明月峽長江大橋超大型雙壁鋼圍堰施工安全風險控制研究

汪躍飛

明月峽長江大橋超大型雙壁鋼圍堰施工安全風險控制研究

汪躍飛

（中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610031）

通過對重慶東環鐵路明月峽長江大橋3號主墩基礎施工中，應用超大型雙壁鋼圍堰氣囊法整體下水、拖輪編組整體浮運及圍堰壁艙注水下沉著床定位成功技術經驗及安全風險防控的研究總結，以期為今后類似超大型鋼圍堰的安全快速施工提供參考和借鑒。

雙壁鋼圍堰；下水浮運；安全風險；控制研究

1 前言

21世紀以來，中國鐵路進入快速發展軌道，由于中國山區丘陵占國土面積比例大，導致鐵路建造中特別是西南地區鐵路的橋隧占比極大。這雖然增大了鐵路建造難度，但也促進了中國橋梁技術的高速發展。重慶東環鐵路明月峽長江大橋屬于典型的西南山區鐵路橋梁，其3號主塔橋墩是主墩之一，采用鋼圍堰進行深水基礎修建，其鋼圍堰的整體下水、浮運及定位技術是整座橋梁成功的關鍵。

2 工程概況

明月峽長江大橋位于長江上游重慶市江北區、南岸區，大橋為南北走向，為雙層四線鋼桁梁斜拉橋，其孔跨布置為（62.5+125+425+175+75）m，橋梁全長878 m，共設2塔+ 2臺+ 2輔助墩，2主塔位于長江南、北岸邊江水中，橋臺和輔助墩位于岸邊山坡上。橋位處于重慶繞城高速魚嘴長江大橋下游約3.0 km，所跨越的長江河段為河面較窄彎道，上、下游河段水面均較開闊。明月峽長江大橋為雙層結構，下層為時速160 km/h的重慶東環線客貨共線雙線鐵路，上層為預留時速250 km/h的達渝城際雙線鐵路。3號主墩深水基礎為群樁承臺結，采用先施工圍堰、再搭設鉆孔樁平臺進行樁基礎施工。明月峽長江大橋平面如圖1所示，明月峽長江大橋效果如圖2所示。

圖1 明月峽長江大橋平面圖

圖2 明月峽長江大橋效果圖

3 鋼圍堰整體下水、浮運及定位總體方案

明月峽長江大橋3號墩主塔基礎雙壁鋼圍堰采用全焊接結構，其平面結構尺寸為49.1 m×37.6 m，高度為25 m，分四節，其中底節高7 m，其余三個節段高均為6 m。圍堰結構由壁艙、內支撐、底隔艙、底托板、下放定位系統、糾偏系統六大部分組成，總重約2 500 t，入水時最大吃水深度約5.3 m。

根據起重能力、道路運輸和整體下水浮運條件綜合考慮，選擇在橋址下游約117 km處的涪陵中江船廠內進行鋼圍堰分塊加工、組裝及氣囊法滑移整體下水；再利用拖輪編組整體浮運至橋位處；最后水下切割拆除底托板，通過錨定系統精確定位，圍堰壁艙注水下沉著床至設計標高，先灌注壁艙水下混凝土，后采用浮吊下放鋼護筒定位后封底進入后續鉆孔施工。由于鋼圍堰具有體積大、質量大、運距遠等特點，其整體下水、長距離安全浮運及精確定位是工程項目成功的關鍵。鋼圍堰結構設計如圖3所示。

圖3 鋼圍堰結構設計圖

4 鋼圍堰整體下水

4.1 吃水深度及位置選擇

分析長江水文資料發現，每年12月中旬下水時水域長江水位約173 m。根據圍堰下水過程計算分析，距岸邊50 m以外，圍堰最大吃水深度為5.3 m。為安全考慮，圍堰下水區域水深不得小于7 m。當圍堰完全處于自浮狀態，吃水深度為2.08 m；旁位切割底托，底托未完全脫離時，吃水深度為5.59 m；底托板脫落后，圍堰吃水深度為4.93 m。根據調查，涪陵中江船廠下水水域水深滿足圍堰整體下水要求。

4.2 入水坡道

鋼圍堰下水坡道采用分級變坡填筑，圍堰入水段坡度按10∶100設計，坡長35 m；組拼平臺坡度為3∶100，長50 m；組拼平臺與入水段之間設置坡度5∶100、坡長10 m的過渡段，坡道總長度為95 m。坡道承載力為氣囊工作壓力的2倍以上。3號主塔鋼圍堰下水坡道及組拼布置如圖4所示。

