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橋梁抵御大噸位船舶撞擊的防護(hù)措施概述

文檔作者：彭小婕1 方海2 冒一鋒1		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月14日
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橋梁抵御大噸位船舶撞擊的防護(hù)措施概述
■ 彭小婕1 方 海2 冒一鋒1
[摘 要] 近年來，船橋碰撞事故頻發(fā)，且經(jīng)濟(jì)損失巨大。
然而隨著航道運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，船舶日趨大型化、高速化。
因此，針對萬噸級船舶選取合理有效且經(jīng)濟(jì)的防護(hù)方式已
經(jīng)成為越來越多大型橋梁亟需解決的問題。本文從防護(hù)類
型、結(jié)構(gòu)特征和適用條件等方面出發(fā)，對防船舶撞擊設(shè)施
的研究進(jìn)行了全面回顧，希望能為橋梁防船撞設(shè)計(jì)提供參
考。
[關(guān)鍵詞] 橋梁工程 大噸位船舶 船舶撞擊 防撞設(shè)計(jì) 概述
經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，國內(nèi)外學(xué)者基于吸能
和緩沖原理設(shè)計(jì)制造了多種橋梁防撞設(shè)施。根據(jù)防
撞設(shè)施的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用條件，主要分為兩大類：
一類為間接式，橋墩不直接受力，如樁群、薄殼筑
沙圍堰、人工島等，適用于水淺、地質(zhì)情況較好場
合。間接式防撞雖一勞永逸，但會影響航道，且造
價(jià)太高或者工程條件不具備。另一類為直接式，緩
沖后的力直接傳遞到橋墩上，如防撞護(hù)舷、繩索攔
截、緩沖設(shè)施、緩沖設(shè)施工程、固定或漂浮式套箱
防撞設(shè)施等。適合航道窄、水較深場合使用，制造
安裝的費(fèi)用較省，土建工程量較小。本文主要介紹
各類典型的橋梁防撞設(shè)施，供橋梁設(shè)計(jì)參考。
一、 各類防撞設(shè)施構(gòu)造與應(yīng)用
通過對國內(nèi)外橋梁防撞的調(diào)查，歸納了目前針
對大噸位船舶撞擊所采用的防撞方案，總結(jié)了各自
特征和適用情況：
1. 材料緩沖
選用易變形的材料，如木材、橡膠等，在橋墩
四周設(shè)置緩沖的保護(hù)層，通過在船撞過程中緩沖材
料的變形耗散船舶撞擊力。材料緩沖方案適合小型
船舶的撞擊工況，或者與其他防撞設(shè)施配合使用。
2. 緩沖消能設(shè)施
防撞結(jié)構(gòu)體系主要由鋼材、木材、混凝土等構(gòu)
成，發(fā)生船橋碰撞時(shí)，碰撞船舶外殼和內(nèi)部骨架與
防撞設(shè)施一起發(fā)生破裂崩潰，從而吸收能量減小撞
擊力。緩沖消能設(shè)施的用途廣泛、適應(yīng)性強(qiáng)，主要
用于中大型防撞設(shè)施工程。
泰州大橋中塔防撞綜合體系由助航設(shè)施、橋區(qū)
通航規(guī)定、水上應(yīng)急搜救系統(tǒng)、獨(dú)立防撞墩、防撞
