內河航道橋梁船撞風險分析及防護措施

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

內河航道橋梁船撞風險分析及防護措施

郭益明

(重慶交通大學土木工程學院重慶400074)

對內河航道而言，伴隨著經濟的快速發展，航道上也趨于更加繁忙，來往的船舶也越來越多，這就給有限的航道空間造成了擁堵，增加了船舶撞擊橋梁的風險，輕則橋梁受損，重則橋梁垮塌，對社會造成很大的損失。本文針對內河航道當中船舶撞擊橋梁的風險進行分析，并結合當下提出一定的防護措施。

內河；航道船撞；風險；船撞

一、概述

改革開放以后，中國經濟飛速發展，交通運輸業也突飛猛進。對于內地而言，由于受到地形及地質條件的限制，陸運已不能滿足于現階段的發展，水運由于其運費低，貨運量大的優勢，在交通運輸業中擁有很大的市場。

二、風險分析

世界上發表船撞橋事故分析和船撞橋試驗方面文章的作者，最早多為德國和北歐人，例如漢斯、拉爾森喝德魯徹。在中國，做橋梁船撞的專家學者也較多，例如：上海海洋鋼結構研究所陳國虞、同濟大學教授王君杰、招商局重慶交通科研設計院耿波、重慶交通大學張錫祥和杜柏松等。結合專家學者的觀點，就橋梁船撞風險分析，大體可歸結為三類原因，即船的原因、橋的原因和外部環境因素。

(一)船撞風險之一-船的原因

以1960年至1991年世界上發生的29次重大船舶撞擊橋梁事故為背景進行分析，如表1所示。發現由于船的原因，造成事故的事件占總事件的45%。這些事故發生的原因是由于船舶設備故障和船員操作失誤，造成船舶偏航，撞擊橋梁。1976年美國路易斯安那州，一艏拖船，由于船舶駕駛人員粗心大意，導致拖船樁排架，造成落梁3孔，死亡一人的事故發生。

表1 1960～1991年世界上29次重大船撞事故原因分類

(二)船撞風險之二-橋的原因

由于自然條件和經濟條件的限制，橋梁設計時很難做到“一跨過江，江中無墩”。如果不能建成一跨過江，則航道上的橋墩就存在被船舶撞擊的可能性。其次，由于航道附近存在橋墩，就壓縮了船舶的通航空間，造成橋墩周圍的水環境較為復雜，使得船舶安全通過橋墩附近難度增加。根據國內外船舶撞擊橋梁事件可以發現，船舶撞擊橋梁，由于橋的原因，造成的事故較少，但一旦發生事故，將造成難以估量的代價。通常情況，橋的原因有以下幾個方面：排架墩；上部結構落下；引橋水平抗力不足；凈高不足；原設計為橋面低于洪水位等。2008年，在浙江臨海的望江門大橋，由于橋梁通航凈高的問題，導致一艏船舶在漲潮時撞上橋梁，導致了船舶駕駛室被壓塌，壓上2人的事故發生。

(三)船撞風險之三-環境因素

通過分析1960年至1991年世界上發生的29次重大船舶撞擊橋梁事故，有14次船舶撞擊橋梁事件發生的原因都源自于環境因素，占據事件總數的48%。環境因素主要有以下幾個方面：大霧、暴風雨、大風、逆風和水流流向變化等。1980年，瑞典斯泰農松德市Tjorn橋，由于惡劣天氣，造成一艏排水27000DWT壓艙貨船駕駛困難，船頭撞上距航道中線100m高19m的拱結構，最終導致主跨垮塌，7車落水和死亡8人的嚴重事故發生。

三、防護措施

防止船舶撞擊橋梁的方法有很多，大體上分為直接防撞和間接防撞。

(一)直接防撞

船舶撞擊橋梁的過程是一個十分復雜的非線性動力學歷程，主要是利用碰撞區域內的結構壓潰或構件的變形，在極短的時間內將巨大的動能吸收和轉化消散的動力響應過程。

直接防撞裝置便是利用了這一特性，一旦船舶有撞上橋梁的可能，防撞裝置就能利用其壓潰或變形將船舶的動能進行吸收和轉化，將船舶的動能轉化為防撞裝置的動能，從而減小船舶的撞擊力和延長船舶撞擊橋梁的時間，進而保護橋梁結構安全。

常見的直接防撞裝置有剛性防撞(防撞墩)和柔性防撞(橡膠裝置或FRP防撞浮箱)。剛性防撞裝置，由于其剛度較大，導致發生碰撞時變形較小，吸收能量較少，很容易造成橋梁結構的損壞和船舶的破壞，通常情況下不予使用；柔性防撞裝置耗能很大，對船舶和橋梁破壞性較小，同時，也符合當今橋梁防撞的三不壞理念。FRP防撞浮箱模型示意圖如圖1所示。

圖1 FRP防撞浮箱模型示意圖

(二)間接防撞

古語云“船到橋頭自然直”與我們所講的間接防撞有異曲同工之妙。所謂間接防撞，即在船舶進入橋位附近時，采用一定的措施，使原本偏離航線和有可能撞上橋梁的船舶進入正常的航線中，或者利用橋梁結構自身的特點，以達到防止船舶撞擊的可能。目前，國內外采用的間接防撞方式有浮式自適應船舶攔阻方法，即在橋位以前設置系泊浮體、自適應浮筒、恒阻力纜繩、攔截網和固定錨等形成一套裝置，對偏航的船舶進行阻攔，使其在規定的航線中通行；通常情況下，采用的另一種方式是在橋梁設計時，綜合考慮航道中船舶的實際情況，加大橋墩自身抗力，同時，將橋墩設計成流線型，以期減少流水壓力和漂浮物的撞擊。

四、建議及結論

(一)建議

水路運輸的快速發展，使得內河航道中船舶數量越來越多，船舶也越來越大，這就給工程師們提出了更高的要求。在橋梁設計當中，應綜合考慮船舶撞擊橋梁的影響，對船撞予以重視。

建議在設計內河航道上的橋梁時，綜合考慮自然條件和經濟因素的時候，也應對船撞予以考慮。

(二)結論

對于很難做到一跨過江和江中無墩的內河航道上橋梁，應充分考慮橋梁船撞，予以重視，并采用相應的措施防止，從而減少事故的發生。

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[3]朱海濤.對武漢長江大橋被船撞76次事故的反思[C].中國土木工程學會橋梁及結構工程分會第二十屆全國橋梁學術會議論文集.北京：人民交通出版社，2012：1170-1175

[4]陳國虞.橋墩防撞設施的歷史及其功能-“三不壞”橋墩防撞裝置的誕生[C].科學中國人十年優秀論文選.北京：科學中國人雜志社，2002

郭益明(1992-)，男，漢族，四川雅安，學生，碩士研究生，重慶交通大學，建筑與土木工程。