，對王莊生產橋安全防護設計方案進行調查研究。

1 安全防護設計船型與兼顧船型

目前，京杭運河山東境內的主要船型為300 t、500 t、1 000 t 級貨（駁）船，據初步統計三者所占的比例約為5∶30∶65，南水北調南四湖至東平湖段河道己建成Ⅲ級航道，目前可通行1 000 t 船舶。同時京杭運河船舶正朝著大型化、專業化的方向發展。隨著京杭運河Ⅲ級改Ⅱ級航道項目的實施，2 000 t 船舶將成為京杭運河未來營運的主力船型。綜合以上因素考慮，王莊生產橋安全防護設計采用京杭運河船型標準化中的1 000 t 級貨船的最大船型為安全防護的設計船型，采用京杭運河船型標準化中的2 000 t 級貨船的最大船型為安全防護的結構計算兼顧船型。

2 主要防護設施比選

目前，防護設施較多采用簡易防撞裝置或防撞墩。簡易防撞裝置是利用鋼絲繩及橡膠復合防撞圈共同組成的柔性耗能系統，能使船舶減速，延緩撞擊時間，降低船舶撞擊力。簡易防撞裝置由于材料的彈性緩沖量相對較小，比較適合預防小型的船舶，對于大型船舶或航速稍快的船舶，無法有效吸收船舶的沖擊力，消能、防撞效果欠佳，擦破后易腐蝕，使用壽命較短。因2 000 t 級船舶將成為京杭運河未來營運的主力船型，簡易防撞裝置無法起到有效的防護作用。

防撞墩在水工建筑物及通航橋梁防護工程中有著廣泛的應用和較好的防護效果，為保護橋梁，保障通航順利安全，防護設施選用防撞墩。

3 防撞墩及配套安全防護設計

3.1 安防設施布置

王莊生產橋安全防護設施布置于生產橋上、下游各1 處，上游長約50 m、下游長約155 m。安全防護由纜墩、鋼絲繩、防撞墩、維修平臺、浮體浮筒、標志標牌、橡膠護舷等設施組成。

1）生產橋上游安全防護布置。生產橋上游安全防護與柳長河航道成30°夾角布置，在柳長河護坡坡頂布置系纜墩，鋼絲繩一端系于系纜墩，一端套于φ200 鋼管樁，鋼絲繩沿水面布置浮筒。生產橋臨航道側2 根鋼管樁設置圓筒型橡膠護舷。維修平臺由浮體及鋼管樁構成，浮體由鋼管樁固定，浮體可沿鋼管樁上下浮動。

2）生產橋下游安全防護布置。生產橋下游安全防護的布置大致平行于柳長河航道，在王莊節制閘護坡坡頂布置系纜墩，其他布置與生產橋上游一致。

3）防撞墩間距確定。生產橋防撞墩間距根據運河實際運行船舶寬度及船舶與防撞樁發生碰撞的角度確定。上游防撞墩處于王莊節制閘與柳長河交匯處，船舶經過彎道時存在與防撞墩垂直碰撞的可能，故上游防撞墩間距取6.5 m。下游防撞墩基本與柳長河航道中心線平行，船舶垂直撞擊的可能性較小，考慮適當增加防撞墩間距，以減少工程投資，同時結合現行主流1 000 t 級貨船船舶寬度10.8 m，故下游防撞墩間距取10 m。在生產橋下游防撞墩間預留一個14 m 寬的維護通道，便于專門維護節制閘的船舶進出；非維護期在維護通道口布置浮筒，禁止無關船舶進出。

3.2 防撞墩設計指標確定

1）高程確定。防撞墩頂高程42.0 m，河底高程33.2 m。

2）上、下游防撞墩。防護鋼管樁以3 根樁徑φ630 mm 的鋼管樁為一組，樁之間通過一層樁徑φ500 mm 鋼管相連，防護單樁長24 m，生產橋上、下游共設置防撞墩14 座。

3）橋梁防撞墩。在距離生產橋右岸橋墩上、下游5 m 處布置菱形防撞墩，防護鋼管樁以4 根樁徑φ630 mm 的鋼管樁為一組，樁之間通過一層樁徑φ500 mm 鋼管相連，防護單樁長24 m，生產橋共設置橋梁防撞墩2 座。

4）鋼管處理。鋼管樁及連接鋼管要進行表面清潔處理，涂環氧富鋅底漆二度，聚氨酯漆二度，高程40.6 m 以上再外涂黃黑相間的調和漆。

3.3 標志標牌配布原則

1）考慮易于辨認。充分考慮易被船舶注意、易于辨認的標志，使過往的船舶能及時采取有效安全措施。

2）容易看到。設置在航行正面方向最容易看到的地方，原則上設在船舶航行方向的右側。

3）標志版面與航道成夾角。根據有關規定及使用需求并結合當地地形，標志版面應與航道中心線成一定夾角，寬闊航道為45°～60°，較窄航道為 75°～90°。

3.4 標志標牌配布要求

1）提示牌。布置于防撞墩上，標牌立柱位于防撞墩臨節制閘側鋼管樁樁頂上。

2）導向標。布置于生產橋上、下游防撞墩上，上游布置2 座，下游布置12 座，用于引導船舶的行駛方向。生產橋上游處導向標版面與航道中心線取90°夾角，生產橋下游處導向標版面與航道中心線取60°夾角。

3）警示燈。布置于生產橋上、下游橋墩防撞墩中心處，燈光為紅色，警示船舶此處禁止駛入。

3.5 浮體浮筒

浮體由 0.5 m×0.5 m×0.4 m（長、寬、高）的小浮箱拼接而成，整個浮體由4 根φ200 鋼管樁固定，浮體可沿鋼管樁上下浮動。

鋼絲繩沿水面每隔1 m 布置一個浮筒，鋼絲繩一端系于系纜墩（φ200 鋼管樁），一端套于φ200 鋼管樁。生產橋上、下游共設置浮筒57 個。

3.6 橡膠護舷

船舶撞擊防撞墩時會產生較大撞擊力和擠靠力，為保障船舶和結構安全，采用橡膠護舷，以吸收船舶撞擊能量。防撞墩設置CY1300 圓筒型橡膠護舷，生產橋上、下游及橋墩防護采用φ1 300 mm×650 mm×4 000 mm L 型。圓筒形橡膠護舷具有面壓力小，反力低，吸能量合理的特點。根據護舷性能表，圓筒型橡膠護舷，當變形達到設計壓縮變形50%時，吸能量為108 kJ。經計算，標準型圓筒形橡膠護舷當變形達到設計壓縮變形50%時，面壓值為0.3 MPa，小于船側板的容許面壓值（貨船取 0.34～0.4 MPa），因此，當船舶受到擠靠力或撞擊力作用時，不會對船舶造成較大影響。

4 結 語

柳長河王莊生產橋處航道設計底寬45 m，防撞墩距航道底邊線最近距離約13 m，不在河道行洪范圍內，且防撞墩采用的是透空式結構，因此，王莊生產橋安全防護設施對行洪及調水不產生影響，為通航和調水運行安全提供了保障。