套箱和基礎(chǔ)本體抗撞等六部分組成，防撞設(shè)施結(jié)構(gòu)
正常使用壽命為30 年，防撞船型均考慮5 萬t 級海
輪。
3. 重力式防撞設(shè)施
薄殼筑沙圍堰防護(hù)設(shè)施，造價(jià)低廉，施工方便，
維護(hù)簡便，可以根據(jù)撞擊力大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有很
好的吸能效果。
國外應(yīng)用較多，如美國Outer 橋（沉箱方式）、
美國達(dá)姆角橋、伊利諾伊河橋、巴西里約熱內(nèi)盧橋、
中國虎門大橋等。
4. 人工島
人工島通常與橋墩基礎(chǔ)一起建造，用砂、石塊
在巖石上砌筑而成。人工島通常位于水面以下，并
設(shè)置平緩的斜坡使船舶擱淺，從而避免船舶撞擊橋
墩。施工簡便，造價(jià)較低，無后期維護(hù)，撞擊修復(fù)
便捷，特別適于應(yīng)對大型船舶的高能量撞擊。但該
設(shè)施采用自然邊坡，會較多占用航道，并壓縮過水
斷面，使得流速增加，導(dǎo)致河床沖刷加劇。因此地
質(zhì)條件較差的橋位不適合采用該方案。
如法國Verdor 橋、挪威Brevik 橋、香港青馬
大橋均采用人工島防撞設(shè)施。
5. 護(hù)墩樁方案
集群式護(hù)墩樁由豎直樁或斜樁在頂部用緩沖梁
互相聯(lián)接而成，通過群樁之間的聯(lián)合變形從而緩沖
消耗撞擊能量。將若干單樁組合成樁群，可以適應(yīng)
更大變形量的撞擊。另外根據(jù)撞擊力的大小選擇樁
徑，并根據(jù)需要沿順橋向或橫橋向布置，布設(shè)方便，
但撞損后修復(fù)較為困難。
如挪威的Tromsφ 橋即采用此種防撞設(shè)施；美
國Sunshine Skyway 橋，相距36 m 架設(shè)有2 座全長
為6 727 m 的橋，主跨航道寬為240 m，可航高度為
42 m，建成的防撞墩方案如圖1 所示；我國荊州長
江公路大橋防撞設(shè)施包括主橋6、7#兩個(gè)應(yīng)急通航
橋孔的三個(gè)橋墩護(hù)墩設(shè)施，造價(jià)不菲，如圖2 所示。
圖1 美國陽光新橋防船撞方案
圖2 荊州長江公路大橋樁方式防撞方案
6. 浮體系泊方案
針對邊墩以及非通航孔橋梁，常采用浮體系泊
防撞方案。該防撞方案由浮體、鋼絲繩、錨碇物構(gòu)
成。通過浮體漂移、鋼絲繩變形、錨碇物移動消耗
系統(tǒng)受撞擊時(shí)的撞擊力。深水條件同樣適合，緩沖
變形量大，且對船舶有較好的保護(hù)。但對于吃水淺、
無球艏船舶和部分有球艏船舶，浮體可能會滑入船
底而防撞失效。
如意大利的Tarato 橋邊墩、我國杭州灣大橋、
金塘大橋，均采用了浮體系泊方式防碰撞系統(tǒng)。
7. 鋼圍堰方案
原橋墩施工平臺可作為防撞系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)，
改建后利用鋼圍堰結(jié)構(gòu)保護(hù)橋墩，可有效減少防撞
項(xiàng)目投資。
洛溪大橋主墩為雙柱式柔性墩，抗撞能力較弱，
采用鋼圍堰防撞方案。雙層鋼圍堰總高度20 m，既
便于施工，又能確保橋梁安全，造價(jià)較低，在鋼圍
堰到達(dá)標(biāo)高后，樁基和承臺由水下施工改變?yōu)樗?