圖4 3號主塔鋼圍堰下水坡道及組拼布置圖

4.3 入水坡道后拉纜及地錨布置

在圍堰后方設置后拉纜、地錨，控制下滑道方向，進行微調和移動，后拉纜牽引點布置在正對兩側底隔艙的位置，用2個地錨進行固定牽引。地錨為埋置式鋼筋混凝土錨，共設2個，每個地錨設計水平拉力為131 t，尺寸為長6 m、寬6 m、深4 m，頂面與地面齊平，預埋鋼管栓繩橫梁。拉纜通過1組140 t滑車組（10 t卷揚機、八門走十六滑車組）與地錨相連。滑車組與鋼圍堰間設置斷纜器，用于圍堰斷纜下滑。

4.4 氣囊布置

鋼圍堰利用氣囊滾動下水，下水前在鋼圍堰下的支撐點間布置氣囊，底隔艙下氣囊按2.5 m間距布置，圍堰至水口處的氣囊按5 m間距布置，共布置46個氣囊（底托板下38個，圍堰外8個），單個氣囊額定承重為300 t。對于少量與鋼凳位置有沖突的氣囊，待其余氣囊充氣，鋼凳與圍堰脫離后再進行布置。鋼圍堰下方兩側氣囊對稱布置，如圖5所示。

圖5 鋼圍堰氣囊布置示意圖

氣囊在充氣前，先布置好地錨及卷揚機等裝置，將鋼圍堰錨固牢靠，使其在起頂后不向前滾動。氣囊充氣的順序應盡量對稱、分散，相鄰的氣囊分成兩批次充氣，當氣囊充氣至鋼圍堰起頂，鋼圍堰脫離支承點約10 cm，拆除鋼凳。

4.5 整體下水

鋼圍堰需做好整體下水準備，并獲海事、航道、管制行政許可，辦理完封航簽證手續后方可進行下水作業，整體下水分為起滑、下水和穩定三個階段。

圍堰下水前需對滑移范圍內的場地進行清理和地基承載力復核，保證氣囊安全和防止滑移中地基下沉、塌陷，影響滑行方向。

4.5.1 起滑

選擇在風力較小、無雨的天氣進行，水位不低于173 m。當氣囊完全托起鋼圍堰，下滑道清理完成后，開始按設計要求速度滑移鋼圍堰。每當圍堰滑移5～6 m時，及時向圍堰前端墊入氣囊并及時充氣，尾端氣囊滑出圍堰時，倒至圍堰前端備用。

鋼圍堰在下水坡道若開始不能下滑，可通過調節氣囊壓力，來調整氣囊的工作高度，改變圍堰的下傾坡度，從而調整圍堰姿態。必要時，采用裝載機或拖輪掛鋼絲繩牽引，直至圍堰開始下滑。

4.5.2 斷纜、下滑入水

鋼圍堰控制下滑至入水口10 m處時，后拉纜斷纜，讓鋼圍堰處于自由狀態下并加速下滑，利用其慣性入水并向江中滑行一段距離，使鋼圍堰后端水深滿足自浮吃水深度要求。在此過程中，由于鋼圍堰與底隔艙前端密封導致圍堰內進水較慢，需要一定時間才能達到穩定吃水深度。

4.5.3 圍堰穩定

鋼圍堰整體入水后，會在慣性、風力、水流作用下繼續漂浮直至處于靜止狀態（0.2 m/s視為靜止）。待圍堰下水靜止后及時將纜繩收緊系于“重慶2001”拖輪，使圍堰處于穩定受控的漂浮狀態。

5 鋼圍堰浮運

5.1 水道調查

對下水滑道周圍的水域和所經的航路進行地毯式的檢查，選擇最佳航路。申請重慶海事局派海巡艇及交管中心VTS全程護航監控、疏航，以保安全。經調查，涪陵石板溝長江大橋船舶水面上最高點限制標高為199 m，最小通航凈空富余高度為5 m，符合浮運要求。

5.2 浮運船只選擇及編隊布置

因鋼圍堰形體為圓端形、無舵等操縱設備，運作遲緩，慣性較大，采用救助1002”駁船編在“鋼圍堰”的左舷，用以穩定航行。鋼圍堰后圓端兩側分別由“重慶2001輪”、“救助2001輪”兩艘拖輪對鋼圍堰進行頂推，“救助1006輪”在鋼圍堰右舷吊拖方式進行托運。采用該拖帶編隊既能穩定航向，改變航向，又能增加穩定性，便于控制船位。承拖船舶的基本情況及參數如表1所示。

