鐵路橋鋼圍堰下水及浮運施工技術研究

黃煒

摘 要：某鐵路特大橋為98m+182m+518m+182m+98m的雙塔鋼桁斜拉橋，全長1078m，主塔墩基礎采用先圍堰后平臺方法施工，圍堰平面為68.2m×40m的圓端型鋼結構，由于鋼圍堰重量大，運輸距離遠，施工技術、安全難度大，為確保浮運安全并結合運輸線路航道及圍堰自浮狀態(tài)下吃水情況，由拖輪拖帶圍堰至橋址位置定位。采用該方案后，該橋主塔圍堰得以順利浮運至橋址位，實施效果良好。

關鍵詞：鐵路橋梁;斜拉橋;下水;鋼圍堰;浮運

1 概述

某跨江鐵路特大橋為98m+182m+518m+182m+98m的雙塔鋼桁斜拉橋，全長1078m，其中4#墩為主塔墩，其基礎采用先圍堰后平臺方法施工，圍堰為雙壁鋼套箱圍堰，平面為68.2m×40m的圓端型結構，圍堰壁厚2.0m，其中主體結構包括側板、底隔艙、內支架三部分，底隔艙將圍堰分為五個區(qū)域。經(jīng)過多方案比選論證，結合本項目施工環(huán)境和工期緊等不利客觀因素，項目組決定圍堰在橋址上游約35km的船廠先預制拼裝，然后采用氣囊斷纜法下水的方案，即利用氣囊托起套箱，依靠鋼套箱自重水平分力作為下滑動力使鋼套箱前行，至水邊加速坡道上松掉后面斷纜器，使套箱加速下滑沖入水中，整體自浮，最后通過拖輪浮運至橋址。

圍堰下水時，需利用兩道縱向底隔艙作為滑道，考慮鋼套箱圍堰隔艙斷面為刃腳的結構形式，不能滿足氣囊法下水要求，故設計時在圍堰底隔艙布置三角臨時托架，并在氣囊之間鋪設t=20mm鋼板來作為襯墊。襯墊鋼板及托架重312.7t，圍堰自重約2069.9t，圍堰下水時，托板、托架隨圍堰主體下水，圍堰頂布置應急發(fā)電機、抽水泵及預先掛設于圍堰上的拉纜、圍堰邊錨繩等重量約40t，下水時圍堰總重=2069.9+136.2+176.5+40=2422.6t。

當圍堰下水后，實現(xiàn)自浮，托板、托架需與圍堰主體分離，考慮圍堰滲水，圍堰刃腳處50cm左右不能抽干，此處進水重約為22t。圍堰自浮時總重=2069.9+22+40=2131.9t。

2 圍堰下水

2.1 下水坡道布置

利用現(xiàn)有船廠現(xiàn)有場地進行圍堰拼裝，場地為坡度1∶10的混凝土基礎，坡道長約130m，前端15m左右亦為1∶10的坡度，為原始沉積地面，主要土質為沙土。圍堰坡道起點其位置位于從場地端部43m，終點位于離場地端部111m，1∶10的坡道端部向江邊有15m的距離，進行換填和處理，將1∶10的坡度處理為1∶7的下水快沖滑道，并進行換填，保證此處的地基在下河過程中不發(fā)生沉陷。

2.2 圍堰后端地錨的布置

后端控制圍堰下滑的地錨布置在圍堰正后端頭60m距離處，通過2臺200t滑車組15t卷揚機、六門走十二滑車組）與圍堰內隔艙板上設置的四個拉耳相連。根據(jù)受力計算，地錨需提供約220t的錨固力，地錨為混凝土結構，按尺寸6m×6m，埋深4m尺寸布置在地面以下，頂與地面平齊。

2.3 鋼凳、襯墊板及底隔艙下臨時托架

圍堰下共有200個鋼凳，均勻布置在隔艙底部，鋼凳為圍堰拼裝時臨時支撐的框架形結構，由型鋼焊接而成，高度為50cm。鋼凳主要作用是支撐鋼套箱圍堰以布置氣囊。

襯墊鋼板采用20mm厚鋼板，布置在底隔艙臨時托架底部，作用是在圍堰下滑過程中的保證氣囊工作平整及傳力。在氣囊放入襯墊鋼板前，為不傷及氣囊，造成氣囊漏氣破損失效，不影響圍堰下滑，需在鋼板的外露邊用建筑鋼管包邊并點焊牢靠。

底隔艙臨時托架布置在底隔艙下托板之上，起到傳力作用，它將氣囊產(chǎn)生的托舉力通過支架傳遞到底隔艙上，利用底隔艙將整個圍堰舉起。

2.4 氣囊布置

根據(jù)圍堰本體結構的特點，圍堰下滑采用Φ1.2m×8.5m的氣囊（其中氣囊有效長度為8.5m），單個氣囊工作高度為065m，對應的承載力為124.8t，圍堰下水前自重G=2422.6t，采用氣囊個數(shù)n=40，則氣囊的安全系數(shù)K為：K=124.8n/G=124.8×40/2422.6=2.06>K0=1.2～1.4（常規(guī)情況），由以上計算可知，選用40個氣囊是安全可靠的。