施工，縮短周期，節(jié)約設(shè)備，降低施工難度。該方
案適用于水位變化較小的承臺防撞，如圖3 所示的
平潭海峽大橋承臺防撞系統(tǒng)。
圖3 平潭海峽大橋承臺防撞方案
8. 浮式鋼套箱防撞設(shè)施
在主墩四周安裝由鋼結(jié)構(gòu)及橡膠件組成的鋼套
箱，通過鋼結(jié)構(gòu)和橡膠的受力變形從而達(dá)到消能的
效果。在浮力作用下，浮式鋼套箱防撞設(shè)施可沿橋
墩上下移動。進(jìn)過防腐處理的鋼結(jié)構(gòu)部分由甲板、
平臺、底板、縱橫艙壁、內(nèi)圍壁、外圍壁、水平桁
架等構(gòu)件組成。內(nèi)圍壁設(shè)置橡膠件，緩沖防撞設(shè)施
與橋墩承臺的接觸。
浮式消能防撞設(shè)施設(shè)計(jì)的工程實(shí)例包括黃石長
江大橋、宜萬主橋（如圖4）等。
圖4 宜萬主橋防撞方案
9. 鋼絲繩圈柔性防撞裝置
近年來，陳國虞等人研究出一種鋼絲繩圈柔性
防撞裝置，并將之應(yīng)用于湛江海灣大橋2 個(gè)主墩承
臺的防撞，如圖5 所示。該裝置由橋墩承臺四周的
圈形內(nèi)、外鋼浮箱體和箱體之間的鋼絲繩圈組成，
通過壓扁鋼絲繩圈從而耗能，并能起到偏轉(zhuǎn)船舶撞
（下轉(zhuǎn)第289 頁）
萬方數(shù)據(jù)
城市建筑┃道路橋梁┃URBANISM AND ARCHITECTURE┃ROAD AND BRIDGE
289
以本工程為例，按照設(shè)計(jì)施工工序要求，系梁支架
拆除要在拱肋吊桿安裝后方可進(jìn)行，若提前拆除，
很可能造成梁體裂縫問題，嚴(yán)重的甚至造成橋梁垮
塌，造成重大安全經(jīng)濟(jì)損失。
五、 結(jié)語
簡支拱施工順序?qū)ο虏拷Y(jié)構(gòu)支撐體系受力影響
很大，支架設(shè)計(jì)檢算要結(jié)合全橋施工順序進(jìn)行。對
于市區(qū)復(fù)雜情況施工要多方論證，對于所處不同基
礎(chǔ)部位，在保證安全的前提采取一種或多種支撐方
法結(jié)合使用，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)省工期的目的。
參考文獻(xiàn)
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（作者單位：中鐵六局集團(tuán)北京鐵路建設(shè)有限公司，
北京 100089）
（上接第285頁）
（3）架設(shè)承重索
在主塔的周邊位置進(jìn)行放索盤設(shè)置，在承重索
的前部夾持有夾索器，通過夾索器將承重索引到索
塔，連接到塔頂?shù)倪B接處。通過已經(jīng)架設(shè)好的循環(huán)
索進(jìn)行貓道承重索的牽引，主要是通過上下游對稱
的方式進(jìn)行架設(shè)。按照計(jì)算值的情況，架設(shè)一根后
要進(jìn)行其索垂度的調(diào)整，同時(shí)要觀測塔頂?shù)钠莆?
置。在完成了所有的承重索架設(shè)后，通過橋面兩側(cè)
的調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行承重索的再次調(diào)整，確保貓道的所
有承重索都能夠達(dá)到設(shè)計(jì)垂度的要求。
（4）貓道面層的鋪設(shè)和調(diào)整
貓道的面層主要是通過在承重索上鋪設(shè)兩層鋼
絲網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)的。通過索道的牽引小車進(jìn)行鋼絲網(wǎng)的
牽引，使其沿著橋面向著主塔頂進(jìn)行鋪設(shè)。在鋼絲
網(wǎng)被牽引到塔頂之后，可以沿著兩端—跨中的順序
進(jìn)行U型螺栓的擰緊，之后進(jìn)行扶手繩的安裝，然后
順序安裝欄桿立柱、鋼絲網(wǎng)以及護(hù)欄等。完成貓道
的安裝后進(jìn)行垂度的測量，通過位于錨固端的調(diào)節(jié)
裝置進(jìn)行不斷的調(diào)整，直到滿足要求為止。
（5）貓道改吊
在鋼桁梁的吊裝過程中，隨著鋼桁梁荷載加入，
主纜跨中的中點(diǎn)要下降，邊跨主纜的中點(diǎn)要上升，
主纜的線形隨著鋼桁梁吊裝不斷地變化。為了使貓
道線形適應(yīng)主纜線形變化，需進(jìn)行貓道改吊施工，
貓道改吊施工在索夾安裝完畢后鋼桁梁吊裝之前進(jìn)
行。通麥特大橋的貓道改吊是在貓道上每隔6 m 有
貓道橫梁型鋼的地方，用一道Φ15.0 鋼絲繩將貓道
懸掛于主纜上。貓道懸掛的順序：由中點(diǎn)開始，同
時(shí)往塔頂和錨碇方向進(jìn)行。
（6）起重索道的設(shè)置
為了更加方便進(jìn)行主纜索股的架設(shè)、便于索夾
和吊索的安裝、主纜的整形和吊運(yùn)小型的機(jī)具和料
具，可以在上下游位置分別設(shè)置相互獨(dú)立的工作索
