铁路桥钢围堰下水及浮运施工技术研究

    黄炜

    

    

    

    摘 要：某铁路特大桥为98m+182m+518m+182m+98m的双塔钢桁斜拉桥，全长1078m，主塔墩基础采用先围堰后平台方法施工，围堰平面为68.2m×40m的圆端型钢结构，由于钢围堰重量大，运输距离远，施工技术、安全难度大，为确保浮运安全并结合运输线路航道及围堰自浮状态下吃水情况，由拖轮拖带围堰至桥址位置定位。采用该方案后，该桥主塔围堰得以顺利浮运至桥址位，实施效果良好。

    关键词：铁路桥梁;斜拉桥;下水;钢围堰;浮运

    1 概述

    某跨江铁路特大桥为98m+182m+518m+182m+98m的双塔钢桁斜拉桥，全长1078m，其中4#墩为主塔墩，其基础采用先围堰后平台方法施工，围堰为双壁钢套箱围堰，平面为68.2m×40m的圆端型结构，围堰壁厚2.0m，其中主体结构包括侧板、底隔舱、内支架三部分，底隔舱将围堰分为五个区域。经过多方案比选论证，结合本项目施工环境和工期紧等不利客观因素，项目组决定围堰在桥址上游约35km的船厂先预制拼装，然后采用气囊断缆法下水的方案，即利用气囊托起套箱，依靠钢套箱自重水平分力作为下滑动力使钢套箱前行，至水边加速坡道上松掉后面断缆器，使套箱加速下滑冲入水中，整体自浮，最后通过拖轮浮运至桥址。

    围堰下水时，需利用两道纵向底隔舱作为滑道，考虑钢套箱围堰隔舱断面为刃脚的结构形式，不能满足气囊法下水要求，故设计时在围堰底隔舱布置三角临时托架，并在气囊之间铺设t=20mm钢板来作为衬垫。衬垫钢板及托架重312.7t，围堰自重约2069.9t，围堰下水时，托板、托架随围堰主体下水，围堰顶布置应急发电机、抽水泵及预先挂设于围堰上的拉缆、围堰边锚绳等重量约40t，下水时围堰总重=2069.9+136.2+176.5+40=2422.6t。

    当围堰下水后，实现自浮，托板、托架需与围堰主体分离，考虑围堰渗水，围堰刃脚处50cm左右不能抽干，此处进水重约为22t。围堰自浮时总重=2069.9+22+40=2131.9t。

    2 围堰下水

    2.1 下水坡道布置

    利用现有船厂现有场地进行围堰拼装，场地为坡度1∶10的混凝土基础，坡道长约130m，前端15m左右亦为1∶10的坡度，为原始沉积地面，主要土质为沙土。围堰坡道起点其位置位于从场地端部43m，终点位于离场地端部111m，1∶10的坡道端部向江边有15m的距离，进行换填和处理，将1∶10的坡度处理为1∶7的下水快冲滑道，并进行换填，保证此处的地基在下河过程中不发生沉陷。

    2.2 围堰后端地锚的布置

    后端控制围堰下滑的地锚布置在围堰正后端头60m距离处，通过2台200t滑车组15t卷扬机、六门走十二滑车组）与围堰内隔舱板上设置的四个拉耳相连。根据受力计算，地锚需提供约220t的锚固力，地锚为混凝土结构，按尺寸6m×6m，埋深4m尺寸布置在地面以下，顶与地面平齐。

    2.3 钢凳、衬垫板及底隔舱下临时托架

    围堰下共有200个钢凳，均匀布置在隔舱底部，钢凳为围堰拼装时临时支撑的框架形结构，由型钢焊接而成，高度为50cm。钢凳主要作用是支撑钢套箱围堰以布置气囊。

    衬垫钢板采用20mm厚钢板，布置在底隔舱临时托架底部，作用是在围堰下滑过程中的保证气囊工作平整及传力。在气囊放入衬垫钢板前，为不伤及气囊，造成气囊漏气破损失效，不影响围堰下滑，需在钢板的外露边用建筑钢管包边并点焊牢靠。