根據(jù)現(xiàn)場鋼凳的布置，均勻布置氣囊，先在鋼凳間左右對稱設置換20個氣囊。20個氣囊均勻充氣受力托起鋼圍堰，然后抽除鋼凳。鋼凳撤除后，再布置剩余的20個氣囊。

2.5 圍堰下水

圍堰本體與采用地錨滑輪組間采用快速脫鉤器連接。下水時啟動快速脫鉤器機構，緊急脫纜，圍堰本體依靠自身重力沖擊入水，以完成下水工程。

圍堰下水后，會在慣性、風力、水流作用下繼續(xù)漂浮，為不致順水漂流而失去控制，事先在距離岸邊約70m處設置1艘臨時定位船，設置臨時拉纜將圍堰與臨時定位船連接，并保證臨時拉纜預留足夠長度，以此來輔助控制圍堰的穩(wěn)定狀態(tài)。

3 圍堰浮運

3.1 拖輪馬力計算

圍堰采用拖輪浮運至橋址，下面針對浮運過程中拖輪馬力的確定進行計算說明。

《海上拖航指南-2011》，圍堰拖帶總阻力ΣRT（T）根據(jù)公式列表計算：

根據(jù)上述計算，在保持6節(jié)航行速度下，圍堰所受的阻力為554.3kN，依據(jù)拖帶經(jīng)驗，拖輪主機額定連續(xù)輸出功率以100hp提供1t系柱拖力估算，所需拖輪馬力為5543hp，而實際浮運過程中配置13300hp的拖輪，安全儲備大，滿足拖輪托運的要求。

3.2 圍堰浮運

經(jīng)計算，圍堰下水底托架脫落后的吃水深度為3.6m，全程由4艘總功率為13300hp拖輪從船臺下水處浮運鋼圍堰至橋址。浮運過程主要分為如下四步：

第一步：圍堰下水后，“拖輪1號”“拖輪2號”提前帶纜控制鋼圍堰的位置，“拖輪3號”“拖輪4號”分別位于上下游準備帶纜。

第二步：待鋼圍堰下水逐步穩(wěn)定后，“拖輪1號”“拖輪2號”協(xié)助控制船位，“拖輪3號”“拖輪4號”迅速上前掛纜固定鋼圍堰。

第三步：拖輪掛纜固定鋼圍堰結束后，“拖輪4號”吊拖，“拖輪3號”在右側帶纜，“拖輪1號”“拖輪2號”在船尾頂部帶纜，船隊保持以上隊形航行，直至浮運至橋址。

在圍堰拖帶前，拖輪將對整個浮運航段進行全程測深，并對重點航段進行往返測深，記錄有關數(shù)據(jù)，做到心中有數(shù)。圍堰浮運過程中，應嚴格遵守海事部門與航道部門的相關法規(guī)，船隊安排專人進行瞭望，加強與現(xiàn)場海巡艇的有效聯(lián)系，認真守聽高頻無線電話，及早、及時通報船舶動態(tài)。

航行中，過淺區(qū)時，提前減速，擺好船位，沿深水航行，淺槽內應提早并小角度轉向，避免船位偏出深水航路。在通過淺窄航段前，及時與來船取得聯(lián)系，及早統(tǒng)一會讓意圖，并通過海巡艇現(xiàn)場維護，避免在槽內會船。

4 結語

隨著橋梁工程建設科技化程度和專業(yè)化水平的日漸提升，大量的鋼構件已發(fā)展到工廠化制造和組拼階段，鋼圍堰的制造也不例外，其制造已與專業(yè)化程度較高的造船業(yè)聯(lián)系起來，大量的工作轉移到后場完成，減少施工現(xiàn)場工作量，且使得工程質量和進度在很大程度上得到了保障。該橋圍堰的制造就是典型的實例，圍堰在異地船廠加工，短短三個月的時間內完成萬余噸底節(jié)鋼圍堰的制造與組拼，焊接質量檢測以高標準一次性通過，但如何將其由船廠轉移至橋址位置將是一項較大的挑戰(zhàn)，最終，通過氣囊斷纜法下水，拖輪浮運技術的應用使得圍堰順利的完成了運輸環(huán)節(jié)，工廠化生產(chǎn)得以實現(xiàn)，為整個標段的工期和質量保證打下堅實的基礎，為今后橋梁圍堰下水及運輸施工提供參考借鑒。

參考文獻：

[1]JTG/T F50-2011，《公路橋涵施工技術規(guī)范》實施手冊.

[2]《海上拖航指南》.中國船級社，2011.

[3]《港口與航道水文規(guī)范》（JTS145-2015）.

[4]《通航海輪橋梁通航標準》（JTJ311-97）.