道。要將索道分別設(shè)置在兩根主纜之上，按照懸索
橋所具有的特點(diǎn)來分段設(shè)置索道。由于索道吊裝件
具有較大的重量，所以將索道設(shè)置在比較高的主纜
位置。索道主要包括的部件有：塔架、導(dǎo)向承重索、
牽引循環(huán)索、錨碇、驅(qū)動系統(tǒng)、行走小車以及纜風(fēng)
系統(tǒng)等。
（7）貓道打斷
通麥特大橋作為一個(gè)單塔單跨懸索橋其鋼桁梁
吊點(diǎn)1～17 號梁段位于上弦桿，之后梁段位于下弦
桿位置，這是比較特殊的。鋼桁梁安裝與貓道會發(fā)
生沖突，因此在18 號梁段安裝前將進(jìn)行貓道打斷施
工。在貓道打斷位置安裝貓道打斷橫梁（既貓道大
橫梁），安裝完成后，安裝端頭安全網(wǎng)，利用門架承
重索改制的天線吊拆除貓道承重索以上構(gòu)造，完成
后，每根承重繩多預(yù)留出50 cm 切割，將貓道打斷，
然后將預(yù)留的50 cm 承重繩向成都岸折回各用3 個(gè)
繩卡卡緊，防止大橫梁及貓道面網(wǎng)滑移。
三、 結(jié)語
貓道是懸索橋的重要組成部分之一，貓道除了
具有高空施工腳手架的作用之外，也是懸索橋上部
結(jié)構(gòu)施工非常重要的組成部分，所以要對懸索橋空
間索貓道的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行充分研究。通麥特大橋
是川藏公路（西藏境）通麥至105道班段整治改建工
程的關(guān)鍵組成部分，對其貓道的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行研
究能夠進(jìn)一步促進(jìn)藏區(qū)交通建設(shè)，推動我國經(jīng)濟(jì)的
發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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（作者單位：四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，成
都 610041）
（上接第286頁）
擊方向的效果。防撞工程總造價(jià)2 800 萬元，較浮
式鋼套箱消能防撞設(shè)施的造價(jià)得以節(jié)省。
圖5 湛江海灣大橋主橋斜拉橋防撞方案
10. 復(fù)合材料防撞設(shè)施
在航空、航天、汽車和運(yùn)動器材等防護(hù)裝置等
領(lǐng)域，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)作為吸能元件已得到越來越廣
泛的應(yīng)用。近年來利用復(fù)合材料的輕質(zhì)、高強(qiáng)、彈
性、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了面向船橋碰撞的新
型復(fù)合材料防撞設(shè)施，該防撞設(shè)施具有彈性好，長
纖維，可達(dá)到船橋雙保護(hù)；穩(wěn)定性好、耐腐蝕、免
涂裝、免維護(hù)；自重輕、運(yùn)輸安裝、更換方便；彈
性大變形等優(yōu)點(diǎn)。
福州市瑯岐閩江大橋通航代表船型為：3 萬t
級集裝箱船舶（載箱量2 000TEU 集裝箱船）。將固
定式復(fù)合材料防撞裝置應(yīng)用在橋墩承臺周圍，可有
效保護(hù)橋墩，如圖6 所示。
圖6 福建市瑯岐閩江大橋防撞方案
二、 結(jié)語
本文通過對國內(nèi)外橋梁防撞設(shè)施的調(diào)查，特別
是針對萬噸級等大噸位船舶的防護(hù)措施，歸納匯總
了目前采用的防護(hù)類型、各自特征和適用情況。研
究結(jié)果表明：橋梁防撞設(shè)施應(yīng)首先根據(jù)橋墩結(jié)構(gòu)自
身抗撞能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，對于橋墩結(jié)構(gòu)自身抗撞能力
較弱的工況，可選用隔離式防撞設(shè)施，如重力方式、
人工島、浮體系泊方式等；對于橋墩結(jié)構(gòu)自身抗撞
能力足夠的工況，可選用鋼套箱、復(fù)合材料防撞系
統(tǒng)等附著式防撞設(shè)施。
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（作者單位：1.中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，
武漢 430034；2.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京
211816）

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