表1 承拖船舶的基本情況及參數表

序號船型船名數量參數/m吃水/m馬力 1拖輪重慶20011長45.3×寬9.5×型深3.62.562 400 2拖輪救助20011長35×寬8.6×型深3.32.42 400 3拖輪救助10061長36.9×寬7.6×型深2.71.961 050

拖輪浮運編隊如圖6所示。

圖6 拖輪浮運編隊示意圖

6 鋼圍堰定位著床

6.1 定位系統的設置

橋址位于三峽庫區范圍，3#主塔鋼圍堰浮運及定位時處于三峽水庫蓄水期，此期間江水流速較為緩慢，流速為0.2～0.5 m/s。根據現場地理條件，3#主塔鋼圍堰定位系統采用錨定和前后定位船。

6.2 拋錨定位

6.2.1 預偏量設置

要求拋錨位置誤差±5 m以內。拋錨順序應按先主后邊、先上游后下游的原則進行。考慮到錨抓牢受力時會有一定的位移，拋錨時要設一定的預偏量。

6.2.2 初定位及底托板切除

圍堰浮運至3#主塔下游側50 m之外水域，利用提前布置的臨時定位駁船進行圍堰初定位，在底托板內灌水使圍堰下沉至吃水深度5.5 m，潛水工至水下進行底托板水下切割。

處于懸浮平衡狀態下切割底托四周封板后，在上方拆除底托錨固吊桿，下放底托，圍堰上浮0.66 m。

根據GPS顯示的數據，起重船進入預定位置，起重船與岸上測量員利用高頻電話隨時保持聯系，使錨進入準確位置，起重船穩定不動，錨緩慢放入水中至河床，解開錨鏈上的吊纜，拖輪配合，起重船按照預定路線慢慢向后退，直至達到定位船的預定位置。利用拖輪將定位船拖至起重船旁，將錨纜移至定位船并連接到滑輪組，使定位船進入預定位置。

錨定系統固定好后，所有拖輪及起重船撤離現場，通過定位船及鋼圍堰上的卷揚機將所有錨纜收緊，同時岸上由全站儀配合，鋼圍堰上由GPS定位，各定位錨配合使用，使鋼圍堰準確進入到預定位置，精確定位。

6.3 圍堰下沉著床、錨固及堵漏

圍堰精準定位完成后采用向底隔艙及壁艙灌水進行下放，下放過程中利用圍堰定位鋼纜及卷揚機對圍堰姿態進行調整，以保證圍堰下放的平面位置及垂直度滿足要求。下放過程中通過圍堰應力監測，核實鋼圍堰計算結果是否正確，以便及時對結構進行加固處理。圍堰下放定位到位后，采用車渡船利用天泵分艙灌注5 m厚的C30水下壁艙、底隔艙混凝土，在圍堰封底混凝土灌注完成后，再灌筑壁艙余下混凝土，至此，完成鋼圍堰定位著床。

7 結語

由于方案合理、組織有力，安全風險防控預案完備，措施到位，明月峽長江大橋3號主墩雙壁鋼圍堰的整體下水、浮運和定位順利安全完成，定位精度滿足設計及施工要求，其成功經驗是值得借鑒的。應做好如下施工前安全風險調查和施工準備：①要根據圍堰下水和浮運相關技術參數選擇能達到條件的鋼圍堰制造及下水場地；②做好下水滑道周圍的水域和所經的航路的風險調查；③合理、全面考慮可能遇到的問題和風險，做好風險應對預案和物資儲備。然后在調查與充分準備的前提下制訂合理的防控方案，并在實施過程中加強重點工序、重點環節的安全風險管控和定位監測是超大型鋼圍堰整體下水和浮運定位成功的關鍵。在目前中國鐵路橋梁跨越式發展的新形勢下，超大型鋼圍堰的整體下水及浮運定位將會被經常采用，明月峽長江大橋超大型鋼圍堰的整體下水及浮運定位的成功實施為此類問題的合理解決提供了重要參考和借鑒。

［1］公安部治安管理局.GA991—2012中華人民共和國公共安全行業標準［S］.北京：中國質檢出版社，2012.

［2］中華人民共和國第十屆全國人民代表大會常務委員會.中華人民共和國突發事件應對法（主席令第69號） ［S］.出版社不詳，2007.

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［5］中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ59—2011建筑施工安全檢查標準［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［6］中交第一航務工程勘察設計院有限公司，中交第二航務工程勘察設計院有限公司.JTS 144-1—2010港口工程荷載規范［S］.北京：人民交通出版社，2010.

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U445.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.026

2095－6835（2021）01－0073－03

汪躍飛，西南交通大學土木工程專業。

〔編輯：張思楠〕