    底隔舱临时托架布置在底隔舱下托板之上，起到传力作用，它将气囊产生的托举力通过支架传递到底隔舱上，利用底隔舱将整个围堰举起。

    2.4 气囊布置

    根据围堰本体结构的特点，围堰下滑采用Φ1.2m×8.5m的气囊（其中气囊有效长度为8.5m），单个气囊工作高度为065m，对应的承载力为124.8t，围堰下水前自重G=2422.6t，采用气囊个数n=40，则气囊的安全系数K为：K=124.8n/G=124.8×40/2422.6=2.06>K0=1.2～1.4（常规情况），由以上计算可知，选用40个气囊是安全可靠的。

    根据现场钢凳的布置，均匀布置气囊，先在钢凳间左右对称设置换20个气囊。20个气囊均匀充气受力托起钢围堰，然后抽除钢凳。钢凳撤除后，再布置剩余的20个气囊。

    2.5 围堰下水

    围堰本体与采用地锚滑轮组间采用快速脱钩器连接。下水时启动快速脱钩器机构，紧急脱缆，围堰本体依靠自身重力冲击入水，以完成下水工程。

    围堰下水后，会在惯性、风力、水流作用下继续漂浮，为不致顺水漂流而失去控制，事先在距离岸边约70m处设置1艘临时定位船，设置临时拉缆将围堰与临时定位船连接，并保证临时拉缆预留足够长度，以此来辅助控制围堰的稳定状态。

    3 围堰浮运

    3.1 拖轮马力计算

    围堰采用拖轮浮运至桥址，下面针对浮运过程中拖轮马力的确定进行计算说明。

    《海上拖航指南-2011》，围堰拖带总阻力ΣRT（T）根据公式列表计算：

    根据上述计算，在保持6节航行速度下，围堰所受的阻力为554.3kN，依据拖带经验，拖轮主机额定连续输出功率以100hp提供1t系柱拖力估算，所需拖轮马力为5543hp，而实际浮运过程中配置13300hp的拖轮，安全储备大，满足拖轮托运的要求。

    3.2 围堰浮运

    经计算，围堰下水底托架脱落后的吃水深度为3.6m，全程由4艘总功率为13300hp拖轮从船台下水处浮运钢围堰至桥址。浮运过程主要分为如下四步：

    第一步：围堰下水后，“拖轮1号”“拖轮2号”提前带缆控制钢围堰的位置，“拖轮3号”“拖轮4号”分别位于上下游准备带缆。

    第二步：待钢围堰下水逐步稳定后，“拖轮1号”“拖轮2号”协助控制船位，“拖轮3号”“拖轮4号”迅速上前挂缆固定钢围堰。

    第三步：拖轮挂缆固定钢围堰结束后，“拖轮4号”吊拖，“拖轮3号”在右侧带缆，“拖轮1号”“拖轮2号”在船尾顶部带缆，船队保持以上队形航行，直至浮运至桥址。

    在围堰拖带前，拖轮将对整个浮运航段进行全程测深，并对重点航段进行往返测深，记录有关数据，做到心中有數。围堰浮运过程中，应严格遵守海事部门与航道部门的相关法规，船队安排专人进行瞭望，加强与现场海巡艇的有效联系，认真守听高频无线电话，及早、及时通报船舶动态。

    航行中，过浅区时，提前减速，摆好船位，沿深水航行，浅槽内应提早并小角度转向，避免船位偏出深水航路。在通过浅窄航段前，及时与来船取得联系，及早统一会让意图，并通过海巡艇现场维护，避免在槽内会船。

    4 结语

    随着桥梁工程建设科技化程度和专业化水平的日渐提升，大量的钢构件已发展到工厂化制造和组拼阶段，钢围堰的制造也不例外，其制造已与专业化程度较高的造船业联系起来，大量的工作转移到后场完成，减少施工现场工作量，且使得工程质量和进度在很大程度上得到了保障。该桥围堰的制造就是典型的实例，围堰在异地船厂加工，短短三个月的时间内完成万余吨底节钢围堰的制造与组拼，焊接质量检测以高标准一次性通过，但如何将其由船厂转移至桥址位置将是一项较大的挑战，最终，通过气囊断缆法下水，拖轮浮运技术的应用使得围堰顺利的完成了运输环节，工厂化生产得以实现，为整个标段的工期和质量保证打下坚实的基础，为今后桥梁围堰下水及运输施工提供参考借鉴。

    参考文献：

    [1]JTG/T F50-2011，《公路桥涵施工技术规范》实施手册.

    [2]《海上拖航指南》.中国船级社，2011.

    [3]《港口与航道水文规范》（JTS145-2015）.

    [4]《通航海轮桥梁通航标准》（JTJ311-97）.